NOTE RIEPILOGATIVE E
CONCLUSIONI
10.1IL FRANTUMATO DI VETRO
La presente sperimentazione è stata condotta per valutare le possibilità di impiego del frantumato di vetro nel confezionamento di conglomerati bituminosi per pavimentazioni stradali, così da individuare un’alternativa allo smaltimento in discarica degli scarti vetrosi e ridurre l’estrazione da cava di inerti naturali.
Operativamente, dapprima si è focalizzata l’attenzione sugli aspetti caratterizzanti l’inerte vetroso, determinati con prove specifiche e successivamente, sono state valutate le caratteristiche compositive e prestazionali del conglomerati bituminosi per pavimentazioni stradali contenenti la frazione0/10 difrantumato di vetro.
In Tabella n. 103 sono riportati i valori di tali caratteristiche del frantumato di vetro, e confrontati con quelli degli inerti naturali della frazione 0/10 previsti dal Capitolato ANAS 2008.
Parametro Norma Simbolo Unità di
misura Frazione 0/10 Frantumato di vetro Prescrizioni Capitolato ANAS 2008 (Base/Binder)
Diametro massimo UNI EN 933-1 Dmax mm 10 10 ≤ 31,5*
Passante al setaccio 0,063 UNI EN 933-1 f % 3,8 1,6 ≤ 18** Equivalente in sabbia UNI EN 933-8 SE % N.D. 100 > 60** Forma dei granuli UNI EN 933-3 FI % 8 45 ≤ 15* Percentuale di superficie frantumata UNI EN 933-5 C % 100 54 ≥ 50* Prova di schiacciamento CNR 4/53 Cf - 141 203 N.P. Los Angeles UNI EN 1097-2 LA % 23 31* ≤ 25*
Massa volumica UNI EN 1097-6 ga Mg/m3 2,68 2,54 N.P.
Assorbimento d’acqua
UNI EN
1097-6 WA24 % 0,90 0,06 N.P.
Affinità tra aggregato e bitume (24 h)
UNI EN
12697-11 - % 72 37 N.P. * Requisiti per aggregati grossi
** Requisiti per aggregati fini
TABELLA N.103–Caratteristiche del frantumato di vetro confrontate con quelle della frazione 0/10 e con le prescrizioni del Capitolato ANAS 2008
10.1.1 Granulometria e forma dei granuli
Dal punto di vista granulometrico, il frantumato di vetro è risultato interamente passante al setaccio di apertura pari a 10 mm, e trattenuto per solo il 22,2% a quello da 5 mm: la dimensione massima si allinea pertanto alle soglie che vari studi pongono alla granulometria degli inerti per conglomerati bituminosi in 4,75 - 9,5 mm.
Anche la percentuale di filler presente è risultata in linea con le indicazioni presenti nella letteratura scientifica, essendo la percentuale di passante al setaccio da 0,063 mm inferiore alla soglia massima dell’8%.
Un miglioramento che potrebbe essere ottenuto, per quanto riguarda l’aspetto granulometrico, consiste nel ridurre la dimensione massima a 4 - 5 mm, così da rendere tutto il frantumato di vetro assimilabile ad una frazione fine. Questo intervento, realizzabile a mezzo di una frantumazione più accentuata ed una successiva vagliatura con setacci di maglie da 4 - 5 mm, permetterebbe di ridurre ulteriormente tutti gli aspetti negativi legati alla forma delle particelle di vetro di dimensioni maggiori. In particolare si avrebbe una diminuzione dell’indice di appiattimento (cfr. § 5.2.4) ed un aumento della percentuale di “superficie frantumata” come prevista dalla Norma UNI EN 933-5 (cfr. § 5.2.5).
La presenza di elementi di grosse dimensioni, che presentano generalmente forma appiattita (FI = 45, cfr. § 5.2.4) e una percentuale di superficie frantumata molto limitata (C = 54%, cfr. § 5.2.5) è infatti determinante nel favorire l’insorgere di fenomeni di rottura dei grani, marcato spogliamento e, limitatamente allo strato di usura, riduzione di aderenza.
Ci si attenderebbe anche un leggero miglioramento del coefficiente di frantumazione (cfr. § 5.2.7) e dell’affinità tra aggregato e bitume (cfr. § 5.2.9), in quanto legati direttamente ai precedenti due parametri.
Oltre a ciò, questa operazione consentirebbe al frantumato di vetro di rispettare le prescrizioni imposte da molti Capitolati Speciali d’Appalto sul materiale fine, ampliandone le possibilità di impiego ed il valore commerciale.
Si ritiene che l’aumento di passante al setaccio da 0,063 mm, conseguente a questa operazione, sarebbe limitato in quanto il vetro ha la caratteristica di produrre una ridotta quantità di inerte finissimo in seguito ad urti e quindi la diminuzione delle prestazioni legate a questo aspetto non dovrebbe essere apprezzabile.
Passando dall’ambito tecnico-scientifico a quello produttivo, è conveniente che il frantumato di vetro venga utilizzato in sostituzione di una frazione di inerte naturale granulometricamente affine, in uso nell'impianto di produzione.
Adattando infatti la granulometria del frantumato di vetro a quella dell’inerte naturale "equivalente", fa si che l’impiego alternato delle due frazioni risulti più agevole, non creando problemi di scostamento rispetto al fuso di riferimento e quindi, non costringendo l’operatore di impianto ad intervenire per modificare le impostazioni di controllo delle tramogge ed effettuare correzioni alla formulazione della miscela.
10.1.2 Resistenza alla frantumazione
La tendenza alla frantumazione, misurata attraverso il relativo coefficiente, si è rivelata molto spiccata, attestandosi su un valore di Cf = 203, superiore alla soglia di 160 che normalmente può attribuirsi ai calcari particolarmente teneri.
