Academic literature on the topic 'Conglomerati bituminosi di usura'

Il presente elaborato tratta l'argomento del riciclaggio in ambito stradale. Nella parte introduttiva ci si concentra sui vantaggi ricavabili dal riutilizzo del fresato d'asfalto o RAP, che rappresenta il materiale ottenuto dalla rimozione e frantumazione degli strati in conglomerato bituminoso, raggiunta la fine della loro vita utile. Si fissa in particolare l'attenzione sull'importanza del temi della sostenibilità e sulla possibilità, mediante il riciclaggio, di ridurre gli impatti ambientali, preservando le risorse naturali e traendo benefici economici. Si passa poi ad introdurre le tecnologie che consentono il reimpiego del fresato d'asfalto o RAP, sia in impianto, sia direttamente in sito Vengono poi presentate le caratteristiche del fresato e i trattamenti necessari alla sua prequalifica dal punto di vista fisico, volumetrico e meccanico. Si presentano i limiti all'elevato utilizzo del fresato in elevate percentuali nel mix design di nuovi conglomerati bituminosi. Tale materiale, infatti, è costituito da inerti e da bitume ossidato a causa del suo naturale invecchiamento. Da questa problematica nasce l'esigenza di introdurre gli additivi ringiovanenti, oggetti principali di studio. Vengono citati e riportati diversi studi presenti in letteratura che dimostrano la validità dell'utilizzo degli agenti ringiovanenti contestualmente ad un elevato dosaggio di RAP nelle miscele bituminose. Si presenta a tal proposito l'analisi sperimentale di laboratorio, effettuata presso il Laboratorio di Strade del DICAM, concernente il progetto miscele bituminose contenenti un'elevata percentuale di fresato (20%) con l'aggiunta di ringiovanenti. Si analizzano due diverse tipologie di fresato e due diversi ringiovanenti. Si valutano quindi le proprietà meccaniche e volumetriche delle miscele realizzate, attraverso il calcolo dei vuoti e la prova a trazione indiretta (ITS) su provini cilindrici.

La continua e crescente esigenza da parte dei gestori delle reti stradali ed autostradali di contenere i costi di gestione e manutenzione, ha da tempo impegnato l'industria delle pavimentazioni nell'individuazione di metodi innovativi, in grado di aumentare la redditività dei budget predisposti per il ripristino della sede stradale. Il presente lavoro di tesi si propone di approfondire tale argomento e in particolare di indagare l’impiego di terre decoloranti esauste all'interno di miscele bituminose drenanti per strati di usura. Il riutilizzo di queste terre porterebbe a risparmiare risorse naturali come il filler calcareo e diminuire i volumi che vengono smaltiti in discarica. È stato osservato che il filler bentonitico digestato può essere utilizzato nel confezionamento di miscele bituminose per strati di usura drenanti e fonoassorbenti con prestazioni simili o addirittura superiori alle equivalenti con filler calcareo tradizionale. Le prove condotte non hanno evidenziato nessun deterioramento delle caratteristiche meccaniche. Si ricorda che sono necessari studi circa il drenaggio del legante e il comportamento a fatica delle miscele bituminose in relazione alle fasi di esercizio dei materiali. Sulla base delle considerazioni elaborate si può affermare che nel caso in esame l'impiego del filler bentonitico digestato consente di risparmiare una risorsa naturale come il filler calcareo, a parità di inerti e legante nella miscela. Inoltre, si ha un vantaggio dal punto di vista economico, poiché meno volumi di questo materiale vengono smaltiti in discarica.

Lo scopo di questa tesi è studiare leganti eco-sostenibili per pavimentazioni stradali ottenute mediante l’uso di polverino di gomma da Pneumatici Fuori Uso (PFU) ed il residuo della raffinazione di oli motore esausti (Re-refined Engine Oil Bottom, REOB). In questo modo si cerca di approfondire le attuali conoscenze scientifiche sull'uso dei materiali di riciclo come agenti modificanti del risultante legante bituminoso al fine di ridurre l'uso del bitume di origine petrolifera, testando il legante ed i conglomerati bituminosi dal punto di vista meccanico e reologico. Al fine di stimare le prestazioni di questi nuovi materiali "green" per la costruzione di strade, sono stati eseguiti test sperimentali di laboratorio. In dettaglio, i test reologici su estensioni e leganti bituminosi vengono eseguiti con il Dynamic Shear Rheometer (DSR), determinando il modulo di rigidezza mediante la prova Indirect Tensile Stiffness Modulus (ITSM), la resistenza a trazione indiretta con il Indirect Tensile Strength (ITS) e la sensibilità all’acqua determinando il rapporto Indirect Tensile Strength Ratio (ITSR). L'interpretazione dei risultati mostra la possibilità di modificare il bitume con materiali di scarto, ottenendo prestazioni pari a quelle dei conglomerati bituminosi tradizionali e riducendo in questo modo l'uso di bitume, dando una "seconda vita" a questi materiali di scarto.

