Università degli Studi di Bologna

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1 Uiversità degli Studi di Bologa FACOLTÀ DI INGEGNERIA DISTART Dipartimeto di Igegeria delle Strutture, dei Trasporti, delle Acque, del Rilevameto e del Territorio STUDIO DEL COMPORTAMENTO VISCO-ELASTICO DEL CONGLOMERATO BITUMINOSO CON IL METODO DEGLI ELEMENTI DISTINTI PARTICELLARI TESI di DOTTORATO i INGEGNERIA DEI TRASPORTI SETTORE SCIENTIFICO-DISCIPLINARE ICAR/04 XIX Ciclo Tesi di Dottorato di: Dott. Ig. MASSIMILIANO BRAGAGLIA BUCCHI Chiar.mo Prof. Ig. ALBERTO I Tutor: Chiar.mo Prof. Ig. ANDREA SIMONE Il Coordiatore: Chiar.mo Prof. Ig. MARINO LUPI Marzo 007

2 Parole chiave: Elemeti distiti Sovrastruttura stradale Coglomerato bitumioso Modelli costitutivi Prove di laboratorio

3 INDICE Itroduzioe... 1 Capitolo 1: le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso 1. Itroduzioe La qualificazioe prestazioale dei coglomerati bitumiosi Il modulo di rigidezza del coglomerato bitumioso La deformazioe permaete del coglomerato bitumioso I fattori resposabili della deformazioe permaete La deformazioe permaete del bitume La deformazioe permaete delle miscele bitumiose ideali La deformazioe permaete delle miscele reali La fessurazioe per fatica del coglomerato bitumioso Lo studio della resisteza a fatica delle miscele bitumiose Le prove di laboratorio per lo studio del dao da fatica ei coglomerati bitumiosi I pricipali fattori che ifluezao i test a fatica dei coglomerati bitumiosi Criteri di valutazioe della resisteza a fatica Metodo della deformazioe Metodo dell eergia dissipata Leggi sperimetali di fatica Coclusioi Capitolo : modelli costitutivi del coglomerato bitumioso 1. Itroduzioe Modelli al cotiuo Modello di rigidezza Modello elastico lieare Modelli viscoelastici lieari Modelli viscoelastici o lieari I

4 Idice.5. Modelli elastoplastici Modelli viscoplastici Modelli elasto-visco-plastici Modelli micromeccaici Modello di creep del film sottile di bitume Modello microstrutturale Modello ad elemeti distiti particellari Il comportameto meccaico del film sottile di bitume Coclusioi Capitolo 3: modellazioe del materiale graulare co il metodo degli elemeti distiti particellari 1. Itroduzioe Sviluppi e applicazioe del DEM Il codice di calcolo Particle Flow Code (PFC) Il fuzioameto qualitativo del software Procedura di calcolo La legge forza-spostameto Le equazioi del moto La legge di smorzameto L itervallo di tempo critico Coclusioi Capitolo 4: modellazioe co il metodo degli elemeti distiti particellari della prova Marshall 1. Itroduzioe Descrizioe della prova Marshall La modellazioe del provio Defiizioe della geometria del modello Defiizioe del modello di legame La simulazioe della prova Aalisi dei risultati della simulazioe II

5 Idice 6. Coclusioi Capitolo 5: modellazioe co il metodo degli elemeti distiti particellari della prova ITSM 1. Itroduzioe Descrizioe del test ITSM La modellazioe del provio Defiizioe della geometria del modello Defiizioe del modello di legame La simulazioe della prova Aalisi dei risultati della simulazioe Coclusioi Capitolo 6: modellazioe co il metodo degli elemeti distiti particellari di ua sovrastruttura flessibile 1. Itroduzioe Modello DEM della sovrastruttura flessibile Defiizioe della geometria del modello Aullameto delle forze o bilaciate itere al modello DEM Defiizioe dei legami di cotatto iereti ai diversi strati del modello DEM Simulazioe del modello DEM sollecitato co improte circolari Aalisi dei risultati della simulazioe Coclusioi Capitolo 7: coclusioi Appedice: correlazioe tra parametri microscopici e macroscopici per u mezzo graulare Bibliografia... 4 III