Gli inerti naturali costituenti il campione analizzato hanno mostrato un comportamento indubbiamente migliore, facendo registrare valori dei coefficienti di frantumazione pari a 93 e 141, rispettivamente per la frazione basaltica e quella di gabbro.
Sulla base del valore determinato per il coefficiente di frantumazione (203) e delle correlazioni con il valore del coefficiente di abrasione Los Angeles ricavate per aggregati utilizzati per la formazione di conglomerati bituminosi è stato possibile stimare un valore di LA non inferiore al 30% (cfr. § 5.2.5), sensibilmente superiore ai limiti previsti nei Capitolati per strati di base e di binder (25%).
Un valore così elevato, oltre a dipendere dalla natura fragile del vetro, è sicuramente influenzato dalla forma dei granuli che, essendo in larga parte piatti ed allungati, tendono più facilmente a frantumarsi.
Una riduzione di pezzatura, così come proposto nel precedente paragrafo, potrebbe ovviare anche a questa problematica, facendo assumere alle particelle di vetro una forma più poliedrica. Inoltre, riducendo la dimensione massima delle particelle da 10 mm a 4 - 5 mm, diminuirebbero parallelamente le tensioni di contatto a cui sarebbero soggette. Si andrebbe quindi a modificare la funzione svolta dalla componente vetrosa della miscela che, dal costituire parte dello scheletro solido portante, passerebbe a quella meno impegnativa, ma comunque necessaria, di riempimento degli spazi intergranulari.
10.1.3 Affinità con il legante bituminoso
Un ulteriore aspetto critico da tenere in considerazione è costituito dalla scarsa affinità che il vetro ha con il bitume, responsabile dei fenomeni di spogliamento in presenza d’acqua, che possono tradursi sia nel distacco di particelle, sia in vere e proprie fratture all’interno dello strato di conglomerato. Sottoposti al test per la “determinazione dell’affinità tra aggregato e bitume” (cfr. § 5.2.9), gli elementi vetrosi sono stati interessati da un distacco della pellicola di bitume pari al 63%, superiore al doppio di quello caratteristico degli inerti naturali, pari al 28%. Sebbene le caratteristiche di adesione traggano un considerevole beneficio dalla presenza di filler, purché caratterizzato da buona qualità, è evidente come la scarsa affinità del materiale tal quale con il bitume ne sconsigli un impiego cospicuo in sostituzione degli inerti naturali.
L’aggiunta di calce idrata come agente antispogliamento ha migliorato notevolmente questo aspetto portando i valori ottenuti ai livelli dell’inerte naturale. In linea di principio è quindi sempre auspicabile l’aggiunta di tale additivo in miscele contenenti vetro per
migliorarne le prestazioni finali. Bisogna però tenere conto che ogni operazione ed elemento che viene aggiunto comporta un inevitabile aumento dei costi di produzione ed una maggiore complessità delle procedure, contrastando con l’idea generale che prevede, viceversa, un impiego quantomeno a costo zero e con le medesime tecnologie impiegate per i tradizionali inerti naturali.
L’aggiunta di agenti antispogliamento è quindi consigliabile per impianti in cui sia già presente tale predisposizione o quando l’introduzione di frantumato di vetro è in alte percentuali ed in strati superficiali.
L’esecuzione del test CANTABRO, finalizzato a valutare le caratteristiche di adesività e coesione della miscela bituminosa nel suo complesso, non ha evidenziato problematiche di sgranamento, come emerso dal confronto tra due serie di provini (cfr. § 9.7), caratterizzate rispettivamente da una percentuale di frantumato di vetro dello 0% e del 10%.
Il problema di adesività tra bitume e particelle di vetro si è manifestato unicamente in presenza di acqua (prova di affinità tra aggregato e bitume cfr. § 5.2.9), mentre provini sottoposti a sole azioni meccaniche (prova Cantabro cfr. § 9.7), ne sono rimasti immuni.
10.1.4 Quantità di frantumato di vetro impiegate
Le caratteristiche delineate in sede di studi preliminari e le raccomandazioni indicate nella letteratura tecnica nazionale ed estera hanno fatto propendere per una limitazione del quantitativo di vetro: nei conglomerati di tipo “base” e “binder”, inizialmente progettati con riferimento ai soli inerti naturali e rispondenti ai requisiti dei principali Capitolati, sono state implementate percentuali di vetro non superiori al 15% sul totale degli aggregati. Per la tipologia “usura”, si è stabilito di non superare la percentuale del 10%.
La sostituzione è stata effettuata tenendo conto che la massa volumica del vetro è inferiore del 5 - 6% rispetto a quella degli inerti naturali, cosicché per conservare invariato il rapporto tra quantità di bitume e superficie specifica degli aggregati, elaborato in sede di mix design, si è preferito operare in termini di volumi percentuali invece che di masse.
In vista di una produzione in impianto e sempre con l’ottica di ridurre al minimo complicazioni aggiuntive nell’impiego di frantumato di vetro, si può comunque affermare che per una sostituzione fino al 15% l’operazione può essere fatta sia in termini volumetrici che di massa, rimanendo le differenze entro i limiti di tolleranza. Se, viceversa, si volessero raggiungere dei livelli di sostituzione superiori al 15% è auspicabile intervenire con una ricalibratura in termini volumetrici.
10.1.5 Tipo di filler impiegato
Il filler utilizzato per il confezionamento dei tre tipi di conglomerato analizzati nel presente studio è stato fornito dalla Ditta Granchi S.r.L. e consiste in una miscela di calcare e baghouse.
Per valutare eventuali differenze prestazionali, si è proceduto all’esecuzione di prove Marshall su provini di conglomerato di tipo “binder” contenenti percentuali di vetro frantumato non superiori al 15%, utilizzando dapprima il filler suddetto e successivamente del cemento tipo 32.5.
I risultati hanno mostrato che le differenze tra il filler in uso allo stabilimento ed il cemento sono state minime sia in termini di contenuto dei voti sia di stabilità Marshall.