Nelle società moderne, il problema del “rifiuto”, costituisce un fenomeno strettamente connesso allo stile di vita dei cittadini, nonché al sistema di produzione e distribuzione dei beni di consumi e alle normative che regolano questi due aspetti.Ogni anno, solamente in Italia, sono circa 380.000 le tonnellate di pneumatici che sono destinate a discarica, e sono oltre 100 gli anni che un pneumatico impiega per la biodegradazione. L’utilizzo del bitume modificato con polverino di gomma è nato negli Stati Uniti, ma al giorno d'oggi viene utilizzato sempre più frequentemente anche in Italia e in Europa quale valida alternativa per il confezionamento di conglomerati bituminosi. L’attività sperimentale presentata in questa tesi consiste nel confronto di 2 miscele: una di conglomerato bituminoso standard e l’altra sperimentale con polverino di gomma da PFU, progettata nel Laboratorio di Strade dell’Università di Ingegneria e Architettura di Bologna. Per procedere con la comparazione delle due materiali si è realizzato un campo prove in vera grandezza, in viale Togliatti a Bologna. Nel laboratorio di Strade dell'Università di Bologna si sono poi confezionati dei provini con il materiale prelevato in sito, e su di essi sono state svolte le prove di caratterizzazione statica (ITS) e dinamica (ITSM). Il risultati ottenuti dimostrano che la miscela sperimentale presenta caratteristiche meccaniche inferiori a quella vergine, ma in ogni caso soddisfacenti e superiori a quelli mediamente riconosciuti per miscele bituminose tradizionali per strati di usura. Da sottolineare è che la minore rigidezza presentata dalle miscele additivate con PFU, secondo consolidata bibliografia scientifica, potrebbe conferirle una maggiore resistenza ai carichi ripetuti e determinare così un miglioramento delle caratteristiche di durabilità della pavimentazione bituminosa.

Lo studio sperimentale effettuato nasce dall’esigenza di recuperare materiale di scarto prodotto dall’impianto di produzione di conglomerati bituminosi, nello specifico filler di recupero. Tale materiale viene normalmente estratto mediante aspiratore durante l’essiccazione dei materiali che andranno a formare la miscela finita. L’obbiettivo prefissato è capire se può essere utilizzato, in toto o in percentuale, nella produzione di miscele destinate a formare lo strato di usura del manto stradale. Ai fini pratici si è deciso di partire da una caratterizzazione del materiale confrontandolo con il filler calcareo normalmente utilizzato, per passare poi allo studio del mastice bituminoso ed infine allo studio delle caratteristiche geometriche, meccaniche e di durabilità di conglomerati bituminosi.

Gli odierni sviluppi delle reti stradali nel territorio italiano e l’aumento della propensione all’utilizzo del veicolo hanno portato ad una continua ricerca nello stesso ambito volta sì a mantenere alti i livelli prestazionali e di sicurezza sulla rete stradale ma anche ad aprirsi ad uno scenario ecosostenibile, dato il continuo scarseggiare di materie prime per proseguire con le usuali tecniche di produzione. In tutti i campi riguardanti l’ambito delle costruzioni civili, che siano esse strutturali o infrastrutturali, numerose sono state le tecnologie introdotte per la realizzazione di materiali sostenibili ma anche e soprattutto il recupero di materiale di scarto, andando così incontro oltre che a una costruzione sostenibile anche ad un recupero di ciò che sarebbe destinato a discariche, ufficiali o abusive che siano. Nell’ottica dell’introduzione di “nuovi” materiali una posizione di rispetto interessa gli Pneumatici Fuori Uso (PFU) il cui recupero sotto forma di granulato e di polverino in gomma costituiscono, nell’ambito delle pavimentazioni stradali, una notevole opportunità di riutilizzo all’interno dei conglomerati bituminosi. Il presente lavoro sperimentale è stato svolto nell’ottica di analizzare dapprima le caratteristiche delle pavimentazioni drenanti, del polverino di gomma da PFU e dell’interazione tra i due, a supporto delle sperimentazioni effettuate sulle miscele realizzate in laboratorio. In particolare, sfruttando la tecnologia dry, che permette l’inserimento del polverino nella fase di miscelazione degli aggregati, dopo un’attenta analisi preliminare della composizione delle miscele da realizzare e il successivo confezionamento dei provini e loro addensamento, si è proceduto all’esecuzione di diverse prove al termine delle quali sono state analizzate le differenze meccaniche e reologiche tra miscele ottenute con aggiunta di polverino e miscele prive di PFU.