6 INTRODUZIONE L approccio tradizioale alla modellazioe dei coglomerati bitumiosi cosiste el simulare la risposta meccaica macroscopica mediate modelli costitutivi basati sulla teoria del mezzo cotiuo. La miscela viee quidi sottoposta a prove di tipo statico e diamico i u ampio itervallo di codizioi iereti all itesità della forza, alla velocità di applicazioe del carico ed alla temperatura; i risultati sperimetali, iseriti el modello costitutivo macroscopico, riproducoo poi il comportameto previsto i laboratorio. Si adottao i geere programmi ad elemeti fiiti che implemetao equazioi costitutive o lieari fializzate alla simulazioe di effetti diamici, viscosi e plastici. Tali equazioi cercao ioltre di riprodurre il comportameto aisotropo della miscela, dipedete dall assortimeto graulometrico dell aggregato, dalla forma delle particelle e dalla reologia del legate. I modelli costitutivi basati sulla teoria del mezzo cotiuo o cosetoo però lo studio della correlazioe esistete tra la deformazioe macroscopica della miscela e la corrispodete modifica strutturale microscopica. La risposta deformativa del coglomerato bitumioso dipede ifatti dal meccaismo microscopico di spostameto relativo tra coppie di particelle, defiito i base alle proprietà di cotatto delle particelle coese mediate bitume ed allo spessore del relativo film. Nella presete tesi si fa quidi ua rassega prelimiare delle tipologie di mi desig attualmete i uso per la determiazioe della ricetta ottima, che massimizza le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso. Si elecao ioltre le proprietà della miscela e dei relativi compoeti per la progettazioe del coglomerato, evideziado il tipo di specifica ed il metodo di prova fializzati alla qualificazioe del materiale i base alla orma UNI EN (capitolo 1). 1

7 Itroduzioe Vegoo poi studiate le proprietà di rigidezza della miscela e resisteza alle deformazioi permaeti ed alla fatica (capitolo 1), aalizzado fattori di iflueza e modelli aalitici per la rappresetazioe della risposta meccaica alle sollecitazioi statiche e diamiche. Il coglomerato preseta ifatti u comportameto meccaico dipedete dalla temperatura, dall itesità massima della sollecitazioe e dalla frequeza di carico. I base alle diverse combiazioi di tali fattori il materiale sviluppa coseguetemete delle deformazioi che possoo essere riprodotte co i segueti modelli costitutivi (capitolo ): modelli basati sulla teoria del mezzo cotiuo: - modello di rigidezza; - modello elastico lieare; - modelli viscoelastici lieari; - modelli viscoelastici o lieari; - modelli elasto-plastici; - modelli visco-plastici; - modelli visco-elasto-plastici; modelli microscopici. Utilizzado u modello viscoelastico microscopico è stata quidi ivestigata, mediate il Metodo degli Elemeti Distiti Particellari, la correlazioe tra i parametri rappresetativi della struttura graulare e la risposta macroscopica del coglomerato sollecitato co forze di tipo statico e diamico, al fie di compredere i processi fisici alla base del corrispodete stato tesodeformativo. Co il software PFC (capitolo 3) soo state iazitutto modellate le prove Marshall ed ITSM, calibrado i corrispodeti parametri di rigidezza microscopici co il modello di Burger i base ai valori delle gradezze macroscopiche desuti i laboratorio dai test. Sia per i modelli D del Marshall test (capitolo 4), sia per quello 3D della prova ITSM (capitolo 5) soo state rappresetate le forze di cotatto itere al corpo, l adameto delle tesioi ormali ei piai diametrali rispettivamete orizzotale e verticale ed ifie le forze e le deformazioi caratterizzati il geerico modello durate le simulazioi.

8 Itroduzioe È stata successivamete eseguita la modellazioe 3D ad elemeti distiti particellari di ua sovrastruttura flessibile caricata co improte circolari, calibrado i parametri microscopici mediate u equazioe basata sulla distribuzioe dei cotatti ella superficie di frotiera della geerica particella. Le tesioi e le deformazioi determiate alle iterfacce del modello DEM soo state poi cofrotate co le corrispodeti calcolate, per la medesima pavimetazioe, co il codice di calcolo BISAR (capitolo 6). Le simulazioi eseguite co il software PFC hao quidi permesso di ivestigare l iflueza della graulometria e della forma delle particelle sulla risposta macroscopica del sistema. È stato ioltre valutato il grado di approssimazioe dei modelli DEM alla realtà fisica del problema; i carichi esteri iducoo ifatti el materiale graulare ua perturbazioe formata da distribuzioi delle forze di cotatto e delle deformazioi iterparticellari, o cogruete co l approccio teso-deformativo ipotizzato, i base alle leggi della meccaica classica, per u mezzo omogeeo, cotiuo ed isotropo. 3

9 CAPITOLO 1 LE PROPRIETÀ MECCANICHE DEL CONGLOMERATO BITUMINOSO 1. INTRODUZIONE Le miscele bitumiose soo materiali graulari formati da ua fase litica co vuoti iterparticellari e da ua fase legate rappresetata dal bitume; il loro comportameto meccaico è ifluezato dalle proprietà dell aggregato, dal teore di legate e dalle teciche di modifica adottate per il bitume. La risposta della miscela alle sollecitazioi dipede quidi dall iterazioe fisico-chimica tra le fasi costitueti; il coglomerato resiste ifatti a compressioe mediate il trasferimeto degli sforzi, attraverso i relativi puti di cotatto, ai diversi grai dello scheletro litoide; il bitume forma ivece film sottili sulla superficie dei grai, saldadoli reciprocamete e cosetedo quidi alla miscela di resistere a trazioe, a taglio e di poter sviluppare elevate deformazioi (Masad e Nirajaa, 00). Il comportameto di u coglomerato bitumioso dipede ioltre dalla temperatura, dalla frequeza e dal umero di applicazioi del carico; lo stato deformativo della struttura colloidale del bitume è ifatti ifluezato, a differeza dei fluidi Newtoiai, sia dal tipo di sollecitazioe meccaica, sia dal tempo di applicazioe della forza (Madella, 000). Al fie di studiare lo stato teso-deformativo sviluppato ella miscela da forze statiche e diamiche, è stato quidi ecessario defiire i termii prestazioali i materiali costitueti le diverse fasi ed il coglomerato bitumioso. La fase legate è stata iizialmete qualificata mediate la comparazioe dei risultati di prove di tipo empirico, eseguite i laboratorio, co le prestazioi riscotrate i sito ei coglomerati; tali prove soo quidi diveute el tempo la base di u sistema di specifiche fializzate alla valutazioe tecica e commerciale del legate utilizzato i campo stradale. 4