Anche se non sono stati eseguiti dei test specifici nel presente studio, è comunque suggerita l’aggiunta di calce idrata al filler in valore del 2% in peso rispetto agli inerti, così come più volte riscontrato in letteratura, per limitare i problemi di adesione tra bitume e vetro.
10.1.6 Percentuale di bitume
La percentuale di bitume non è stata modificata in funzione del quantitativo di frantumato di vetro, in quanto si sono voluti analizzare gli effetti che questo avrebbe potuto produrre senza introdurre ulteriori variabili.
I risultati sia del Metodo Marshall sia del Metodo Volumetrico hanno chiaramente confermato che l’introduzione di frantumato di vetro fa diminuire in maniera marcata i vuoti.
Le giustificazioni a tale fenomeno sono molteplici. Il vetro, non assorbendo bitume, fa sì che ne risulti in maggiore quantità libero nella miscela. Questo bitume in eccesso in un primo momento si comporta da lubrificante diminuendo l’energia necessaria per la compattazione, successivamente, va a riempire gli spazzi intergranulari. Inoltre, i granuli di vetro, lisci e con bordi molto spigolosi, riescono più facilmente a spostarsi all’interno della miscela, andando a riempire anche gli spazi più stretti.
Partendo dall’ipotesi che la granulometria della miscela di soli inerti naturali e la percentuale di bitume siano ben progettate e che i vuoti siano quelli ottimali, è lecito aspettarsi che sia possibile ridurre il quantitativo di bitume in seguito alla sostituzione di parte degli inerti naturali con frantumato di vetro.
I risultati qui ottenuti hanno confermato che, come regola generale, è possibile ridurre di 0,1 punti percentuali la quantità di bitume ogni 5 di frantumato di vetro introdotto, così come già individuato nello studio svolto a Taiwan (cfr. § 3.3.3). Tale regola non è da considerarsi come assoluta e quindi valida per qualsiasi tipologia di miscela e di inerti, ma come un possibile valore di riferimento da confermare a mezzo di studi di laboratorio.
Tale proporzione è infatti, notevolmente dipendente dall’assorbimento di bitume da parte degli inerti naturali che compongono la miscela. Se questo è molto basso o prossimo a quello del vetro, la quantità di bitume non dovrebbe subire grosse modifiche; viceversa, in presenza di inerti molto porosi, la diminuzione di bitume potrebbe superare anche il quantitativo suggerito dal presente studio.
Prima di mettere in produzione qualsiasi miscela di conglomerato bituminoso contenente frantumato di vetro è quindi opportuno eseguire un adeguato studio per stabilire quale sia il quantitativo ottimo di bitume.
Adeguando la quantità di bitume alle nuove esigenze dovrebbe essere possibile ridurre eventuali fenomeni di ormaiamento registrati per mezzo della prova di impronta in alcune ricerche, come quella svolta in Cina (cfr. § 3.3.2) e a Palermo (cfr. § 3.3.5).
10.1.7 Considerazioni economiche
L’utilizzo di frantumato di vetro come alternativa alla comune sabbia, oltre a garantire indiscutibili vantaggi di carattere ambientale, come già affermato in precedenza (cfr. § 1.2), può senza dubbio offrire un guadagno economico.
In Tabella n. 104 è stato riportato un prospetto economico tra i costi nell’utilizzo di una sabbia da frantumazione e quelli del frantumato di vetro.
Il frantumato di vetro, come già ricordato in § 5.1, viene ceduto in forma gratuita dalla Ditta Revet S.p.A. e sempre gratuitamente, trasportato direttamente in impianto. Le uniche operazioni a carico dell’impianto ricevente sono la riduzione di pezzatura tramite frantumazione e la successiva vagliatura.
Per stimare il costo dell’inerte di confronto si è ipotizzato l’uso di una sabbia da frantumazione lavata, acquistata in cava. Oltre al costo di acquisto è stata considerata anche la spesa per il trasporto. Le ipotesi per stimarla sono state: una distanza di circa 1 h e 30 minuti tra l’impianto e la cava ed un costo di 65 €/h per il noleggio di un autotreno di capacità di 31 tonnellate e del relativo autista.
I dati economici riportati in Tabella sono una stima media dei prezzi riferiti al biennio 2008/09 ed al territorio della Toscana.
Costi Sabbia lavata
di cava [€/ton] Frantumato di vetro[€/ton] Differenza [€/ton] Materiale ~12,50 0,00 -11,50 Trasporto ~3,15 0,00 -3,15 Frantumazione 0,00 ~2,00 +2,00 Totale ~15,65 ~2,00 -13,65
Si può quindi stimare che il frantumato di vetro possa avere un costo di 13 - 14 Euro a tonnellata in meno rispetto a quello di una sabbia naturale da frantumazione e lavata.
Se si considera un valore di sostituzione del 10% dell’inerte naturale per una miscela tipo “binder” e, considerando che una tonnellata di miscela così come esce dalle tramogge dosatrici possa costare circa 16 €/ton, il risparmio può essere verosimilmente stimato in circa 1,4 €/ton.
Se a questo viene sommato il fatto che, utilizzando il 10% di frantumato di vetro si possa ridurre di 0,2 punti percentuali il quantitativo di bitume, e considerando un costo del bitume di 250 €/ton, si può ottenere un ulteriore risparmio di 0,25 €/ton, arrivando così ad un totale di 1,65 €/ton.
Nel caso, ad esempio, di un impianto di medie dimensioni in un anno arriva a produrre circa 50.000 tonnellate di conglomerato bituminoso e queste fossero tutte di tipo “binder”, il risparmio o viceversa il guadagno aggiuntivo si aggirerebbe intorno agli 82.500 Euro.