I crescenti volumi di traffico che interessano le pavimentazioni stradali causano sollecitazioni tensionali di notevole entità che provocano danni permanenti alla sovrastruttura. Tali danni ne riducono la vita utile e comportano elevati costi di manutenzione. Il conglomerato bituminoso è un materiale multifase composto da inerti, bitume e vuoti d'aria. Le proprietà fisiche e le prestazioni della miscela dipendono dalle caratteristiche dell'aggregato, del legante e dalla loro interazione. L’approccio tradizionalmente utilizzato per la modellazione numerica del conglomerato bituminoso si basa su uno studio macroscopico della sua risposta meccanica attraverso modelli costitutivi al continuo che, per loro natura, non considerano la mutua interazione tra le fasi eterogenee che lo compongono ed utilizzano schematizzazioni omogenee equivalenti. Nell’ottica di un’evoluzione di tali metodologie è necessario superare questa semplificazione, considerando il carattere discreto del sistema ed adottando un approccio di tipo microscopico, che consenta di rappresentare i reali processi fisico-meccanici dai quali dipende la risposta macroscopica d’insieme. Nel presente lavoro, dopo una rassegna generale dei principali metodi numerici tradizionalmente impiegati per lo studio del conglomerato bituminoso, viene approfondita la teoria degli Elementi Discreti Particellari (DEM-P), che schematizza il materiale granulare come un insieme di particelle indipendenti che interagiscono tra loro nei punti di reciproco contatto secondo appropriate leggi costitutive. Viene valutata l’influenza della forma e delle dimensioni dell’aggregato sulle caratteristiche macroscopiche (tensione deviatorica massima) e microscopiche (forze di contatto normali e tangenziali, numero di contatti, indice dei vuoti, porosità, addensamento, angolo di attrito interno) della miscela. Ciò è reso possibile dal confronto tra risultati numerici e sperimentali di test triassiali condotti su provini costituiti da tre diverse miscele formate da sfere ed elementi di forma generica.
Higher traffic volume produces high stress within pavement layer, which is one of the main causes for pavement distresses. These distresses reduce the service life of the pavement and increase the maintenance cost. Asphalt mixture is a composite material of graded aggregates bound with asphalt binder plus a certain amount of air voids. The physical properties and performance of asphalt mixture are governed by the properties of the aggregate, the properties of the asphalt binder and asphalt-aggregate interactions. The conventional approach to model the stress-strain behavior of asphalt mixtures is to treat them at macro-scale using continuum-based methods. These methods represent the system as a domain of elementary units with a simple shape that, while deforming, remain in contact with each other through their relative separation surfaces. Numerous research works, however, show that for these mixtures it's very important to take into account their micromechanical behaviour at the scale of aggregate particles, because it is a primary factor in terms of overall system performance. In this way the Distinct Particle Element Method (DEM-P) represents a very useful tool, which schematizes a granular material by particles that displace independently from one another and interact only at contact points. Since the greater part of asphalt mixtures is composed of aggregates, their structure and characteristics, particularly angularity and shape, have been considered as primary factors that affect the development of the aggregate skeleton and the mechanical performance of asphalt pavements. Aggregate contact and interlocking, in fact, control the load-bearing capacity and load-transferring capability of asphalt mixes. In order to investigate this influence, a series of triaxial tests have been conducted on samples composed of spheres and angular grains. Numerical results have been compared with the lab ones in terms of deviator stress versus axial strain and in terms of micromechanical characteristics.

La salvaguardia dell’ambiente e il risparmio delle risorse naturali non rinnovabili è divenuta una questione di grande interesse per tutti i settori della società. Nel campo dell’ingegneria civile ci si rivolge in generale all’impiego di materiali da costruzione ecocompatibili che generino un basso impatto ambientale in fase realizzativa e in esercizio. In questo studio è stata valutata e dimostrata scientificamente la possibilità, nel confezionamento di conglomerati bituminosi per uso stradale, di utilizzare, oltre agli aggregati estratti naturalmente da cava, aggregati riciclati convenzionali e non convenzionali, raggiungendo una percentuale medio – alta, pari al 50 % in peso per strato di usura e pari al 56 % in peso sul totale degli aggregati per strato di binder ed utilizzare filler di riciclo, derivanti da precedenti lavorazioni industriali di realtà prossime all’azienda imolese, da sostituire in parte o tutto al filler calcareo, tradizionalmente utilizzato come additivo. Dalla necessità di orientarsi verso scelte strategiche e sostenibili, la Cooperativa trasporti Imola Scrl Societa’ Cooperativa ha deciso di collaborare con l’Università di Bologna per: migliorare la progettazione di conglomerati bituminosi contenenti materiale di riciclo; diminuire ulteriormente il prelievo del capitale naturale e ridurre gli sprechi in sede di trasformazione delle risorse. Si è dimostrato che le miscele bituminose con materiale di riciclo rappresentino una efficace alternativa alle tradizionali e come la metodologia LCA – Life Cycle Assessment risulti essere un valido strumento da impiegare per valutarne gli impatti ambientali.