7.1IL MIX DESIGN CON INERTI VETROSI
L'inerte naturale costituito dalla frazione 0/10 è stato parzialmente sostituito, in termini volumetrici, con valori di frantumato di vetro pari al 10% e al 15%, essendo quest'ultima la soglia massima accettabile riconosciuta in diversi studi sull'argomento (cfr. § 3.4.1.9): sia la curva granulometrica, sia il contenuto di bitume, sono rimasti invariati rispetto a quanto stabilito per le miscele composte dal solo aggregato naturale.
L’obiettivo è stato infatti 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. 76 è riportato il confronto tra il criterio volumetrico e della massa per la sostituzione della frazione 0/10 con frantumato di vetro.
Sostituzione in volume [%] Sostituzione in massa [%]
0 0 10 9,5 15 14,2
TABELLA N.76–Quantità di frantumato di vetro utilizzate in parziale sostituzione della frazione 0/10
In Tabella n. 77 sono state riportate le curve granulometriche delle miscele con il 10% ed il 15% di frantumato di vetro, confrontate con quella di progetto composta da soli inerti naturali. Passante in peso [%] Setacci UNI [mm] Miscela di progetto Miscela contenente il 10% di frantumato di vetro Miscela contenente il 15% di frantumato di vetro 31,5 100 100 100 20 89 89 89 16 83 83 83 14 76 76 76 12,5 72 72 72 10 64 64 64 8 58 59 59 6,3 52 53 53 4 44 45 45 2 34 34 34 1 23 23 23 0,5 17 17 17 0,25 11 11 11 0,125 9 8 8 0,063 6,7 6,5 6,4
TABELLA N.77– Confronto tra le curve granulometriche delle miscela contenenti frantumato di vetro e quella di progetto
Nella successiva Figura n. 74 sono state riportate le miscele con il 15% di frantumato di vetro e quella di progetto così da fornire un confronto visivo tra le due e osservare come lo scostamento sia minimo.
FIGURA N.74 – Confronto tra la composizione granulometrica della miscela di progetto e quella della miscela contenente il 15% di frantumato di vetro
Osservando i risultati, si può affermare che, anche per un grado di sostituzione del 15%, le differenze tra la curva granulometrica originaria e quella con frantumato di vetro sono state sostanzialmente trascurabili.
7.2CARATTERISTICHE SECONDO IL METODO MARSHALL
I parametri misurati su provini addensati con 75 colpi di maglio per faccia sono raccolti nella Tabella seguente:
Glasphalt tipo “base”
Frantumato di vetro [%] Prescrizioni di Capitolato
Parametro 0 10 15 Autostrade ANAS 2004 CIRS
Stabilità [kN] 10,52 11,09 9,01 ≥ 9,00 ≥ 7,00 ≥ 8,00
Scorrimento [mm] 2,55 2,41 2,39 N. P. N. P. N. P. Rigidezza [kN/mm] 4,13 4,60 3,77 ≥ 2,50 > 2,50 > 2,50 Vuoti [%] 5,5 5,5 5,2 3 - 5 4 -7 4 -7 Addensamento 75 colpi per lato
Bitume [%] 4,5% in massa rispetto all’aggregato TABELLA N.78–Valori dei parametri Marshall per il Glasphalt tipo “base”
Nei grafici delle Figure n. 75 e 76 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.75–Valori della stabilità Marshall per il Glasphalt tipo “base”
FIGURA N.76–Valori dei vuoti Marshall per il Glasphalt tipo “base”
Se ne deduce che le prescrizioni riguardanti i risultati della prova Marshall sono state soddisfatte anche per una sostituzione del 15% di frantumato di vetro, infatti tutti i parametri sono rientrati entro i limiti imposti dai tre Capitolati presi a riferimento.
7.3CARATTERISTICHE SECONDO IL METODO VOLUMETRICO
I valori assunti dalla percentuale dei vuoti al variare della quantità di vetro sono stati raccolti nella Tabella seguente:
Glasphalt tipo “base”
Frantumato di vetro [%] Prescrizioni di Capitolato
Parametro 0 10 15 Autostrade CIRS ANAS 2008
Vuoti a 10 giri 12,8 12,4 11,7 12 - 15 10 - 14 11 - 15 Vuoti a 100 giri 5,1 4,7 4,6 3 - 5 3 - 5 3 - 6 Vuoti a 180 giri 3,5 3,1 2,9 ≥ 2 > 2 ≥ 2
Bitume [%] 4,5% in massa rispetto all’aggregato TABELLA N.79–Valori dei parametri volumetrici per il Glasphalt tipo “base”
Se ne deduce che le prescrizioni relative ai risultati della prova di addensamento giratorio sono state generalmente soddisfatte a meno di piccoli scostamenti rispetto ad alcuni valori limite di Capitolato. In particolare non è risultato soddisfatto per un decimo di punto percentuale il valore dei vuoti a 100 giri per i Capitolati Autostrade e CIRS. Tale scostamento non è stato comunque ritenuto penalizzante per la miscela di progetto, oltre per il fatto di essere di piccola entità, anche perché rientrante nei limiti richiesti dal più aggiornato Capitolato ANAS 2008.