Questa stima si scosta in maniera marcata da quelle rintracciabili in letteratura, che ipotizzano un uso del vetro con costi aggiuntivi o al più allo stesso costo dei comuni inerti naturali. Molto probabilmente, questa differenza è dovuta al fatto che il vetro analizzato nella presente tesi costituisce uno scarto di rottame, mentre i precedenti studi considerati hanno per oggetto rottame di vetro vero e proprio, e quindi ancora utile per ricavarne vetro pronto al forno.
Finché non saranno disponibili alternative economicamente più vantaggiose rispetto al conferimento in discarica, è ipotizzabile quindi che il valore commerciale dello scarto di rottame di vetro resti pressoché nullo, facendolo essere, da questo punto di vista, un valido complemento ai tradizionali materiali da costruzione stradale.
10.2IL GLASPHALT
11.2.1 Caratteristiche secondo il Metodo Marshall
Sul fronte dei parametri Marshall si può rilevare che, all’aumentare della percentuale di inerte vetroso sostituita, si è avuta una significativa diminuzione della stabilità, nonché della percentuale dei vuoti.
Nella Tabella n. 105 sono riportati tutti i valori determinati secondo il Metodo Marshall, mentre nel grafico di Figura n. 98 sono riportati i valori della stabilità Marshall per tutte e tre le tipologie di miscele.
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 Glasphalt tipo “binder”
Frantumato di vetro [%] Prescrizioni di Capitolato
Parametro 0 5 10 15 Autostrade ANAS 2004 CIRS
Stabilità [kN] 13,03 12,15 12,77 9,90 ≥ 10,00 ≥ 9,00 ≥ 10,00 Scorrimento [mm] 4,68 3,96 3,40 2,85 N. P. N. P. N. P. Rigidezza [kN/mm] 2,78 3,07 3,77 3,22 ≥ 2,50 > 3,00 3,00 - 4,50 Vuoti [%] 5,9 5,8 5,4 4,7 3 - 5 4 - 7 4 - 6
Addensamento 75 colpi per lato
Bitume [%] 5,0% in massa rispetto all’aggregato 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.105–Risultati della prova Marshall per i conglomerati bituminosi tipo “base”, “binder” ed “usura”
La stabilità, che in assenza di vetro si è attestata sui 10,52 kN, per il conglomerato tipo “base” e sui 13,03 kN, per il conglomerato tipo “binder”, rispettivamente pari al 117% e al 130% delle soglie previste dai Capitolati Autostrade e CIRS, ha manifestato un andamento decrescente. Nel solo caso del “binder” il valore è sceso al di sotto delle soglie suddette, in corrispondenza del 15% di frantumato di vetro sul totale della miscela di aggregati. Il valore minimo fissato dal Capitolato ANAS 2004, meno restrittivo dei precedenti, è risultato comunque sempre rispettato.
Sotto il profilo della rigidezza, il conglomerato tipo “base” non ha presentato alcun inconveniente, facendo registrare valori elevati, il minore dei quali (3,77 kN/mm) ha superato abbondantemente la soglia di 2,50 kN/mm prescritta dai Capitolati Autostrade, CIRS e ANAS 2004. Per il tipo “binder”, l’andamento della rigidezza all’aumentare della quantità di vetro non si è discostato significativamente dal valore di partenza, di per sé soddisfacente.
Utilizzando cemento tipo 32.5 in sostituzione del filler messo a disposizione dalla Granchi S.r.L., come descritto in § 8.3, non sono state evidenziate differenze degne di nota nei valori della stabilità e della percentuale dei vuoti. La rigidezza è diminuita all’aumentare della percentuale di vetro, cosicché le soglie minime indicate dai Capitolati Autostrade (2,50 kN/mm), ANAS 2004 (3,00 kN/mm) e CIRS sono state raggiunte per quantità di vetro rispettivamente pari al 15% ed al 10%.
Per il conglomerato di tipo “usura”, il valore della stabilità relativo alla miscela priva della frazione vetrosa si è attestato al 132% della soglia minima indicata nei Capitolati Autostrade e CIRS; dopo la sostituzione, ha subito una riduzione che ha condotto al 127%. La rigidezza è rimasta pressoché costante (4,66 - 5,19 kN/mm), mentre la percentuale dei vuoti, pur caratterizzandosi per una lieve diminuzione (dal 4,6% al 3,8%), non è scesa comunque al disotto della soglia minima del 3,0% prevista nei Capitolati Autostrade, CIRS e ANAS 2004.
Per quanto riguarda la prova effettuata con una presenza del 60% di frantumato di vetro i risultati ottenuti hanno attestato che, per quantitativi così elevati, è necessario quantomeno effettuare uno studio apposito della miscela di partenza. Infatti, sia la stabilità Marshall che il volume dei vuoti, pur rimasti entro i limiti stabiliti dai tre Capitolati, hanno fatto segnare delle diminuzioni assai marcate.
10.2.2 Caratteristiche secondo il Metodo Volumetrico
Il Metodo Volumetrico, basato sulla determinazione della percentuale dei vuoti residui, ha messo in evidenza una riduzione di tale parametro tanto più pronunciata quanto maggiore è stata l’aliquota di vetro inserita, ad indicare un effetto coadiuvante della compattazione. Le soglie minime riportate dai diversi Capitolati presi in considerazione sono risultate soddisfatte fino ad una soglia di sostituzione del 10% per i conglomerati
bituminosi tipo “base” e “binder”, ma non del tutto verificate per il tipo “usura”, come indicato nella seguente Tabella:
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
Glasphalt tipo “binder”
Frantumato di vetro [%] Prescrizioni di Capitolato
Parametro 0 5 10 15 Autostrade ANAS 2008 CIRS
Vuoti a 10 giri 14,0 13,4 11,6 11,4 12 - 15 10 - 14 11 - 15 Vuoti a 100 giri 4,9 4,7 4,2 3,8 3 - 5 3 - 5 3 - 6
Vuoti a 180 giri 3,4 3,2 2,8 2,3 ≥ 2 > 2 ≥ 2 Bitume [%] 5,0% in massa rispetto all’aggregato
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.106 –Caratteristiche volumetriche dei conglomerati bituminosi tipo “base”, “binder” ed “usura”
Nella successiva Figura n. 99 è riportato il grafico con l’andamento dei vuoti per le tre miscele ad un livello di addensamento pari ad un numero di giri medio N2, così come
FIGURA N.99–Confronto tra i valori dei vuoti per un livello di addensamento pari a Nd per le tre tipologie
di miscele
Per valori di sostituzione del 60% per la miscela tipo “usura” i vuoti sono stati sensibilmente inferiori rispetto a quelli richiesti da tutti e tre i Capitolati.
