CONGLOMERATO BITUMINOSO CON
SOLO AGGREGATO NATURALE
6.1PREMESSA
La progettazione delle miscele bituminose consiste essenzialmente nella definizione di una curva granulometrica che, unitamente ad una data percentuale di legante, consenta di soddisfare i requisiti imposti dai principali Capitolati d’Appalto [18, 20, 21] a specifici parametri di controllo.
Questi ultimi si differenziano a seconda del criterio di progetto adottato: il criterio basato sui risultati delle prove Marshall (METODO MARSHALL) prende in considerazione i valori della percentuale dei vuoti, della stabilità e della rigidezza, determinati su provini preparati e testati secondo le Norme UNI EN 12697-30 (cfr. § Allegato 9) e UNI EN 12697-34 (cfr. § Allegato 15); secondo il METODO VOLUMETRICO invece, si fa riferimento ai valori delle percentuali dei vuoti corrispondenti a prestabilite soglie del numero di rotazioni compiute dal compattatore giratorio durante l’addensamento (UNI EN 31, cfr. § Allegato 10) e ai valori di resistenza a trazione indiretta (UNI EN 12697-23, cfr. § Allegato 16).
Nella presente sperimentazione sono stati utilizzati entrambi i procedimenti di controllo così da avere da un lato con il Metodo Marshall dei valori derivanti da prove più note alla tradizione degli enti locali, dall’altro, con il Metodo Volumetrico dei parametri più in linea con l’attuale ricerca scientifica internazionale.
La pressa a taglio giratorio [41] consente, infatti, di superare le limitazioni proprie della metodologia di costipamento Marshall che attualmente è la più utilizzata nel settore stradale ed è indicata nella maggior parte delle Norme Tecniche di Capitolato. Quest’ultima, di tipo impulsivo unidirezionale, conduce alla creazione, all’interno dei campioni di prova, di strutture differenti rispetto a quelle che effettivamente si realizzano nei vari strati delle pavimentazioni a seguito del passaggio dei mezzi di costipamento di cantiere. Sotto l’azione del maglio battente gli aggregati lapidei, che costituiscono lo scheletro portante del conglomerato nello stato compattato, vengono spostati prevalentemente nella direzione verticale, con limitate possibilità di ruotare in modo da raggiungere le configurazioni di massima densità. Nel caso della pressa a taglio giratorio viene invece consentita la riorganizzazione dei granuli grazie alla applicazione di una azione combinata di sollecitazioni normali e tangenziali che mutano continuamente di direzione a causa della rotazione eccentrica della fustella contenente il materiale e che simulano quindi più fedelmente le azioni dei rulli (Figura n. 64).
FIGURA N.64–Metodologia di costipamento, impulsiva e giratoria [42]
Il calcolo dei vuoti, per entrambi i metodi, è stato eseguito seguendo la Norma UNI EN 12697-8 (cfr. § Allegato 14), utilizzando per il calcolo della massa volumica massima la Norma UNI EN 12697-5, metodo matematico (cfr. § Allegato 14), mentre per il calcolo della densità di volume dei singoli provini è stata seguita la Norma UNI EN 12697-6, metodo della superficie saturata asciutta SSD (cfr. § Allegato 13).
È stato preferito il metodo SSD al classico metodo con paraffinatura per il calcolo dei vuoti perchè più veloce da eseguire su provini di grosse dimensioni come quelli realizzati tramite la pressa giratoria. Altro vantaggio non meno importante è stato il fatto che, non producendosi alterazioni di rilievo, è stato possibile riutilizzare i medesimi provini per eseguire anche i successivi test, potendo così effettuare una correlazione diretta tra i dati ottenuti.
6.2CONGLOMERATO TIPO “BASE”
6.2.1. La composizione granulometrica di progetto dell’aggregato
Per progettare la miscela granulometrica di conglomerato tipo “base”, sono state seguite le indicazioni dei Capitolati Autostrade [18], CIRS [20] ed ANAS 2008 [21], riportate in Tabella n. 58.
