9.1CONSIDERAZIONI INTRODUTTIVE
L’utilizzo del vetro frantumato come inerte complementare nella realizzazione di strati di usura ha incontrato alcuni ostacoli derivanti dalla sua stessa natura: la ridotta resistenza all’abrasione, la dubbia capacità di esplicare un adeguato attrito superficiale, unite ad una spiccata tendenza allo spogliamento (cfr. § 3.4.1.16), da un lato hanno portato a limitare, ancor più che per gli strati sottostanti, la dimensione massima e la quantità ammissibile di questo materiale; dall’altro, in un’ottica assai più drastica, ad ammetterne l’utilizzo per le sole strade di quartiere e secondarie (cfr. § 3.4.1.9).
Nell’ambito del presente studio, quindi, si è ritenuto opportuno allinearsi su questa posizione, limitando l’applicazione del vetro agli strati superficiali per strade percorse da ridotti livelli di traffico.
Lo strato di usura, del resto, visto il suo esiguo spessore in rapporto a quello totale del “pacchetto legato”, computa in maniera ridotta per l’approvvigionamento da cave, per cui i vantaggi derivanti da una sostituzione con vetro assumono un’entità relativamente marginale.
La percentuale di inerte da sostituire è stata quindi fissata nel 10%, per poi verificare le variazioni prestazionali dei conglomerati bituminosi confezionati con vetro da destinare a strade percorse da scarso traffico.
In più, essendo del 60% la quantità della frazione 0/10 nella miscela tipo “usura”, si è voluto andare a studiare quali potessero essere le conseguenze di un’introduzione di così alti livelli di frantumato di vetro in un conglomerato bituminoso. Sono stati quindi realizzati una serie di provini contenenti il 60% di frantumato di vetro per essere testati sia con il Metodo Marshall, sia con il Metodo Volumetrico.
9.2IL MIX DESIGN CON INERTI VETROSI
L'inerte naturale è stato parzialmente sostituito, in termini volumetrici, con una percentuale di vetro frantumato pari al 10% ed al 60%; sia la curva granulometrica, sia il contenuto di bitume sono rimasti invariati rispetto a quanto stabilito per le miscele composte dal solo aggregato naturale.
Come già affermato, l’obiettivo è stato quello di valutare l’eventuale decremento prestazionale del conglomerato indotto dal vetro, a prescindere dalle variazioni dell'assortimento granulometrico e del contenuto di legante, senza trascurare tuttavia che una composizione granulometrica ritenuta ottimale per una data tipologia di inerte possa non esserlo per un altro tipo.
In Tabella n. 93 è stato riportato il confronto tra il criterio volumetrico e quello della massa per la sostituzione della frazione 0/10 con frantumato di vetro.
Come si può notare, una sostituzione del 60% di frantumato di vetro, ha comportato una differenza non trascurabile di più di 3 punti percentuali tra i due criteri di conteggio.
Sostituzione in volume [%] Sostituzione in massa [%]
0 0 10 9,5 60 56,9
TABELLA N.93–Quantità di vetro utilizzate in parziale sostituzione della frazione 0/10
In Tabella n. 94 e nella successiva Figura n. 90 sono state riportate le curve granulometriche delle miscele con il 10% ed il 60% di frantumato di vetro, confrontate con quella di progetto, interamente composta da inerti naturali.
Passante in peso [%] Setacci UNI [mm] Miscela di progetto Miscela contenente il 10% di frantumato di vetro Miscela contenente il 60% di frantumato di vetro 14 100 100 100 12,5 99 99 99 10 94 94 94 8 84 84 86 6,3 72 73 76 4 55 55 56 2 33 33 34 1 22 23 24 0,5 17 17 16 0,25 13 13 12 0,125 10 10 9 0,063 7,1 6,9 5,8
Tabella n. 94 – Confronto tra le curve granulometriche delle miscela contenenti frantumato di vetro e quella di progetto
FIGURA N.90–Confronto tra la composizione granulometrica della miscela di progetto e quelle delle miscele contenenti il 10% ed il 60% di frantumato di vetro
Dal confronto tra le tre curve granulometriche si può affermare che per una sostituzione del 10% della frazione 0/10 con frantumato di vetro le differenze sono risultate minime, mentre per il valore del 60% lo scostamento è stato consistente in particolare nella parte bassa e quindi se si volesse spingere la sostituzione a percentuali così elevate sarebbe consigliabile una correzione della granulometria.