Il calo dei vuoti è stato più marcato per tutte e tre le miscele nel caso di provini addensati con compattatrice giratoria rispetto a quelli con martello Marshall. È ragionevole ritenere che l’aumento di bitume libero abbia un effetto lubrificante, coadiuvando la compattazione, superiore nel primo caso rispetto al secondo.
10.2.4 Trazione indiretta
I risultati della prova di rottura a trazione indiretta hanno dato dei risultati leggermente in contrasto con quelli di rottura per pressa Marshall. Mentre nella prova Marshall si è sempre registrato un calo dei valori di stabilità all’aumentare della percentuale di frantumato di vetro, nella prova di trazione indiretta questo è avvenuto solo per la miscela tipo “usura”. Nella miscela tipo “binder” il parametro ITS è rimasto pressoché costante, mentre nella miscela tipo “base” si è addirittura registrato un lieve aumento.
I valori dello scorrimento, per tutte e tre le miscele, sono stati pressoché insensibili sia all’aggiunta di frantumato di vetro sia alla stagionatura in acqua. Questo ha comportato che i valori del parametro CTI abbiano seguito molto da vicino l’andamento della trazione indiretta.
Il confronto tra i valori di trazione indiretta eseguiti su due serie di provini, l’una stagionata in aria, l’altra in acqua, ha permesso di verificare se l’introduzione di frantumato di vetro comportasse un aumento della sensibilità all’acqua o meno.
Il parametro scelto per individuare questa problematica è stato l’indice ITSR e la soglia minima che è stata assunta come critica è stata del 75%.
In Tabella n. 107 sono riportati tutti i valori determinati per mezzo della prova di trazione indiretta per le miscele tipo “base”, “binder” ed “usura”.
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] 1,780 1,423 1,535 1,377 1,664 1,380
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 Glasphalt tipo “binder”
Frantumato di vetro [%]
0 5 10 15
Parametro In aria In acqua In aria In acqua In aria In acqua In aria
In acqua ITS [MPa] 1,384 1,227 1,397 1,236 1,343 1,137 1,410 1,111 CTI [N/mm2] 196,3 228,0 231,9 257,7 278,6 168,5 324,4 128,5 Dc [mm] 1,73 1,27 1,45 1,33 1,33 1,59 1,15 2,08 Vuoti a 100 giri [%] 4,9 4,7 4,3 3,8 ITSR [%] 88,70 88,45 84,68 78,78
Bitume [%] 5,0% in massa rispetto all’aggregato 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.107–Risultati della prova di trazione indiretta per i conglomerati bituminosi tipo “base”, “binder” ed “usura”
In Figura n. 100 è riportato il diagramma con l’andamento dell’indice ITSR per tutte e tre le tipologie di miscele.
FIGURA N.100–Confronto tra gli indici ITSR per le tre tipologie di miscele
I valori del parametro ITSR, riportati nel grafico, hanno condotto alle seguenti considerazioni:
1) il frantumato di vetro produce un aumento della sensibilità all’acqua delle miscele rispetto alle omologhe con solo inerte naturale;
2) il calo di prestazioni è tanto maggiore tanto minore è il diametro nominale della miscela, passando da una quasi insensibilità all’acqua per la miscela tipo “base“ a valori al di sotto dei minimi richiesti per la miscela tipo “usura”.
Si può infatti ricordare che, mentre nella miscela tipo “base” composta di soli inerti naturali non è stato registrata alcuna variazione di sensibilità all’acqua, nella miscela tipo “binder” si è avuto un decremento di ITSR di ben 10 punti percentuali rispetto alla miscela originaria, per un’introduzione del 15% di frantumato di vetro.
Una diminuzione simile, ma per un’introduzione del 10% di frantumato di vetro, è stata registrata anche per la miscela tipo “usura”. In questo caso, essendo il valore del parametro ITSR della miscela con soli inerti naturali già di per sé un po’ carente, è stata superata la soglia del 75%, considerata come critica.
Questa osservazione trova conferma in letteratura. Se si analizzano attentamente le esperienze svolte in tal senso in Virginia (cfr. § 3.3.1), Cina (cfr. § 3.3.2), Taiwan (cfr. § 3.3.3), Florida (cfr. § 3.3.4) e Palermo (cfr. § 3.3.5) si può osservare come cali elevati dei valori di resistenza a trazione indiretta e del parametro ITSR, all’aumentare della percentuale di vetro, sono stati registrati nelle miscele tipo “usura” (primi quattro casi), mentre nella miscela tipo “base” (Palermo) gli scostamenti sono stati minimi.
Sembrerebbe quindi confermarsi il principio per cui il vetro produce un aumento di sensibilità all’acqua più marcato quanto più le dimensioni delle particelle di vetro sono prossime al diametro nominale della miscela in cui sono introdotte.
Dalla foto riportata in Figura n. 101, che riprende la parte interna di un provino rotto per trazione indiretta della miscela tipo “base” contenente il 15% di frantumato di vetro, si può notare come la superficie di separazione si sia innescata principalmente tra bitume e bitume e, in alcune zone, per rottura degli inerti che si sono trovati attraversati dal piano di schiacciamento.
Solo alcuni inerti (quelli con colorazione rossa) sono rimasti spogli da bitume, mentre non sono visibili granuli di vetro in cui è presente questo inconveniente.