Passante in peso [%] Passante in peso [%]
Crivelli e setacci
UNI [mm] Autostrade CIRS
Setacci UNI [mm] ANAS 2008 Crivello 40 100 100 - - “ 25 100 80 - 100 31,5 100 “ 25 70 - 95 70 - 95 20 68 - 88 “ 15 45 - 70 45 - 70 16 55 - 78 “ 10 35 - 60 35 - 60 8 36 - 60 “ 5 25 - 50 25 - 50 4 25 - 48 Setaccio 2 18 - 38 20 - 35 2 18 - 38 “ 0,4 6 - 20 6 - 20 0,5 8 - 21 “ 0,18 4 - 14 4 - 14 0,25 5 - 16 “ 0,075 4 - 8 4 - 8 0,063 4 - 8
TABELLA N.58–Fusi di riferimento per conglomerato tipo “base” dei Capitolati Autostrade, CIRS ed ANAS 2008
La curva granulometrica dell’aggregato è stata determinata miscelando tra loro le diverse frazioni disponibili, secondo le percentuali riportate qui di seguito in Tabella n. 59.
Passante in peso [%] Setacci UNI [mm] 16/30 4/20 0/10 0/5 Filler 1 Miscela 31,5 100 100 - - - 100 20 19 99 - - - 89 16 6 84 - - - 83 14 5 65 - - - 76 12,5 4 50 - - - 72 10 2 26 100 - - 64 8 2 16 93 - - 58 6,3 1 7 84 - - 52 4 1 1 68 100 - 44 2 1 1 35 94 - 34 1 1 0 20 63 100 23 0,5 1 - 13 42 97 17 0,25 0 - 9 21 94 11 0,125 - - 5 14 91 9 0,063 - - 3,8 6,3 86,4 6,7 Percentuale 13% 32% 32% 18% 5% 100%
TABELLA N.59–Composizione granulometrica della miscela di soli inerti naturali per il conglomerato tipo “base”
Nei seguenti diagrammi delle Figure n. 65, 66 e 67 è riportata la curva granulometrica della miscela di aggregati tipo “base” confrontata con i fusi di riferimento proposti dai Capitolati Autostrade, CIRS ed ANAS 2008.
FIGURA N.65–Composizione granulometrica della miscela di soli inerti naturali per il conglomerato tipo “base” confrontata con il fuso del Capitolato Autostrade
FIGURA N.66–Composizione granulometrica della miscela di soli inerti naturali per il conglomerato tipo “base” confrontata con il fuso del Capitolato CIRS
FIGURA N.67–Composizione granulometrica della miscela di soli inerti naturali per il conglomerato tipo “base” confrontata con il fuso del Capitolato ANAS 2008
6.2.2 La percentuale di bitume
In Tabella n. 60 è riportata la percentuale di bitume espressa rispetto alla massa degli aggregati, con riferimento alle soglie prescritte dai principali Capitolati [18, 20, 21]. Le caratteristiche del legante utilizzato sono già state riportate nel paragrafo § 6.1.
Prescrizioni di Capitolato
Parametro C. B. Base Autostrade CIRS ANAS 2008
Bitume [%] 4,3 4,0 - 5,5 4,0 - 5,0 4,0 - 5,0
TABELLA N.60–Verifica dell’accettabilità della percentuale di bitume del conglomerato tipo “base”
6.2.3 Metodo Marshall
Adottando la metodologia di prova Marshall, descritta nella Norma UNI EN 12697-30 (cfr. § Allegato 9), sono stati determinati i valori assunti dalla stabilità e dalla rigidezza, così da verificarne la rispondenza ai requisiti di Capitolato. Non essendo presente questa metodologia di prova nel Capitolato ANAS 2008, si è fatto riferimento al precedente Capitolato ANAS 2004.
Prescrizioni di Capitolato
Parametro C. B. Base Autostrade CIRS ANAS 2004
Stabilità [kN] 10,52 ≥ 9,00 > 8,00 ≥ 7,00 Rigidezza [kN/mm] 4,13 ≥ 2,50 > 2,50 > 2,50 Vuoti [%] 5,5 3 - 5 4 - 7 4 - 5
Provini addensati con 75 colpi di maglio
Come si può notare, tutte le prescrizioni dei Capitolati assunti a riferimento sono rispettate, ad eccezione della percentuale dei vuoti che non soddisfa quanto previsto dai Capitolati Autostrade ed ANAS 2004. Tuttavia, considerando che i requisiti di resistenza e deformabilità (ossia stabilità e rigidezza) sono ampiamente rispettati, la miscela è stata ritenuta nel complesso tecnicamente accettabile.