La pressa giratoria, così come concepita, permette di descrivere in maniera approfondita i processi di addensamento dei conglomerati bituminosi in quanto è data la possibilità, giro dopo giro, di conoscere l’altezza raggiunta dal generico provino. Ciò consente di ricavare, sulla base della corrispondenza tra geometria teorica ed effettiva del campione valutate al termine del processo, le leggi matematiche che legano le proprietà volumetriche delle miscele con il numero di giri della pressa.
Sfruttando questo principio si è voluto valutare il contributo del frantumato di vetro all'evolversi della compattazione, acquisendo le intere curve di addensamento giratorio.
L’andamento è mostrato nella successiva Figura n. 77, riportando in ascissa il numero di giri ed in ordinata il valore della percentuale dei vuoti.
Dal punto di vista analitico [42], l’andamento del grado di compattazione C, corrispondente al complemento a cento della percentuale dei vuoti, può essere interpolato tramite la relazione:
C = C1 + K·lnN.
In essa, N indica il numero di giri, K è un parametro che rappresenta la lavorabilità della miscela, mentre C1 definisce le sue caratteristiche di autoaddensamento, ossia
individua il grado di compattazione posseduto dal provino in corrispondenza del primo giro eseguito dalla pressa.
Frantumato di vetro [%] Lavorabilità K Addensabilità C1 R 2 0 3,39 79,5 0,9921 10 3,44 79,7 0,9836 15 3,06 81,9 0,9541
FIGURA N.77–Andamento della percentuale dei vuoti al variare del numero di giri compiuti dalla pressa giratoria
Si può constatare come la presenza di vetro abbia sortito un effetto coadiuvante della compattazione, che è emerso dall’aumento dell’addensabilità.
È soprattutto durante le prime 50 rotazioni che si sono registrati i cali maggiori, laddove il valore dei vuoti è andato a coincidere con quelli minimi consentiti dal Capitolato ANAS 2008.
Come già espresso nei precedenti capitoli (cfr. § 3.4.1.2) il vetro, essendo un materiale totalmente impermeabile, si caratterizza per un ridotto assorbimento di bitume, che resta così disponibile in maggior misura per instaurare legami tra le particelle. Questo fa sì che il bitume ”libero”, da un lato produca una maggiore addensabilità della miscela, soprattutto nei primi istanti, facendo da lubrificante, dall’altro una riduzione complessiva dei vuoti, andando a riempire gli spazi intergranulari.
Tale fenomeno, se può essere considerato benefico in miscele con problemi di addensabilità o con un eccesso di vuoti, può in miscele molto chiuse, portare nei periodi estivi a problemi di rifluimento ed ormaiamento.
A testimonianza di queste affermazioni, in Tabella n. 81 si è riportato l’andamento dei valori dei vuoti intergranulari (Void in Mineral Aggregate) e i vuoti riempiti dal bitume (Void Filled by Asphalt) calcolati seguendo la Norma UNI EN 12697-8 (cfr. § Allegato 14) e confrontati con i limiti così come sono definiti nel Metodo SUPERPAVE. I primi considerano come volume dei vuoti non solo quello occupato dall’aria ma anche quello occupato dal bitume mentre il secondo indica la percentuale dei VMA che sono riempiti da bitume.
Oltre ai precedenti parametri sono stati riportati i valori della massa volumica massima
ρmh determinata con il metodo matematico secondo la Norma UNI EN12697-5 (cfr. §
Allegato 12) e della densità di volume ρbssd determinata secondo la Norma UNI EN
12697-5 (cfr. § Allegato 13).
Tutti i valori sono stati ricavati su provini addensati a 100 giri.
Glasphalt tipo “base” Frantumato di vetro [%] Parametro 0 10 15 Limiti SUPERPAVE Vuoti [%] 5,1 4,7 4,6 = 4 VMA [%] 14,1 13,8 13,6 ≥ 12* VFA [%] 62,7 64,9 65,5 65 - 78** ρmh[kg/m3] 2,504 2,502 2,492 - ρbssd [kg/m3] 2,367 2,381 2,398 - Addensamento 100 giri
Bitume [%] 4,5% in massa rispetto all’aggregato
* Valore limite per un diametro nominale massimo di 35 mm
** Intervallo di riferimento per una strada con traffico compreso tra 1 e 3 milioni di ESAL (assi equivalenti)
TABELLA N.81– Parametri volumetrici confrontati con i limiti SUPERPAVE per il Glasphalt tipo “base”
I risultati ottenuti hanno testimoniato quanto precedentemente affermato, ovvero che il frantumato di vetro favorisca un calo dei vuoti complessivi, dia un aumento dei vuoti riempiti dal bitume dovuto ad una maggiore presenza di legante libero, porti ad una diminuzione della massa volumica massima e ad un aumento della densità di volume.