FIGURA N.101–Un provino della miscela tipo “base” contenente il 15% di frantumato di vetro rotto a trazione indiretta
Si può quindi affermare che il problema di sensibilità all’acqua è da prendere in considerazione se si vuole utilizzare frantumato di vetro per la realizzazione di conglomerati bituminosi per uso stradale, soprattutto nello strato di usura, che è risultato il più sensibile a questa problematica ed è quello posto a diretto contatto con la pioggia.
10.2.4 Modulo dinamico
Per quanto concerne il valore del modulo dinamico determinato per i tre tipi di conglomerato, è stato possibile appurare che aliquote di vetro frantumato inferiori al 10% non hanno avuto effetti degni di nota; la percentuale del 15% ha comportato invece un
In Tabella n. 108 sono riportati tutti i valori determinati per mezzo della prova di rigidezza per le miscele tipo “base”, “binder” ed “usura”.
Glasphalt tipo “base”
Frantumato di vetro [%] Modulo dinamico [MPa]
0 8486 10 8408 15 6415
Glasphalt tipo “binder”
Frantumato di vetro [%] Modulo dinamico [MPa]
0 8497 10 8053 15 6594
Glasphalt tipo “usura”
Frantumato di vetro [%] Modulo dinamico [MPa]
0 6284 10 6130
TABELLA N.108–Moduli dinamici dei conglomerati bituminosi tipo “base”, “binder” ed “usura”
In Figura n. 102 è riportato il grafico con l’andamento del modulo dinamico all’aumentare della percentuale di frantumato di vetro sostituita.
FIGURA N.102–Confronto tra i moduli dinamici per le tre tipologie di miscele
Tale andamento, in cui si può individuare una soglia ben marcata al 10% di frantumato di vetro prima della quale il valore del modulo è rimasto pressappoco uguale, trova riscontro nella sperimentazione svolta a Palermo. Anche in quel caso il valore del modulo si era mantenuto costante fino ad una soglia del 30% di sostituzione di vetro per poi diminuire marcatamente per soglie superiori.
10.2.5 Impieghi possibili
In questo paragrafo si vogliono fornire indicazioni rispetto alla quantità di frantumato di vetro impiegabile in conglomerati bituminosi in funzione dello strato della pavimentazione e del livello di traffico a cui è sottoposta l’infrastruttura.
Nella Tabella n. 109 sono riportate le categorie di traffico prese in considerazione, così come definite dalla Norma CNR B. U. n° 139/1992.
Categorie di traffico
Numero medio di passaggi giornalieri di veicoli di massa maggiore o eguale a
3 tonnellate sulla corsia più trafficata
Leggero (L) < 450 Medio (M) 450 - 1100 Pesante (P) 1100 - 3000 Molto pesante (MP) > 3000
TABELLA N.109–Categorie di traffico indicate nella Norma CNR B. U. n° 139/1992
Nella Tabella n. 110 sono invece riportate le percentuali massime di frantumato di vetro ammissibili per ogni categoria di traffico considerata e per ogni strato della pavimentazione; si tratta ovviamente di valori indicativi, funzione dei risultati ottenuti nel presente studio e tali per cui le miscele corrispettive rispettano le prescrizioni minime richieste dai Capitolati Autostrade, ANAS 2004, CIRS e ANAS 2008.
Massima percentuale ammissibile di frantumato di vetro [%] Strato della pavimentazione
Categorie di traffico Base Binder Usura
Leggero (L) < 15 < 15 < 10
Medio (M) < 15 < 10 < 10
Pesante (P) < 10 N. A. N. A.
Molto pesante (MP) N. A. N. A. N. A.
Parcheggi < 15 < 15 N. A.
Marciapiedi ed aree pedonali < 15 < 15 < 10
Piste ciclabili < 15 < 15 < 10
TABELLA N. 110 –Massima percentuale di frantumato di vetro ammissibile in funzione del livello di traffico e dello strato della pavimentazione
Lo spirito con cui deve essere impiegato il frantumato di vetro nella realizzazione di pavimentazioni stradali deve tenere necessariamente conto delle seguenti considerazioni:
1) l’impiego di frantumato di vetro come inerte per conglomerati bituminosi può ridurre i costi di produzione di questi ultimi e può essere considerato una valida alternativa alla sua messa in discarica;
2) la disponibilità di frantumato di vetro in un anno è funzione del quantitativo di rottame di vetro accumulato per mezzo della raccolta differenziata e selezionato dagli impianti di trattamento;
3) conglomerati bituminosi contenenti frantumato di vetro offrono inevitabilmente, anche se in maniera limitata, prestazioni inferiori rispetto a quelli composti interamente dai tradizionali inerti per uso stradale.
Fatte queste premesse è evidente come un uso indiscriminato di frantumato di vetro potrebbe causare più danni che benefici, con precoci ammaloramenti delle pavimentazioni stradali e quindi costi non indifferenti per il loro ripristino.
Viceversa, un impiego razionale in tutti quei casi in cui le sollecitazioni da traffico sono limitate, come negli strati profondi (base e binder) o nelle strade secondarie e di quartiere, può sicuramente portare ad un beneficio economico decisamente significativo, senza alcun inconveniente per resistenza e durabilità.
Per quanto riguarda l’impiego di frantumato di vetro in strati di usura è necessario effettuare altre considerazioni, oltre a quelle di cui sopra.
Lo strato di usura, trovandosi a diretto contatto sia con il traffico veicolare che con gli agenti atmosferici, è sottoposto ad azioni molto più gravose rispetto agli strati profondi. L’azione di sollecitazioni meccaniche tangenziali, prodotte dai pneumatici dei veicoli, potrebbe accentuare, in presenza d’acqua, i problemi rilevati in sede di sperimentazione per quanto riguarda l’adesione tra vetro e bitume, con conseguente distacco del bitume dalla superficie dei granuli di vetro (spogliamento) e successivo distacco dei granuli stessi dal manto stradale (sgranamento).