10 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso I pricipali test tradizioali codotti sui bitumi soo: la prova di Peetrazioe rappresetativa della cosisteza del legate, la prova Palla e Aello fializzata alla determiazioe del puto di rammollimeto alle alte temperature, la prova Fraass ecessaria all idividuazioe della temperatura di iesco della fessurazioe alle basse temperature e quella di Duttilità che misura la rottura per trazioe (Figure 1.1.a, 1.1.b, 1..a e 1..b). a) b) Figura 1.1: a) Schema della prova di peetrazioe b) Schema della prova palla e aello a) b) Figura 1.: a) Prova per la determiazioe del puto di rottura Fraass b) Schema della prova di duttilità Tali prove o hao però permesso di caratterizzare completamete la atura viscoelastica del bitume, per la quale u qualuque stato tesioale può essere critico, attivado il meccaismo della rottura, i base alla temperatura, al tempo ed alla modalità di applicazioe della forza. 5

11 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso È stato quidi ecessario qualificare i bitumi secodo la loro reologia, per stabilire l effettivo legame esistete co i pricipali feomei di deteriorameto della sovrastruttura quali l ormaiameto, la fessurazioe a fatica e la rottura per rigidità alle basse temperature. Alle prove tradizioali soo state quidi affiacate quelle reologiche che permettoo di verificare la variazioe dei diversi parametri rappresetativi della viscoelasticità del legate i fuzioe della temperatura, della frequeza e dell ampiezza del carico, al fie di idagare il comportameto elle diverse codizioi operative. Le apparecchiature adottate soo i reometri per aalisi meccaichediamiche del legate, tra i quali figurao: il Dyamic Shear Rheometer (DSR) che misura il modulo complesso G* e l agolo di fase δ, il Bedig Beam Rheometer (BBR) per il calcolo della rigidezza flessioale S(t), il Direct Tesio Test (DTT) che forisce l allugameto a rottura di u campioe di bitume sottoposto a trazioe ed il Rotatioal Viscometer (RV) co il quale è possibile determiare la viscosità η (Figure 1.3.a e 1.3.b). a) b) Figura 1.3: a) Schema del DSR b) Schema del BBR U cocetto importate o previsto dalle prove empiriche ed itrodotto ei test reologici è quello dell ivecchiameto a breve termie co la procedura Rollig Thi Film Ove ed a lugo termie co il test Pressure Agig Vessel. 6

12 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Le operazioi di ivecchiameto permettoo di simulare i laboratorio le trasformazioi subite dal legate durate il cofezioameto della miscela, a causa delle alte temperature e della volatilizzazioe degli oli leggeri, ed i esercizio durate i primi 5-10 ai di vita utile della pavimetazioe (Roberts, 1996). Diversamete dal bitume la qualificazioe degli aggregati per coglomerati bitumiosi avviee ivece mediate la determiazioe dei corrispodeti requisiti geometrici, fisico-meccaici e chimici. La caratterizzazioe geometrica cosiste, ad esempio, ella determiazioe della curva graulometrica del materiale co il metodo della setacciatura e ella successiva defiizioe, per la frazioe media e grossa, della forma dei grai mediate l idice di forma ed il coefficiete di appiattimeto. Il materiale lapideo viee successivamete qualificato secodo i requisiti fisici e meccaici, calcolado le desità apparete, dei grai pre-essicati i stufa ed i codizioi di saturazioe a superficie asciutta, valutado ioltre la gelività e l idrofilia e determiado ifie le segueti resisteze: all usura co il coefficiete Micro-Deval, alla frammetazioe co il coefficiete Los Ageles, al martellameto co il valore d Urto ed all azioe levigate dei peumatici mediate il coefficiete di levigabilità accelerata. Il comportameto meccaico della frazioe grossa e media di u materiale graulare sollecitato co forze cicliche viee ioltre defiito attraverso il modulo resiliete M r, dato dal rapporto tra la differeza delle tesioi pricipali verticale ed orizzotale σ d e la deformazioe assiale di recupero ε ra ; tale modulo si ritiee rappresetativo, a differeza del modulo di elasticità E, della deformazioe plasto-viscosa che o può essere recuperata dall aggregato dopo la cessazioe della forza di compressioe. È ifie ecessario studiare la risposta della miscela bitumiosa a sollecitazioi statiche e diamiche, mediate prove di laboratorio fializzate alla determiazioe della corrispodete rigidezza e delle resisteze del coglomerato a feomei di deteriorameto della pavimetazioe come l ormaiameto e la fatica. 7

