Corso di Costruzioni di Strade, Ferrovie, Aeroporti Alessandro Marradi UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISAFACOLTÀ DI INGEGNERIACorso di Laurea Specialistica in INGEGNERIA IDRAULICA, TRASPORTI E TERRITORIO A.A. 2013 - 2014 La progettazione di interventi di riciclaggio a freddo
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Le prove di valutazione delle proprietà schiumogene del legante vengono utilizzate per
determinare l’andamento del rapporto di espansione ER ed il tempo di semivita τ1/2 infunzione del quantitativo di acqua di schiumatura. Il valore ottimo di acqua dischiumatura è quello con il quale si ottiene:
ER ≥ 20
τ1/2 ≥ 25 s
Bitume schiumato – Proprietà schiumogene del legante 170°C
EMULSIONI BITUMINOSE: Il cemento funziona da catalizzatore di processofavorendo la rottura dell’emulsione. Nelle emulsioni sovrastabilizzate ( a lentissima
rottura) permette di regolare la rottura dell’emulsione in modo che avvengaseguito della compattazione
BITUME SCHIUMATO: Il cemento favorisce la dispersione delle particelle di bitumeall’interno della miscela, rendendo più resistenti i punti di saldatura tra gliaggregati.
Sia per le miscele prodotte con emulsione che con bitume schiumato il cementopermette di raggiungere in tempi brevi sufficienti livelli di rigidezza necessari perpoter riaprire al traffico l’infrastruttura. La quantità di cemento deve esserelimitata a valori minimi per evitare fessurazione da ritiro ed eccessivo irrigidimentodella miscela.
Nel riciclaggio in sito ha la funzione di stabilizzare le eventuali particelle fini chepossono aver inquinato il materiale da trattare (stabilizzazione a calce dei finiplastici). Nel riciclaggio in impianto l’aggiunta di calce viva permette di ridurrel’umidità degli aggregati in modo rapido (gestione dell’acqua).
Research program «Lime in Cold Recycling»
University of Pisa, Parma, Nottingham, Stellenbosh.
L’impiego sempre più ampio di queste tecnologie è dovuto allasempre maggiore diffusione di macchinari specifici per trattamentidi riciclaggio in sito ed in impianto
Necessità di comprendere il comportamento delle miscele riciclate alfine di poter prevedere il comportamento strutturale di
pavimentazioni contenenti strati riciclati
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Ognuno di questi fattori è in grado di influenzare in modo marcato leprestazioni delle miscele riciclate che, pertanto, risultano contenutein un range piuttosto ampio
LO SVILUPPO DI UN MODELLO PRESTAZIONALE UNIVOCO DAAPPLICARE A TUTTE LE MISCELE È UN OBIETTIVO AMBIZIOSO E,
PROBABILMENTE, NON REALISTICO (K.J. Jenkins, International Journal of Pavement Engineering, 2007)
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INSTITUTE, ROAD NOTE 29,ecc. Basati essenzialmentesu esperienze.
Predimensionamento,evitano errori grossolani.
Basati su modelli matematici di
analisi strutturale, lapavimentazione vieneschematizzata con unmultistrato elastico o visco-elastico, sottofondo a lineare onon lineare.Si possono utilizzare i datirelativi alle caratteristiche deimateriali, al clima ed alla reale
configurazione dei carichi.
CATALOGHI
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si basano sull’osservazione delle risposte ai carichi da traffico dipavimentazioni esistenti, anche di tronchi sperimentaliappositamente realizzati. Nel metodo AASHTO, lo Structural
Number SN (o Indice di Spessore IS) tiene conto della resistenza
strutturale delle pavimentazioni.
Esprime uno spessore equivalente della sovrastruttura, funzionedegli spessori si dei vari strati, della resistenza dei materiali
impiegati (attraverso i coefficienti strutturali ai ) e, per gli strati inmateriali non legati, della loro sensibilità all’acqua (mediante icoefficienti di drenaggio mi ), in modo che pavimentazioni conuguale valore di SN siano caratterizzate da risposte ai carichi datraffico simili tra loro.
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Un catalogo delle sovrastrutture comprende varie tipologie dipavimentazioni, diverse per numero e spessore degli strati e
caratteristiche dei materiali. Ognuna delle soluzioni proposte puòessere utilizzata con riferimento a determinati valori di portanza del
sottofondo e classi di traffico.
Rappresentano un’alternativa all’analisi rigorosa del problemaprogettuale da affrontare seguendo il metodo razionale, praticabilequando le informazioni disponibili siano limitate e si rendacomunque necessario un dimensionamento preliminare.