9.3CARATTERISTICHE SECONDO IL METODO MARSHALL
I parametri misurati sono stati raccolti nella Tabella seguente: Glasphalt tipo “usura”
Frantumato di vetro [%] Prescrizioni di Capitolato
Parametro 0 10 60 Autostrade ANAS 2004 CIRS
Stabilità [kN] 16,56 16,08 13,09 ≥ 11,00 ≥ 10,00 ≥ 11,00 Scorrimento [mm] 3,24 3,12 2,29 N. P. N. P. N. P. Rigidezza [kN/mm] 4,66 5,19 5,72 ≥ 2,50 > 3,00 3,00 - 4,50 Vuoti [%] 4,6 3,8 3,5 4 - 6 3 - 6 3 - 6
Addensamento 75 colpi per lato
Bitume [%] 5,3% in massa rispetto all’aggregato TABELLA N.95–Valori dei parametri Marshall per il Glasphalt tipo “usura”
Nei grafici delle Figure n. 91 e 92 sono stati riportati gli andamenti della stabilità Marshall e dei vuoti all’aumentare della percentuale di frantumato di vetro sostituita nella miscela di progetto.
Figura n. 92 – Valori dei vuoti Marshall per il Glasphalt tipo “usura”
Se ne deduce che le prescrizioni relative ai risultati della prova Marshall sono risultate mediamente soddisfatte anche per una sostituzione del 60% di frantumato di vetro, seppur con un considerevole calo della stabilità Marshall. L’unico parametro non rispettato a pieno è stato il limite inferire dei vuoti per quanto riguarda il Capitolato Autostrade. Una sostituzione del 10% di frantumato di vetro ha fornito valori di stabilità Marshall pressoché identici a quelli con soli inerti naturali.
9.4CARATTERISTICHE SECONDO IL METODO VOLUMETRICO
I valori assunti dalla percentuale dei vuoti al variare della percentuale di frantumato di vetro sono stati raccolti nella Tabella n. 96.
Glasphalt tipo “usura”
Frantumato di vetro [%] Prescrizioni di Capitolato
Parametro 0 10 60 Autostrade CIRS ANAS 2008
Vuoti a 10 giri 16,2 13,0 8,7 12 - 15 10 - 14 11 - 15 Vuoti a 100 giri 5,1 3,5 2,4 - 4 - 6 - Vuoti a 120 giri 4,3 3,1 2,1 - - 3 - 6 Vuoti a 130 giri 4,0 2,9 1,9 3 - 5 - - Vuoti a 180 giri 2,9 2,5 1,3 - > 2 - Vuoti a 210 giri 2,5 2,3 1,2 - - ≥ 2 Vuoti a 220 giri 2,5 2,2 1,1 ≥ 2 - - Bitume [%] 5,3% in massa rispetto all’aggregato
TABELLA N.96–Valori dei parametri volumetrici per il Glasphalt tipo “usura”
Fino ad un’introduzione di frantumato di vetro del 10%, i valori dei vuoti per tutte le soglie di verifica sono rimasti entro i limiti dei tre Capitolati presi in esame, fatta eccezione
per i vuoti a 10 rotazioni per la miscela con solo inerte naturale che sono risultati leggermente elevati.
Tale manchevolezza non è stata ritenuta pregiudizievole, ma anzi benefica, avendo il frantumato di vetro, come già visto in altre circostanze, la proprietà di ridurre i vuoti e quindi una miscela eccessivamente chiusa avrebbe potuto dare problemi di eccesso di bitume.
Come era ovvio aspettarsi, adottando il 60% di frantumato di vetro, nessuna delle soglie inferiori è risultata soddisfatta, avendo la percentuale dei vuoti superato tutti i valori minimi richiesti dai tre Capitolati più volte citati.
Se mai si volesse inserire in una miscela un tale quantitativo di frantumato di vetro è assolutamente necessario eseguire uno studio preliminare per stabilire quale sia il quantitativo ottimo di bitume così da limitare al minimo questa tipologia di inconveniente.
Per valutare il contributo del vetro all'evolversi della compattazione, si è avuto cura di acquisire le intere curve di addensamento giratorio, il cui andamento è mostrato qui di seguito, riportando in ascissa il numero di giri ed in ordinata il valore della percentuale dei vuoti.