Oltre a ciò gli utenti potrebbero non gradire l’effetto di scintillio prodotto dal vetro in presenza di luce solare (diurna) o artificiale (fari e pubblica illuminazione), oppure per la presenza di granelli di vetro liberi sulla superficie rotabile; la prima problematica è da prendere in considerazione per il traffico veicolare, mentre la seconda riguarda esclusivamente le così dette utenze deboli quali ciclisti e motociclisti.
Lo scintillio prodotto dai granuli di vetro inserito in conglomerati bituminosi in valore non superiore al 10% è comunque minimo come verificato da uno specifico studio svolto a Taiwan (cfr. § 3.3.3) e, limitando la dimensione massima dei granuli di vetro a 4 - 5 mm, l’effetto dovrebbe risultare ulteriormente attenuato.
Questa proprietà potrebbe viceversa essere ritenuta vantaggiosa laddove si voglia aumentare la percezione del tracciato da parte dell’utente durante la notte in strade non provviste di illuminazione pubblica.
Per quanto riguarda invece le eventualità riportate in alcuni studi su possibili danni procurati a pedoni o ciclisti da parte di granuli di vetro, in seguito a contatto con parti sensibili quali gli occhi o in caso di cadute, è possibile affermare che da osservazioni
svolte su manti stradali in esercizio, contenenti tale frazione, non si sono rilevati inconvenienti di tal tipo. In ogni caso si ritiene che siano le Pubbliche Amministrazioni a individuare quelle pavimentazioni di strade che, per modesto traffico veicolare o per la particolare destinazione d’uso (ad es. percorsi pedonali), possono essere realizzate con strati di usura in Glasphalt.
10.3CONCLUSIONI
L’analisi dei dati raccolti ha permesso di valutare la possibilità di impiego del campione di frantumato di vetro per il confezionamento di conglomerati bituminosi per uso stradale (Glasphalt).
Per le tipologie di Glasphalt considerate nella ricerca ed indicate nella presente relazione con i termini “base”, “binder” ed “usura” è stato possibile formulare le considerazioni conclusive che seguono:
1) il frantumato di vetro ha una massa volumica di circa il 5% inferiore rispetto ai tradizionali inerti per uso stradale: questa caratteristica è da prendere in considerazione in fase di sostituzione degli inerti naturali, in virtù delle variazioni indotte nel “bilancio volumetrico” del conglomerato bituminoso risultante;
2) il frantumato di vetro, inteso come scarto derivante dalla raccolta differenziata, se vagliato per mezzo di un setaccio di maglia di 10 mm o inferiore, non presenta quantità di materiali estranei tali da pregiudicarne il suo impiego per il confezionamento di conglomerati bituminosi;
3) il frantumato di vetro, se di pezzatura superiore ai 5 mm e quindi assimilabile ad un aggregato grosso, non rispetta i limiti qualitativi previsti da vari Capitolati quali Autostrade, CIRS ed ANAS, come il coefficiente LA Los Angeles, la percentuale C di superficie frantumate ed il coefficiente FI di appiattimento; pertanto non è impiegabile sotto tale forma in tutte quelle lavorazioni assoggettate al rispetto di tali prescrizioni. Viceversa, se ridotto con pezzatura inferiore ai 5 mm e quindi rientrante nella definizione di aggregato fine, rispetta tutti i suddetti requisiti e quindi può essere impiegato al pari di un inerte tradizionale;
4) l’aggiunta di cemento come attivante di adesione, non produce miglioramenti significativi delle prestazioni del Glasphalt;
5) l’impiego di frantumato di vetro ha prodotto riduzioni delle caratteristiche prestazionali sia in termini di stabilità Marshall sia della resistenza a trazione
6) tali riduzioni sono risultate tanto più accentuate quanto più la dimensione del diametro nominale Dn della miscela era prossima a quella della frazione vetrosa, nel caso di una miscela tipo “usura” tale fenomeno è risultato più marcato rispetto a quello rilevato nel caso di miscela tipo “base”;
7) le prove che hanno fatto registrare cali maggiori delle prestazioni, sono state tutte quelle in cui era previsto un contatto con l’acqua (stabilità Marshall, resistenza a trazione indiretta su provini stagionati in acqua e affinità tra aggregato e bitume). Cali modesti o addirittura nulli si sono invece registrati nel caso delle prove di resistenza a trazione indiretta su provini stagionati in aria, di determinazione del modulo dinamico e della prova Cantabro per le quali non è prevista la preventiva permanenza in acqua del conglomerato bituminoso; 8) in base a quanto riportato al punto precedente si può affermare che il Glasphalt
ha mostrato una spiccata sensibilità all’acqua, possibile causa di spogliamento dei granuli, sgranamento del piano viabile e precoci ammaloramenti della pavimentazione;
9) la miscela tipo “base” ha sempre rispettato i limiti imposti dai vari Capitolati presi a riferimento, anche per una percentuale di vetro in sostituzione del 15%; 10) la miscela tipo “binder” non ha rispettato il limite imposto alla stabilità Marshall
per il solo Capitolato Autostrade quando è stata introdotta una percentuale di frantumato di vetro del 15%;
11) la miscela tipo “usura” non ha rispettato il limite del 75% al parametro ITSR nella prova di sensibilità all’acqua per una quantità di frantumato di vetro del 10%;
12) la sostituzione della frazione 0/10 con frantumato di vetro in percentuali crescenti ha proporzionalmente ridotto il volume dei vuoti presenti all’interno della miscela compattata. Il calo è stato leggermente più marcato nel caso di compattazione con pressa giratoria che con martello Marshall;
13) l’impiego di frantumato di vetro nei tradizionali conglomerati bituminosi, oltre a far diminuire il quantitativo di rifiuti vetrosi da conferire in discariche e l’estrazione da cava di inerti naturali, può ridurre i costi di realizzazione degli strati legati a bitume di nuove pavimentazioni stradali anche del 2%.