6.2.4 Metodo Volumetrico
La progettazione tramite il Metodo Volumetrico, incentrata sulla determinazione delle percentuali dei vuoti corrispondenti a tre differenti numeri di giri eseguiti dal compattatore giratorio, è stata condotta riferendosi ai dettami della Norma UNI-EN 12697-31 (cfr. § Allegato 10), una volta fissati i seguenti valori dei parametri di prova:
Parametri di prova per compattazione giratoria
Pressione verticale 600 kPa Angolo di rotazione 1,25° Velocità di rotazione 30 rpm Numero di giri finali 220 Diametro interno della fustella 150 mm
TABELLA N.62 – Valori dei parametri di prova per la compattazione giratoria del conglomerato tipo “base”
La verifica dei vuoti della miscela ha fornito i seguenti risultati:
Prescrizioni di Capitolato
Parametro C. B. Base Autostrade CIRS ANAS 2008
Vuoti a 10 giri 12,8 12 - 15 10 - 14 11 - 15 Vuoti a 100 giri 5,0 3 - 5 3 - 5 3 - 6
Vuoti a 180 giri 3,0 ≥ 2 > 2 ≥ 2
TABELLA N.63–Verifica dell’accettabilità dei parametri volumetrici per il conglomerato tipo “base”
Stanti tali valori, si può affermare che la miscela progettata risulta accettabile rispetto ai requisiti previsti dai Capitolati di riferimento.
6.3CONGLOMERATO TIPO “BINDER”
6.3.1 La composizione granulometrica di progetto dell’aggregato
Passante in peso [%] Passante in peso [%] Crivelli e setacci
UNI [mm] Autostrade CIRS
Setacci UNI [mm] ANAS 2008 Crivello 25 100 100 20 100 “ 15 65 - 85 65 - 85 16 90 - 100 “ 10 55 - 75 55 - 75 8 66 - 86 “ 5 35 - 55 35 - 55 4 34 - 54 Setaccio 2 25 - 38 25 - 38 2 25 - 40 “ 0,4 10 - 20 10 - 20 0,5 10 - 22 “ 0,18 5 - 15 5 - 15 0,25 6 - 16 “ 0,075 4 - 8 4 - 8 0,063 4 - 8
TABELLA N.64–Fusi di riferimento per conglomerato tipo “binder” dei capitolati Autostrade, CIRS ed ANAS 2008
La curva granulometrica è stata costruita miscelando tra loro le diverse frazioni a disposizione, secondo le percentuali riportate qui di seguito in Tabella n. 65.
Passante in peso [%] Setacci UNI [mm] 16/20 4/20 0/10 0/5 Filler 1 Miscela 31,5 - 100 - - - 100 20 100 99 - - - 100 16 0 84 - - - 83 14 - 65 - - - 77 12,5 - 50 - - - 72 10 - 26 100 - - 65 8 - 16 93 - - 59 6,3 - 7 84 - - 53 4 - 1 68 100 - 45 2 - 1 35 94 - 32 1 - 0 20 63 100 22 0,5 - - 13 42 97 17 0,25 - - 9 21 94 12 0,125 - - 5 14 91 9 0,063 - - 3,8 6,3 86,4 7,5 Percentuale 12% 31% 37% 14% 6% 100%
TABELLA N.65–Composizione granulometrica della miscela di soli inerti naturali per il conglomerato tipo “binder”
Nei seguenti diagrammi delle Figure n. 68, 69 e 70 è riportata la curva granulometrica della miscela di aggregati tipo “binder” confrontata con i limiti dei Capitolati Autostrade, CIRS ed ANAS 2008.
FIGURA N.68–Composizione granulometrica della miscela di soli inerti naturali per il conglomerato tipo “binder”confrontata con il fuso del Capitolato Autostrade
FIGURA N.69–Composizione granulometrica della miscela di soli inerti naturali per il conglomerato tipo “binder” confrontata con il fuso del Capitolato CIRS
FIGURA N.70–Composizione granulometrica della miscela di soli inerti naturali per il conglomerato tipo “binder”confrontata con il fuso del Capitolato ANAS 2008
6.3.2 La percentuale di bitume
Qui di seguito viene riportata la percentuale di bitume, espressa rispetto alla massa degli aggregati, con riferimento alle soglie prescritte dai principali Capitolati [18, 20, 21]. Le caratteristiche del legante utilizzato sono riportate nel paragrafo § 6.1.