Nell’ultima colonna sono stati riportati alcuni limiti presenti nella metodologia di progettazione SUPERPAVE. Tali valori sono da considerare unicamente come indicativi di un ordine di grandezza con cui confrontare i risultati ottenuti essendo la metodologia di progettazione SUPERPAVE in parte differente rispetto a quella seguita nel presente studio.
7.4RESISTENZA 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 e addensati mediante 100 giri della pressa giratoria.
Per lo studio della sensibilità all’acqua di miscele tipo “base” contenenti frantumato di vetro è stata impiegata la Norma UNI EN 12697-12 (cfr. § Allegato 17) che consiste nel confrontare il valore di resistenza a trazione indiretta tra due serie di provini, una stagionata in aria e l’altra stagionata per un periodo compreso tra le 68 e le 72 ore in un bagno d’acqua alla temperatura costante di 40°C.
Qui di seguito è stata riportata la Tabella con tutti i dati ricavati dalle prove di rottura e successivamente gli stessi dati in forma grafica.
Glasphalt tipo “base”
Frantumato di vetro [%]
0 10 15
Parametro In aria In acqua In aria In acqua In aria In acqua
ITS [MPa] 1,714 1,686 1,780 1,747 1,949 1,939 CTI [N/mm2] 228,5 293,2 274,8 299,3 285,2 331,4 Dc [mm] 1,78 1,42 1,54 1,38 1,66 1,38 Vuoti a 100 giri [%] 5,1 4,6 4,1 ITSR [%] 98,34 98,15 99,45
Bitume [%] 4,5% in massa rispetto all’aggregato
TABELLA N.82–Risultati della prova di resistenza a trazione indiretta per il Glasphalt tipo “base”
FIGURA N.78–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
Sia per provini stagionati in aria che in acqua, i valori di resistenza a trazione indiretta sono cresciuti all’aumentare della presenza di frantumato di vetro con un andamento pressoché parallelo. È da notare come l’andamento verificatosi sia risultato in controtendenza con quello della stabilità Marshall, che viceversa aveva fatto registrare un andamento decrescente all’aumentare della percentuale di frantumato di vetro.
FIGURA N.79–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 è risultato insensibile alla presenza di frantumato di vetro, con valori leggermente superiori per i provini stagionati in aria rispetto a quelli stagionati in acqua.
FIGURA N.80–Confronto tra i valori del coefficiente di trazione indiretta di provini stagionati in aria ed in acqua al variare della quantità di frantumato di vetro
Così come per la resistenza a trazione indiretta, anche il coefficiente di trazione indiretta ha fatto registrare un andamento crescente all’aumentare del quantitativo di frantumato di vetro. L’inversione delle linee di tendenza del coefficiente di trazione indiretta tra i provini stagionati in aria e quelli in acqua è dipeso essenzialmente dal fatto che questi ultimi hanno fatto registrare dei valori di scorrimento sensibilmente inferiori, parametro cui il parametro CTI è inversamente proporzionale.
FIGURA N. 81–Andamento del rapporto di resistenza a trazione indiretta al variare della quantità di frantumato di vetro
Questa miscela tipo “base” è risultata pressoché insensibile all’azione dell’acqua, caratterizzandosi per un valore dell’indice ITSR superiore al 98%, che non ha fatto registrare cali all’aumentare della percentuale di vetro sostituita.
7.5MODULO DINAMICO
La determinazione dei moduli dinamici è stata condotta su provini di conglomerato tipo "base" secondo la Norma UNI EN 12697-26 (cfr. § Allegato 19).
Ai fini della progettazione delle pavimentazioni flessibili, è essenziale conoscere il valore di tali moduli, dai quali dipende principalmente l’ampiezza delle deformazioni degli strati di conglomerato bituminoso indotte dai carichi del traffico veicolare.
La procedura sperimentale seguita è identificata dalla Norma con la sigla IT-CY e consiste nell’applicazione di una tensione indiretta su provini cilindrici, addensati tramite il compattatore giratorio.
I parametri di prova impiegati sono stati riassunti nella Tabella seguente:
Parametro Valore
Diametro dei provini [mm] 150 Rise time [s] 0,125 Pulse repetition period [s] 3,000 Temperatura [°C] 20
I valori cui si è pervenuti, ottenuti come media su due provini, sono qui di seguito raccolti:
Glasphalt tipo “base”
Frantumato di vetro [%] Modulo dinamico [MPa]
0 8486 10 8408 15 6415
TABELLA N.84–Valori del modulo dinamico del Glasphalt tipo “base”
Si noti come il valore di tale parametro è risultato praticamente insensibile alla presenza di vetro fintantoché la sua quantità non ha ecceduto il 10% in volume, mentre percentuali superiori (15%) hanno prodotto un decremento non trascurabile.