FIGURA N.93–Andamento della percentuale dei vuoti al variare del numero di giri compiuti dalla pressa giratoria
Sono stati ricavati i parametri come già definiti in precedenza in § 7.3: Frantumato di vetro [%] Lavorabilità K Addensabilità C1 R 2 0 4,67 73,07 0,9926 10 3,78 78,48 0,9518 60 2,70 84,93 0,9739
Il marcato incremento dell’addensabilità registrato a seguito della sostituzione con il frantumato di vetro si è tradotto in una minore entità dei vuoti misurata sin dai primi giri, con un calo assai pronunciato per il livello del 60%.
Glasphalt tipo “usura”
Frantumato di vetro [%] Parametro 0 10 60 Limiti SUPERPAVE Vuoti [%] 5,1 3,5 2,4 = 4 VMA [%] 15,1 13,5 13,0 ≥ 14* VFA [%] 66,4 72,3 81,4 65 - 78** ρmh[kg/m3] 2,470 2,459 2,410 - ρbssd [kg/m3] 2,347 2,353 2,355 - Addensamento 100 giri
Bitume [%] 5,3% in massa rispetto all’aggregato
* Valore limite per un diametro nominale massimo di 12,5 mm
** Intervallo di riferimento per una strada con traffico compreso tra 1 e 3 milioni di ESAL (Assi equivalenti)
TABELLA N.98–Parametri volumetrici confrontati con i limiti SUPERPAVE per il Glasphalt tipo “usura”
La miscela tipo “usura” non si è scostata dall’andamento già osservato per le miscele tipo “base” e “binder”, mostrando un calo complessivo dei vuoti, un aumento dei vuoti riempiti da bitume dovuto ad una maggiore presenza di legante libero, una diminuzione della massa volumica massima ed un modesto aumento della densità di volume dovuta ad una maggiore compattazione.
Se fino ad un livello del 10% di frantumato di vetro i risultati ottenuti sono rimasti sui limiti riportati nella metodologia di progetto SUPERPAVE, per un valore del 60% viceversa si è verificato un notevole scostamento.
9.5RESISTENZA A TRAZIONE INDIRETTA
La prova di trazione indiretta è stata eseguita alla temperatura di 20 °C seguendo la Norma UNI EN 12697-23 (cfr. § Allegato 16) su provini di 150 mm di diametro, addensati mediante 100 giri della pressa giratoria, come già affermato in § 7.5.
La Tabella n. 99 riassume tutti i dati ricavati dalle prove di rottura e successivamente nelle Figure n. 94, 95, 96 e 97 sono riportati gli stessi dati in forma grafica.
Glasphalt tipo “usura”
Frantumato di vetro [%]
0 10
Parametro In aria In acqua In aria In acqua
ITS [MPa] 1,327 1,087 1,104 0,788 CTI [N/mm2] 151,8 116,9 116,2 83,2 Dc [mm] 2,06 2,19 2,28 2,24 Vuoti a 100 giri [%] 5,1 4,6 ITSR [%] 81,91 71,35
Bitume [%] 5,3% in massa rispetto all’aggregato
TABELLA N.99 –Risultati della prova di resistenza a trazione indiretta per il Glasphalt tipo “usura”
FIGURA N.94–Confronto tra i valori di resistenza a trazione indiretta di provini stagionati in aria ed in acqua al variare della quantità di frantumato di vetro
Al contrario di quanto verificatosi per le miscele tipo “base” e “binder”, per la miscela tipo “usura” l’andamento del parametro ITS ha fatto registrare un calo piuttosto consistente all’aumentare della percentuale di frantumato di vetro sostituito sia per la serie di provini stagionati in aria che in acqua.
FIGURA N.95–Confronto tra i valori di scorrimento di provini stagionati in aria ed in acqua al variare della quantità di frantumato di vetro
Lo scorrimento assiale ha mostrato un leggero incremento con l’introduzione di frantumato di vetro per entrambe le serie di provini.
FIGURA N.96–Confronto tra i valori di coefficiente di trazione indiretta di provini stagionati in aria ed in acqua al variare della quantità di frantumato di vetro
L’andamento del coefficiente di trazione indiretta del conglomerato tipo “usura” ha seguito in maniera pressoché identica quello della resistenza a trazione indiretta, con una diminuzione per entrambe le serie di provini in seguito all’introduzione di frantumato di vetro.