13 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Nei paragrafi successivi verrao quidi aalizzate le diverse tipologie di prove per la qualificazioe prestazioale delle miscele bitumiose, evideziado la correlazioe tra i test e le proprietà fodametali alla base dei feomei di degrado della sovrastruttura ed elecado ioltre i pricipali fattori che ifluezao la resisteza a fatica ed alle deformazioi permaeti di u coglomerato bitumioso.. LA QUALIFICAZIONE PRESTAZIONALE DEI CONGLOMERATI BITUMINOSI Negli ultimi 0 ai le pavimetazioi soo state maggiormete sollecitate dal traffico veicolare a causa dell icremeto dei carichi per asse e del umero di mezzi circolati lugo la rete viaria. Ua presa di coscieza, da parte della società, ei cofroti di temi quali la sicurezza stradale, il comfort di guida, l iquiameto e la rumorosità prodotti dal traffico, hao quidi orietato i progettisti alla ricerca di soluzioi fializzate all aumeto della resisteza e della vita utile delle sovrastrutture. I questo cotesto grade attezioe è stata data alla qualificazioe prestazioale delle miscele bitumiose, largamete utilizzate elle pavimetazioi flessibili e semirigide, mediate l adozioe di prove di laboratorio più attedibili ella previsioe delle prestazioi attese i sito. Accato alle prove empiriche, che hao rappresetato il puto di parteza ella compresioe della risposta meccaica delle miscele alle sollecitazioi idotte dal traffico, soo stati sviluppati diversi test classificati rispettivamete come fodametali oppure simulativi (Boot, 1983). Tali prove di tipo meccaico, prese sigolarmete, o dao idicazioe completa delle qualità che la miscela deve possedere i sito, soprattutto per quato cocere la sua durabilità. Le prove empiriche o sviluppao ei provii lo stato teso-deformativo dei coglomerati i sito e determiao quidi i modo grossolao le caratteristiche prestazioali delle miscele. 8

14 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Le prove di tipo fodametale valutao ivece le proprietà itriseche delle miscele che vegoo iserite egli algoritmi di previsioe delle caratteristiche prestazioali delle pavimetazioi; tali prove, stabiledo precise correlazioi co le codizioi di carico ageti sulla sovrastruttura, iterpretao quidi co maggiore attedibilità lo stato teso-deformativo dei coglomerati bitumiosi i opera. Le prove di tipo simulativo riproducoo ifie i laboratorio i diversi processi che le miscele subiscoo i sito elle fasi di preparazioe, stesa, compattazioe e el corso della vita utile della sovrastruttura. Il processo di compattazioe della miscela viee, ad esempio, simulato i laboratorio co la pressa giratoria oppure col compattatore a rullo, metre lo stato teso-deformativo itero alla sovrastruttura sollecitata co carichi ciclici viee riprodotto mediate il wheel trackig test i scala reale. Lo sviluppo di uove tipologie di prove per la valutazioe delle caratteristiche delle miscele, ha orietato i ricercatori verso procedure di mi desig idoee a risolvere specifici problemi; la progettazioe della miscela può quidi essere eseguita co metodi formulati i base alle proprietà dei compoeti ed agli spessori degli strati. Soo miscele cocepite co questa metodologia rispettivamete lo Stoe Masti Asphalt, il Gussasphalt, l Hot Rolled Asphalt, il Porous Asphalt, il Thi e Ultra-Thi Asphalt ed ifie il Very Soft Asphalt; tali coglomerati, uitamete all Asphalt Cocrete, coproo quasi iteramete l eleco dei materiali utilizzati i ambito europeo per la realizzazioe e la mautezioe delle pavimetazioi bitumiose e soo soggette, da parte della Uioe Europea, ad ua armoizzazioe i base al madato CEN TC 7. Le diverse fasi della progettazioe di ua miscela soo formate da procedure e prove fializzate alla selezioe degli aggregati, della loro graulometria, del tipo di legate, del polimero modificate e del coteuto di bitume modificato, al fie di otteere ua ricetta bitume-aggregato che soddisfi pieamete le specifiche richieste. 9