CATALOGHI
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In generale, l’efficienza strutturale di una pavimentazione
flessibile deve essere verificata con riferimento a due tipi difenomeni:
- le fessurazioni per fatica degli strati bituminosi superficiali, (allequali va aggiunto il cracking termico nel caso in cui lapavimentazione debba essere realizzata in climi molto freddi osoggetti a forti escursioni termiche); il calcolo della fatica va
inteso come danno accumulato durante la vita utile (verifica cheesso non produca fessurazioni eccessive)
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Le differenze nei valori di resistenza previsti in diversi Paesi sono daimputare principalmente a:- il tipo di materiale che viene riciclato (strati di nero, fondazioni,..)- l’obiettivo della stabilizzazione (fondazione, sottobase, base)anche in relazione al tipo di strada e dal traffico di progetto.
Le principali caratteristiche meccaniche analizzate sono:- la resistenza a trazione indiretta o a compressione semplice
sia prima che dopo immersione in acqua per valutare le proprietà
di durabilità delle miscele;- il modulo di rigidezza, come indice della deformabilità dellemiscele.
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Non vengono di solito condotte prove per la determinazione della
Le più recenti ricerche hanno messo in evidenza come le prove ditrazione indiretta e quelle di compressione non siano i tipi di proveideali per la caratterizzazione dei materiali riciclati a freddo.
Prove triassiali cicliche si sono rivelate più affidabili per caratterizzare
le prestazioni di queste miscele.
SOTTOFONDO
RICICLATO
CONGLOMERATO BIT
s1
s2 s3
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Nella modellazione per il calcolo razionale della pavimentazione èpertanto necessario fare riferimento a due schemi diversi
– Fase 1: Fase di assestamento. Lo strato è soggetto adammaloramento per fatica: si verifica una fessurazione associataalla ripetizione dinamica del carico che porta ad una diminuzionedella rigidezza.
– Fase 2: Stato stabile. Si usa generalmente il termine “stato
granulare equivalente” che tuttavia può risultare fuorviante poichéi livelli della rigidezza ridotta sono ancora di gran lunga superiorialla rigidezza del materiale non trattato.
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I modelli che generalmente vengono utilizzati per determinarel’ammaloramento di uno strato riciclato a freddo sono:
- riduzione della rigidezza;
- deformazione permanente.
La fase identificata dalla riduzione della rigidezza viene definita dalnumero di ripetizioni di carico per la quale il valore del moduloresiliente iniziale si riduce al valore rappresentativo della rigidezzadi uno strato granulare equivalente.
Nella seconda fase il materiale non è necessariamente in unaconfigurazione non legata o fessurata e la valutazione del “danno”
avviene determinando l’accumulo di deformazione permanente
nello strato riciclato a freddo.
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Una maggiore quantità di cemento determina un incremento della
resistenza a taglio→ aumenta la resistenza alla deformazione permanente.
L’aumento del contenuto di bitume riduce la resistenza a taglio ed ilmodulo resiliente→ si riduce la resistenza alla deformazione permanente.→ aumenta della flessibilità del materiale che determina un
significativo aumento della prima fase della vita utile dellapavimentazione (riduzione del modulo).
È fondamentale che il contenuto di cemento sia ottimizzato perassicurare sia adeguata flessibilità sia adeguata resistenza alladeformazione permanente.
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•Supportare le scelte progettuali con un sufficiente numero diprove sperimentali, soprattutto nel caso di interventi diriqualificazione strutturale di strade esistenti (FWD per conoscerela portanza dei sottofondi, GPR per conoscere gli spessori, DCP….);
•Limitare l’uso dei metodi empirici e dei cataloghi alla sola fase
preliminare di pre-dimensionamento;
•Utilizzare il metodo razionale adottando modelli in grado didescrivere le differenze stagionali dei moduli del conglomeratobituminoso (temperature) e del sottofondo (umidità), ad esempioEstate, Autunno/Primavera, Inverno;
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•Schematizzare lo strato riciclato a freddo in due fasi, attribuendoglidiverse caratteristiche meccaniche per ciascuna fase;
•Effettuare un controllo rigoroso dei livelli tensionali (massimatensione di trazione alla base dello strato riciclato) e dideformazione (massima deformazione di trazione) al fine di evitareprematuri passaggi dalla Fase 1 alla Fase 2;
•Supportare tali controlli con un adeguato numero di prove dicaratterizzazione di 1° Livello (ITS, UCS) delle miscele stabilizzate e,quando l’entità delle lavorazioni lo renda possibile, effettuare
prove di 2° Livello (resistenza a fatica, triassiali cicliche).