Stante quanto sopra affermato, si ritiene di poter proporre le seguenti raccomandazioni per un corretto e proficuo impiego del frantumato di vetro:
1) il diametro massimo delle particelle di vetro non deve superare la dimensione di 10 mm, mentre sono raccomandate dimensioni inferiori quali 4 - 5 mm;
2) non ci sono indicazioni su quale sia la granulometria del frantumato di vetro più idonea, fatta eccezione per il diametro massimo: si raccomanda pertanto che
sia il più simile possibile a quella dell’inerte naturale scelto per la sostituzione, così da alterare il meno possibile la curva granulometrica di progetto;
3) essendo la massa volumica del vetro circa del 5% inferiore a quella degli inerti tradizionali, si raccomanda di effettuare la sostituzione in termini di volume e non di massa, così da non alterare la composizione volumetrica della miscela; 4) le quantità massime di frantumato di vetro ammissibili sono quelle
raccomandate nel precedente paragrafo § 10.2.5, suddivise in funzione della categoria della strada e dello strato della pavimentazione;
5) prima di mettere in produzione qualsiasi miscela contenente frantumato di vetro è opportuno verificare se la quantità di bitume ritenuta ottima per la miscela con soli inerti naturali lo sia anche per quella di Glasphalt. Molto probabilmente sarà necessario ridurre il bitume di un valore prossimo allo 0,1% ogni 5% di frantumato di vetro aggiunto.
Si fa presente che le conclusioni cui si è pervenuti non hanno carattere generale: le riduzioni percentuali rilevate per i valori dei diversi parametri qualificanti in conseguenza dell’implementazione del vetro, non sono cioè estendibili a miscele differenti da quelle testate nel presente studio, per quanto riguarda sia la qualità, sia la granulometria dell’inerte litico di base in esse contenuto.
Al riguardo si tenga presente che le miscele confezionate con il solo aggregato naturale, che è risultato di ottima qualità, utilizzate in questa indagine, possiedono caratteristiche prestazionali sensibilmente maggiori delle soglie minime previste dai Capitolati assunti a riferimento. Verosimilmente, ciò ha contribuito a far sì che la sostituzione dell’inerte lapideo con quello vetroso nelle percentuali proposte ha prodotto variazioni accettabili dei valori di addensabilità, stabilità e deformabilità.
È importante ricordare infine che qualsiasi impiego di un conglomerato bituminoso di tipo GLASPHALT deve presupporre un’apposita indagine sperimentale preliminare: i valori dei parametri di resistenza e deformabilità, dipendenti, oltre che dalla percentuale di vetro, anche dal tipo di bitume e dalla qualità degli inerti lapidei di base, devono infatti sottostare a limitazioni variabili da caso a caso, in particolare in rapporto ai livelli di traffico pesante cui sarà soggetta la pavimentazione.
Nella seguente Tabella n. 111 sono stati riassunti i valori ottenuti nelle prove eseguite all’interno di questo studio per le miscele di Glasphalt tipo “base”, “binder” ed “usura” aventi un contenuto di frantumato di vetro del 10% e confrontati con le prescrizioni richieste dai Capitolati ANAS 2004 e ANAS 2008.
Glasphalt contenente il 10% di frantumato di vetro
Tipo miscela Prescrizioni Capitolato ANAS
2004/2008
Parametro Norma Base Binder Usura Base Binder Usura
Bitume [%] - 4,5 5,0 5,2 3,8 - 5,2 4,1 - 5,5 4,5 - 6,1 Stabilità [kN] 12697-34 UNI EN 11,09 12,77 16,08 ≥ 7,00 ≥ 9,00 ≥ 10,00 Scorrimento [mm] 12697-34 UNI EN 2,41 3,40 3,12 N. P. N. P. N. P. Rigidezza [kN/mm] 12697-34 UNI EN 4,60 3,77 5,19 > 2,50 > 3,00 > 3,00 Vuoti a 75 colpi [%] 12697-8 UNI EN 5,5 5,4 3,8 4 -7 4 - 7 3 - 6
Vuoti a 10 giri 12697-8 UNI EN 11,6 12,4 13,0 11 - 15 11 - 15 11 - 15 Vuoti a 100 giri 12697-8 UNI EN 4,2 4,7 - 3 - 6 3 - 6 - Vuoti a 120 giri 12697-8 UNI EN - - 3,1 - - 3 - 6 Vuoti a 180 giri 12697-8 UNI EN 2,8 3,1 - ≥ 2 ≥ 2 - Vuoti a 210 giri 12697-8 UNI EN - - 2,3 - - ≥ 2
ITS [MPa] 12697-23 UNI EN 1,780 1,343 1,104 N. C. N. C. N. C.
CTI [N/mm2] UNI EN 12697-23 274,8 278,6 116,2 N. C. N. C. N. C. Dc [mm] 12697-23 UNI EN 1,535 1,33 2,28 N. C. N. C. N. C. ITSR [%] 12697-12 UNI EN 98,15 84,68 71,35 ≥ 75* ≥ 75* ≥ 75* Cantabro [%] 12697-26 UNI EN N. D. N. D. 10 N. P. N. P. < 20* Modulo dinamico [MPa] UNI EN 12697-17 8408 8053 6130 N. P. N. P. N. P.
*Prescrizioni non presenti nei Capitolati ANAS 2004/2008 ma rintracciate in letteratura scientifica N. C. Prova eseguita in maniera non conforme alle specifiche richieste nel Capitolato ANAS 2008
TABELLA N. 111– Valori ottenuti nelle prove eseguite all’interno di questo studio per le miscele di Glasphalt tipo “base”, “binder” ed “usura” aventi un contenuto di frantumato di vetro del 10% e confrontati con le prescrizioni richieste dai Capitolati ANAS 2004 e ANAS 2008