15 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Lo studio, per le miscele bitumiose, di ua ricetta che permetta di realizzare i sito cotemporaeamete le proprietà richieste, preseta delle difficoltà imputabili alle caratteristiche fisico-chimiche dei compoeti ed alle modalità di iterazioe aggregato-bitume. Lo scopo del mi-desig è quidi quello di formulare ua miscela che sia la più ecoomica possibile i relazioe ai segueti requisiti: sufficiete teore di legate per assicurare la durabilità; sufficiete percetuale dei vuoti ell aggregato mierale; sufficiete adesioe del legate ai grai per evitare il feomeo della separazioe; sufficiete lavorabilità della miscela per permettere la stesa e la compattazioe degli strati legati evitado il rischio di segregazioe; asseza di effetti daosi imputabili all azioe dell aria e dell acqua; caratteristiche prestazioali della miscela sufficieti a garatire ua vita di impiego maggiore od uguale alla vita utile della pavimetazioe. I metodi di progettazioe delle miscele vegoo classificati elle segueti sei categorie: per ricetta, empirici, aalitici, volumetrici, performace-related e performace-based []. Co il metodo della ricetta l ottimizzazioe delle proprietà del coglomerato viee effettuata i base alla coosceza della composizioe di miscele tradizioali, costitueti pavimetazioi soggette a determiate codizioi di traffico e co buoe prestazioi el lugo periodo. La defiizioe dell optimum co il metodo empirico, per le diverse variabili caratterizzati la miscela, avviee ivece mediate prove empiriche di tipo meccaico, basate su specifiche che si evolvoo el tempo i base all esperieza pregressa. Il metodo aalitico, al cotrario di quello empirico, determia la composizioe della miscela seza cosiderare test di laboratorio e basadosi uicamete sull implemetazioe di appositi sistemi di equazioi mediate l uso dell elaboratore. 10

16 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Il metodo volumetrico, defiisce ifie il coteuto ottimo ella miscela di aggregato, bitume e vuoti iterparticellari, co specifiche teciche che simulao il processo di compattazioe del materiale dopo la stesa. La progettazioe modera del coglomerato bitumioso si basa ivece sul seguete cocetto: il rapporto tra i diversi compoeti della miscela viee stabilito al fie di otteere l optimum prestazioale i base alla tipologia ed all etità del traffico, alle codizioi ambietali ed ai fattori strutturali, caratterizzati la sovrastruttura durate la vita utile; le prestazioi della miscela vegoo quidi valutate ache i base all adempimeto, ella futura pavimetazioe, delle fuzioi previste ed all osservaza delle richieste attese. Soo stati sviluppati, secodo questa impostazioe, i metodi performacerelated e performace-based, che combiao le prove di tipo fodametale e simulativo al fie di otteere la massima correlazioe tra i risultati dei test di laboratorio, eseguiti per ampi itervalli di carico e temperatura, ed il comportameto meccaico del materiale i sito. Il metodo performace-related ottimizza la ricetta valutado i laboratorio, co prove di tipo fodametale e simulativo, le proprietà del coglomerato e dei compoeti correlate, mediate relazioi quatitative, co le caratteristiche prestazioali della sovrastruttura. Le relazioi utilizzate dai ricercatori el metodo performace-related si dividoo i due tipologie che soo rispettivamete quella primaria e quella secodaria [17]. Le primarie soo relazioi tra i parametri di previsioe e gli idicatori della prestazioe, formate da umerose variabili che o possoo essere totalmete cotrollate durate la realizzazioe della sovrastruttura. Ua relazioe primaria è, ad esempio, la correlazioe tra il modulo di rigidezza di uo strato legato ed il umero di ripetizioi di carico ecessario alla rottura dell elemeto della sovrastruttura. Le secodarie soo ivece relazioe tra i parametri di previsioe della prestazioe e quelle caratteristiche del coglomerato bitumioso che possoo essere cotrollate durate la fase costruttiva della sovrastruttura, come ad esempio il teore di bitume. 11

17 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso I parametri primari soo quidi correlati direttamete alle caratteristiche prestazioali di ua pavimetazioe, metre quelli secodari soo idirettamete legati a tali caratteristiche e possoo essere sostituiti ai primi solamete i preseza di comprovati e precisi legami tra i fattori. I figura 1.4 soo idicate le differeti fasi del metodo performace-related, che utilizza u sistema formato da più equazioi defiite i base alle variabili riportate i tabella 1.1 [50]. I metodi di progettazioe delle miscele di tipo performace-based, utilizzao ivece specifiche fializzate alla descrizioe delle proprietà fodametali della miscela (ad esempio il modulo resiliete, la resisteza alle deformazioi permaeti ed alla fatica), coteute elle relazioi di base co le quali è possibile prevedere, per ua prestabilita vita d impiego, l evoluzioe el tempo delle diverse caratteristiche prestazioali della sovrastruttura i diverse codizioi ambietali e di traffico []. Tabella 1.1: Variabili iserite elle relazioi del metodo performace-related Variabile Fattore Esempi Variabili primarie dipedeti Idicatori dello stato tesioale - Deformazioe - Deflessioe Idicatori del degrado della sovrastruttura - Rottura - Ormaiameto - Rugosità Fattori primari di previsioe della prestazioe Fattori secodari di previsioe della prestazioe Idicatori della prestazioe della sovrastruttura Idicatori dei costi Fattori correlati al traffico Fattori correlati all ambiete Fattori correlati alla struttura - Fattoti sostituibili ai primari - Fattori di cotrollo - Carico cumulativo a rottura - Costi sigoli e totali della pavimetazioe durate la sua vita utile - Assi equivaleti di carico - Climatici - Fodo stradale - Proprietà dei materiali - Fasi esecutive - CBR come sostitutivo del modulo 1