Prescrizioni di Capitolato
Parametro C. B. Base Autostrade CIRS ANAS 2008
Bitume [%] 4,8 4,5 – 6,0 4,5 - 5,5 4,1 - 5,5
TABELLA N.66–Verifica dell’accettabilità della percentuale di bitume del conglomerato tipo “binder”
6.3.3 Metodo Marshall
Adottando la metodologia di prova Marshall, descritta nella Norma UNI EN 12697-30 (cfr. § Allegato 9), sono stati determinati i valori assunti dalla stabilità e dalla rigidezza, così da verificarne la rispondenza ai requisiti di Capitolato. Non essendo presente questa metodologia di prova nel Capitolato ANAS 2008, si è fatto riferimento al precedente Capitolato ANAS 2004.
Prescrizioni di Capitolato
Parametro C. B. Binder Autostrade CIRS ANAS 2004
Stabilità [kN] 13,03 ≥ 10,00 > 10,00 ≥ 9,00
Rigidezza [kN/mm] 3,54 ≥ 2,50 3,00 - 4,50 > 2,50 Vuoti [%] 5,8 3 - 5 4 - 6 3 - 7
Provini addensati con 75 colpi di maglio
Come si può notare, le prescrizioni del Capitolato Autostrade relative ai vuoti Marshall non risultano del tutto verificate, tuttavia, in analogia a quanto considerato a proposito del conglomerato tipo “base” (cfr. § 7.2.3), anche in questo caso la miscela può ritenersi tecnicamente accettabile.
6.3.4 Metodo Volumetrico
La progettazione tramite il Metodo Volumetrico, incentrata sulla determinazione delle percentuali dei vuoti corrispondenti a tre differenti numeri di giri eseguiti dal compattatore giratorio, è stata condotta riferendosi ai dettami della Norma UNI-EN 12697-31 (cfr. § Allegato 10), una volta fissati i seguenti valori dei parametri di prova:
Parametri di prova per compattazione giratoria
Pressione verticale 600 kPa Angolo di rotazione 1,25° Velocità di rotazione 30 rpm Numero di giri finali 180 Diametro interno della fustella 150 mm
TABELLA N.68 – Valori dei parametri di prova per la compattazione giratoria del conglomerato tipo “binder”
La verifica dei vuoti della miscela ha fornito i seguenti risultati:
Prescrizioni di capitolato
Parametro C. B. Binder Autostrade CIRS ANAS 2008
Vuoti a 10 giri 12,8 12 - 15 10 - 14 11 - 15
Vuoti a 100 giri 5,0 3 - 5 3 - 5 3 - 6 Vuoti a 180 giri 3,0 ≥ 2 > 2 ≥ 2
TABELLA N.69–Verifica dell’accettabilità dei parametri volumetrici per il conglomerato tipo “binder”
Anche rispetto ai parametri volumetrici prescritti, la miscela predisposta risulta accettabile.
6.4CONGLOMERATO DI TIPO “USURA”
6.4.1 La composizione granulometrica di progetto dell’aggregato
Per progettare la miscela granulometrica del conglomerato tipo “usura”, sono state seguite le indicazioni dei Capitolati Autostrade [18], CIRS [20] ed ANAS 2008 [21],
Passante in peso [%] Passante in peso [%] Crivelli e setacci
UNI [mm] Autostrade CIRS
Setacci UNI [mm] ANAS 2008 Crivello 20 100 100 16 100 “ 15 90 - 100 90 - 100 12,5 90 - 100 “ 10 70 - 90 70 - 90 8 70 - 88 “ 5 40 - 55 40 - 60 4 40 - 58 Setaccio 2 25 - 38 25 - 38 2 25 - 38 “ 0,4 11 - 20 11 - 20 0,5 10 - 20 “ 0,18 8 - 15 8 - 15 0,25 8 - 16 “ 0,075 6 - 10 6 - 10 0,063 6 - 10
TABELLA N.70–Fusi di riferimento per conglomerato tipo “usura” dei Capitolati Autostrade, CIRS ed ANAS 2008
Le percentuali delle diverse frazioni stabilite per realizzare la composizione granulometrica ottimale sono così riassumibili:
Passante in peso [%] Setacci UNI [mm] 4/14 0/10 0/5 Filler 2 Miscela 31,5 - - - - 100 20 - - - - 100 16 - - - - 100 14 100 - - - 100 12,5 95 - - - 99 10 80 100 - - 94 8 58 93 - - 84 6,3 34 84 - - 72 4 8 68 100 - 55 2 1 35 94 - 33 1 1 20 63 100 22 0,5 0 13 42 99 17 0,25 - 9 21 96 13 0,125 - 5 14 86 10 0,063 - 3,8 6,3 64,3 7,1 Percentuale 28% 60% 5% 7% 100%
TABELLA N.71–Composizione granulometrica della miscela di soli inerti naturali per il conglomerato tipo “usura”
Nei seguenti diagrammi delle Figure n. 71, 72 e 73 è riportata la curva granulometrica della miscela di aggregati tipo “binder” confrontata con i limiti dei Capitolati Autostrade, CIRS ed ANAS 2008.