FIGURA N. 97–Andamento del rapporto di resistenza a trazione indiretta al variare della quantità di frantumato di vetro
Come per la miscela tipo “binder”, anche per la miscela tipo “usura” la sensibilità all’acqua è risultata assai maggiore in seguito all’introduzione di frantumato di vetro con un calo dell’indice ITSR di circa 15 punti percentuali rispetto alla miscela confezionata con soli inerti naturali. Essendo già stato elevato il calo della resistenza a trazione indiretta per la miscela di progetto, il parametro ITSR è sceso al di sotto della soglia del 75% in genere considerata come critica.
9.6MODULO DINAMICO
La determinazione dei moduli dinamici è stata condotta su provini di conglomerato tipo “usura” seguendo le indicazioni della Norma UNI EN 12697-26 (cfr. § Allegato 19). Qui di seguito sono riportate le impostazioni dei parametri assunte per il test.
Parametro Valore
Diametro dei provini [mm] 150 Rise time [s] 0,125 Pulse repetition period [s] 3,000 Temperatura [°C] 20
TABELLA N. 100 – Parametri di prova per la determinazione del modulo dinamico del Glasphalt tipo “usura”
Glasphalt tipo “usura”
Frantumato di vetro [%] Modulo dinamico [MPa]
0 6284 10 6130
TABELLA N.101–Valori del modulo dinamico del Glasphalt tipo “usura”
La rigidezza della miscela si è mantenuta perciò praticamente invariata a seguito della sostituzione dell’inerte naturale con il frantumato di vetro nella percentuale del 10%, confermando quanto già verificatosi nelle miscele tipo “base” e “binder”, ovvero che fino a tale soglia di sostituzione non si verificano decrementi per tale parametro.
9.7PROVA CANTABRO
La prova Cantabro (cfr. § Allegato 18) nasce con l’intento di fornire informazioni sul comportamento delle miscele bituminose sotto il profilo della coesione e dell’adesività.
Secondo i suoi dettami, un provino Marshall compattato con 50 colpi per ciascuna faccia viene pesato e successivamente introdotto nel tamburo rotante normalmente utilizzato per l’esecuzione della prova Los Angeles, senza inserire però le classiche sfere metalliche. È evidente che l’azione cui il materiale viene sottoposto è di urto ed abrasione per effetto del contatto con le pareti interne del cilindro: il risultato è perciò fortemente indicativo delle prestazioni che il conglomerato manifesterà in opera a contatto con i pneumatici dei veicoli.
Nell’ambito del presente studio, si è ritenuto opportuno testare la tendenza al distacco per abrasione (sgranamento) delle particelle vetrose, alle quali si può attribuire, sulla base dei risultati in precedenza ottenuti (cfr. § 5.2.9), una scarsa affinità con il bitume. La prova Cantabro, condotta allo scopo, ha consentito infatti di pervenire a risultati senz’altro più sensibili alla natura dell’inerte impiegato rispetto ai corrispondenti valori Marshall [43].
I valori di riferimento per la perdita in peso rintracciabili sulle pubblicazioni in materia sono relativi, per la maggior parte, a conglomerati drenanti e fonoassorbenti, che costituiscono il campo di applicazione originario della prova: le raccomandazioni fissano soglie massime variabili tra il 20 [44, 45 e 46] ed il 30% [47].
Sulla base di queste premesse, si è voluto testare il comportamento del conglomerato tipo “usura” effettuando un confronto delle perdite in peso Cantabro ottenute ora in presenza di soli inerti naturali, ora a seguito di una sostituzione con frantumato di vetro pari al 10% in volume.
I valori ricavati, operando come descritto nella Norma UNI EN 12697-17 (cfr. § Allegato 18), sono stati riassunti nella Tabella n. 102.
Glasphalt tipo “usura”
Provino Frantumato di vetro
[%] Perdita in peso [%] Valori medi [%] 1 0 10,2 2 0 10,7 3 0 11,6 4 0 8,8 5 0 9,6 10 1 10 10,1 2 10 9,6 3 10 8,7 4 10 11,9 5 10 11,8 10
TABELLA N.102–Risultati della prova Cantabro
Le perdite in peso registrate non hanno manifestato differenze significative nelle due diverse serie di provini, risultando compatibili con le soglie massime richiamate in precedenza.