18 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Le specifiche basate sulle caratteristiche prestazioali di ua pavimetazioe ecessitao quidi di ua coosceza approfodita delle relazioi di base che itercorroo tra ua determiata prestazioe della sovrastruttura, come ad esempio le resisteza all ormaiameto, e quelle proprietà meccaiche della miscela, come ad esempio la resisteza alla fatica ed il modulo di rigidezza, che soo all origie dell iesco e dello sviluppo del corrispodete feomeo di deteriorameto. Selezioe degli idicatori di prestazioe (variabili primarie dipedeti) Idetificazioe delle variabili idipedeti: fattori primari di previsioe fattori secodari di previsioe sostituibili ai primari fattori di cotrollo Prove eseguite i laboratorio ed i sito Determiazioe del sistema di equazioi idicative delle caratteristiche prestazioali valutazioe del relativo grado di precisioe Defiizioe del criterio di ottimizzazioe del modello Determiazioe della precisioe del modello Aalisi dei risultati: Criterio di progettazioe della miscela Tolleraza Piao di accettazioe Figura 1.4: Fasi del metodo basato sulle specifiche performace-related I uovi metodi di mi desig ricercao quidi u optimum di composizioe della miscela fializzato ad assicurare livelli prestazioali miimi predefiiti e o il massimo valore delle sigola proprietà meccaica. 13

19 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Soo esempi di questa uova cocezioe di progettazioe dei coglomerati bitumiosi i metodi SHRP Superpave livelli e 3 e SHRP-A-698, l approccio aglosassoe della Nottigham Uiversity e quello fracese, l Australia NARC livelli e 3, il metodo filadese ASTO/Asphalt Specificatios e le liee guida Dutch CROW. I metodi SHRP, ASTO e NARC, cotegoo distiti livelli co prove fializzate al coseguimeto di u elevata affidabilità durate il processo di mi desig; i test di laboratorio cosetoo ifatti la defiizioe di ua procedura idoea ad ottimizzare il livello di servizio della pavimetazioe, i fuzioe dei carichi, seza massimizzare ua prestazioe rispetto alle altre. Diverse azioi hao adottato più tipi di mi desig, che soo stati successivamete sviluppati ed itegrati secodo le esperieze codotte sul loro territorio; i tabella 1. si riportao i metodi di progettazioe delle miscele attualmete previsti dalle pricipali specifiche esisteti [58]. Tabella 1.: Metodi di mi desig adottati elle pricipali specifiche azioali Specifica/Orgaizzazioe Nazioe Categoria mi desig NARC 96-I-III Australia - Ricetta - Volumetrico - Performace-related ASTO/PANK 95 Filadia - Ricetta - Volumetrico - Performace-related AFNOR Fracia - Ricetta - Volumetrico - Performace-related DIN Germaia - Ricetta - Empirico CROW Olada - Volumetrico - Performace-related BS 594/598 Gra Brataga - Ricetta - Empirico Asphalt Istitute Stati Uiti - Ricetta - Empirico SHRP Superpave Stati Uiti - Volumetrico - Performace-related - Performace-based 14

20 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso I metodi di ottimizzazioe della ricetta basati sulle specifiche relative alle caratteristiche prestazioali della pavimetazioe, permettoo quidi di cofezioare coglomerati che rappresetao u puto di equilibrio tra i costi di realizzazioe della sovrastruttura e la qualità attesa i sito per il materiale. I Italia le proprietà dei coglomerati bitumiosi coteute elle relazioi di base per la previsioe delle caratteristiche prestazioali della pavimetazioe e elle relazioi primarie o secodarie coesse alle prestazioi della sovrastruttura, soo riportate ell allegato B della orma UNI-EN I tabella 1.3 soo elecate le proprietà performace-based e performacerelated coteute ella orma citata i precedeza, idicado ioltre per ciascua specifica la corrispodete prova di caratterizzazioe ed il relativo riferimeto ormativo. I tale tabella figurao ache specifiche, deomiate prescrizioali, che soo i qualche modo correlate ai feomei di degrado della sovrastruttura, ma per le quali o è stato acora dimostrato il legame esistete co specifici feomei di deteriorameto del materiale i sito. Si ricorda ifie che le pricipali proprietà delle miscele bitumiose utilizzate ei moderi metodi di mi desig soo le segueti: il modulo di rigidezza, la resisteza alle deformazioi permaeti e la resisteza a fatica. 15