FIGURA N.71–Composizione granulometrica della miscela di soli inerti naturali per il conglomerato tipo “usura”confrontata con il fuso del Capitolato Autostrade
FIGURA N.72–Composizione granulometrica della miscela di soli inerti naturali per il conglomerato tipo “usura” confrontata con il fuso del Capitolato CIRS
FIGURA N.73–Composizione granulometrica della miscela di inerti per il conglomerato tipo “usura” confrontata con il fuso del Capitolato ANAS 2008
6.4.2 La percentuale di bitume
Qui di seguito viene riportata la percentuale di bitume, espressa rispetto alla massa degli aggregati, con riferimento alle soglie prescritte dai principali Capitolati [18, 20, 21]. Le caratteristiche del legante utilizzato sono riportate nel paragrafo § 6.1.
Prescrizioni di Capitolato
Parametro C. B. Usura Autostrade CIRS ANAS 2008
Bitume [%] 5,2 5,0 - 6,5 5,0 - 6,0 4,5 - 6,1 TABELLA N.72–Verifica dell’accettabilità della percentuale di bitume del conglomerato tipo “usura”
6.4.3. Metodo Marshall
Adottando la metodologia di prova Marshall, descritta nella Norma UNI EN 12697-30 (cfr. § Allegato 9), sono stati determinati i valori assunti dalla stabilità e dalla rigidezza, così da verificarne la rispondenza ai requisiti di Capitolato. Non essendo presente questa metodologia di prova nel Capitolato ANAS 2008, si è fatto riferimento al precedente Capitolato ANAS 2004.
Prescrizioni di Capitolato
Parametro C. B. Usura Autostrade CIRS ANAS 2004
Stabilità [kN] 14,51 ≥ 11,00 > 11,00 ≥ 10,00 Rigidezza [kN/mm] 4,48 ≥ 2,50 3,00 - 4,50 > 3,00
Vuoti [%] 4,6 3 - 5 3 - 6 3 - 6 Provini addensati con 75 colpi di maglio
6.4.4 Metodo Volumetrico
La progettazione tramite il Metodo Volumetrico, incentrata sulla determinazione delle percentuali dei vuoti corrispondenti a tre differenti numeri di giri eseguiti dal compattatore giratorio, è stata condotta riferendosi ai dettami della Norma UNI-EN 12697-31 (cfr. § Allegato 10), una volta fissati i seguenti valori dei parametri di prova:
Parametri di prova per compattazione giratoria
Pressione verticale 600 kPa Angolo di rotazione 1,25° Velocità di rotazione 30 rpm Numero di giri finali 220 Diametro interno della fustella 150 mm
TABELLA N.74 – Valori dei parametri di prova per la compattazione giratoria del conglomerato tipo “usura”
La verifica dei vuoti della miscela ha fornito i seguenti risultati:
Prescrizioni di Capitolato
Parametro C. B. Binder Autostrade CIRS ANAS 2008
Vuoti a 10 giri 16,9 12 - 15 10 - 14 11 - 15 Vuoti a 100 giri 5,8 - 4 - 6 - Vuoti a 120 giri 5,1 - - 3 - 6 Vuoti a 130 giri 4,8 3 - 5 - - Vuoti a 180 giri 3,7 - > 2 - Vuoti a 210 giri 3,5 - - ≥ 2 Vuoti a 220 giri 3,5 ≥ 2 - -
TABELLA N.75–Verifica dell’accettabilità dei parametri volumetrici per il conglomerato tipo “usura”
Come si può notare, la soglia massima definita dai Capitolati in merito ai vuoti residui a 10 giri è leggermente superata dal valore sperimentale ottenuto. Questa condizione può tuttavia ritenersi accettabile se si intende mantenere costante la curva granulometrica, in quanto, come specificato nel seguito (§ 8.3, 9.3, 10.3), la presenza del vetro tende a ridurre la percentuale dei vuoti sin dall’esecuzione dei primi giri di addensamento.