21 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Tabella 1.3: Classificazioe delle prove sulle miscele bitumiose i base al tipo di relazioe prestazioale allegato B della UNI-EN Proprietà Tipo di specifica Norma relativa al metodo di prova Coteuto di legate prescrizioale UNI-EN e -39 Graulometria prescrizioale UNI-EN Caratteristiche dei vuoti di provii bitumiosi el caso V ma 7% Caratteristiche dei vuoti di provii bitumiosi el caso 7%<V ma <10% Caratteristiche dei vuoti di provii bitumiosi el caso V ma 10% Coteuto dei vuoti el provio dopo la compattazioe co pressa giratoria Sesibilità all'acqua Resisteza all abrasioe da parte di peumatici chiodati Resisteza alle deformazioi permaeti: - Ma carico per asse <13 to Resisteza alle deformazioi permaeti: - Ma carico per asse 13 to Resisteza alle deformazioi permaeti Resisteza alle deformazioi permaeti Rigidezza Resisteza a fatica co two poit fatigue criteria Resisteza a fatica co four poit fatigue criteria Resisteza al carburate Resisteza ai fluidi atighiaccio prescrizioale UNI-EN Desità volumetrica: EN procedura B - Desità massima: EN procedura A prescrizioale UNI-EN Desità volumetrica: EN procedura C - Desità massima: EN procedura A prescrizioale UNI-EN Desità volumetrica: EN procedura D - Desità massima: EN procedura A prescrizioale UNI-EN UNI-EN UNI-EN , metodo A performacerelated performacerelated UNI-EN performacerelated (a) Metodo della traccia delle ruote (Wheel trackig) co ruota piccola UNI-EN performacerelated (a) Metodo della traccia delle ruote (Wheel trackig) co ruota grade performacerelated (b) UNI-EN Prova Marshall UNI-EN Prova triassiale di compressioe UNI-EN UNI-EN , allegato A performacebased performacebased performacebased performacebased UNI-EN , allegato D performacebased UNI-EN (b) performacebased (b) UNI-EN (a) requisiti delle miscele bitumiose per le strade e le aree pavimetate ad eccezioe di quelle aeroportuali (b) requisiti delle miscele bitumiose solo per pavimetazioi aeroportuali 16

22 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Modulo di Rigidezza Il modulo elastico di ua pavimetazioe misura la capacità delle miscele, costitueti i diversi strati, di diffodere ella sovrastruttura il carico esercitato el piao viabile dalle aree di improta dei peumatici del veicolo. Il valore di tale modulo, dipedete dalla temperatura e dalla velocità di applicazioe del carico, è defiito del rapporto tra la tesioe mooassiale σ e la corrispodete deformazioe ε. σ E = (1.1) ε Il modulo di Youg descrive il comportameto elastico di ua miscela sollecitata i modo statico o diamico ma o può riteersi idoeo alla rappresetazioe della risposta viscoelastica del materiale. È stato quidi defiito, per modellare tale comportameto meccaico del coglomerato, il modulo di rigidezza a trazioe idiretta S m che viee calcolato, i preseza di determiate codizioi al cotoro, mediate la prova diamica o distruttiva ITSM [5]. La prova si svolge co ua apparecchiatura che sottopoe il provio a 5 cicli di carico e scarico, durate i quali la forza verticale cresce co rise time di 14 ms provocado ua deformazioe diametrale orizzotale pari a 5 μm. Il valore del modulo di rigidezza viee valutato co la (1.) i base al valore massimo L della forza verticale, alla corrispodete deformazioe diametrale orizzotale D ed al coefficiete di Poisso ν del coglomerato bitumioso. L Sm = (ν 0. 7 ) (1.) (D s) Resisteza alla deformazioe permaete La deformazioe permaete di ua pavimetazioe stradale, deomiata ormaiameto, si sviluppa ella sovrastruttura per accumulo el tempo di deformazioi irreversibili di piccola etità causate da forze cicliche. 17

23 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Tali deformazioi di piccola etità rappresetao la risposta visco-elastica della miscela ai carichi diamici ed i preseza della ripetizioe del carico vegoo progressivamete accumulate fio alla creazioe di u esteso stato deformativo della sovrastruttura [6]. Resisteza a fatica La rottura per fatica di ua pavimetazioe avviee i due fasi, che soo rispettivamete la fase di iesco e quella di propagazioe della frattura, causate dalla ripetizioe el tempo di stati deformativi idotti egli strati legati da sforzi di trazioe; la prima fase cosiste ella geerazioe e ella saldatura reciproca delle microfratture, la secoda è ivece relativa alla propagazioe ella sovrastruttura delle macro-fratture. Attualmete esistoo prove complesse che permettoo di stimare la resisteza a fatica della miscela ella fase di iesco della micro-frattura, ma o soo i grado di misurare correttamete l evoluzioe temporale della fessurazioe del materiale durate la secoda fase. Per ua caratterizzazioe completa della resisteza a fatica di ua miscela bitumiosa si deve quidi cosiderare iazitutto la rigidezza del coglomerato, correlata alla propagazioe delle macro-fratture, e complessi metodi di prova che producoo risultati o sempre estedibili alle pavimetazioi i sito (Read, 1996). 3. IL MODULO DI RIGIDEZZA DEL CONGLOMERATO BITUMINOSO Il modulo di rigidezza del coglomerato bitumioso viee defiito come il valore assoluto del modulo complesso E*, rappresetativo dello risposta tesodeformativa per u materiale co comportameto viscoelastico. Il modulo complesso è quidi otteuto, per la miscela sollecitata da forze cicliche, mediate la composizioe vettoriale delle compoeti elastica reversibile E 1 e viscosa irreversibile E (figura 1.5). E * = E 1 ie (1.3) 18

24 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Figura 1.5: Rappresetazioe del modulo diamico E* el piao complesso Tali compoeti vegoo calcolate co test diamico a carico mooassiale siusoidale, previa valutazioe dei segueti parametri: itesità massima della forza F 0, periodo ω e tempo t di applicazioe del carico, fattori di forma γ e massa μ per il provio [3]. ( ωt ) F(t) = F0 se (1.4) Il materiale durate la prova sviluppa ifatti ua deformazioe siusoidale D avete la frequeza del carico e sfasata rispetto alla sollecitazioe di u agolo di fase ϕ (figura 1.6). Figura 1.6: Variazioe el tempo della deformazioe per u provio sollecitato co forza siusoidale 19

25 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso F E1 = γ cosϕ μω (1.5) D F E = γ seϕ (1.6) D Il modulo di rigidezza può ioltre essere determiato mediate la prova diamica di trazioe idiretta eseguita co provii cilidrici di coglomerato bitumioso. Tale prova forisce il valore del modulo di rigidezza mediate u umero limitato di applicazioi del carico impulsivo lugo il diametro verticale, seza utilizzare forze siusoidali. Il modulo di rigidezza a trazioe idiretta S viee quidi determiato per la miscela co l equazioe (1.), i base alla corrispodete deformazioe diametrale orizzotale ed al coefficiete di Poisso. Il modulo diamico della miscela i campo elastico può ifie essere calcolato co metodi empirici sviluppati dai ricercatori i base ai risultati di umerose prove di laboratorio. È possibile utilizzare, ad esempio, il omogramma di Va der Poel, che permette di determiare il modulo di rigidezza mediate i segueti parametri: la differeza tra le temperature effettiva e di peetrazioe del legate, il tempo di carico e l idice di peetrazioe del bitume (figura 1.7) [68]. 0

26 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Figura 1.7: Nomogramma di Va der Poel per la determiazioe del modulo di rigidezza di ua miscela bitumiosa 1

27 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso 4. LA DEFORMAZIONE PERMANENTE DEL CONGLOMERATO BITUMINOSO 4.1. I fattori resposabili della deformazioe permaete Il bitume per elevate velocità di applicazioe del carico e basse temperature si comporta come u corpo elastico, metre assume le proprietà meccaiche del fluido viscoso per basse velocità di applicazioe del carico ed elevate temperature. Il legate, i codizioi operative itermedie alle precedeti, preseta u comportameto viscoelastico. Durate l applicazioe della forza il coglomerato bitumioso sviluppa quidi ua risposta elastica istataea seguita da ua deformazioe crescete el tempo. Dopo la rimozioe del carico la miscela restituisce le compoeti elastiche istataea e ritardata, coservado ua deformazioe residua irreversibile. Tale deformazioe residua, accumulata el materiale sotto l azioe di u carico ciclico, produce il feomeo dell ormaiameto (figura 1.8 e 1.9). Tesioe Tempo Deformazioe Specifica Visco-elastica Elastica Visco-elastica Elastica Plastica Viscosa Plastica Tempo Figura 1.8: Risposta deformativa del coglomerato bitumioso sottoposto ad u carico di tipo statico

28 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Tempo Deformazioe Specifica Tesioe Deformazioe specifica totale permaete Tempo Figura 1.9: Accumulo delle deformazioi residue del coglomerato bitumioso sottoposto ad u carico ciclico I pricipali meccaismi resposabili di tale feomeo soo l addesameto e la deformazioe tageziale. Si ha il meccaismo dell addesameto elle pavimetazioi scarsamete compattate, a causa dell azioe del traffico veicolare che trasforma gradualmete lo scheletro litico del coglomerato bitumioso i ua struttura sempre più compatta. I ua pavimetazioe correttamete compattata è quidi improbabile che avvega l addesameto dell aggregato (Eisema e Hilmer) [3]. La deformazioe tageziale della sovrastruttura cosiste ivece ello scorrimeto laterale del materiale graulare co formazioe di ua zoa cetrale depressa cofiata da spalle rialzate. Il meccaismo di deformazioe tageziale, dipedete dal livello di compattazioe, risulta essere miimo elle miscele compattate alla desità massima e rappreseta il fattore primario resposabile dell ormaiameto (Hofstra e Klomp) [9]. 3

29 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso I ricercatori, i base ai risultati otteuti da sperimetazioi di laboratorio, hao quidi sviluppato dei modelli aalitici fializzati alla rappresetazioe delle deformazioi permaeti per il bitume e per le miscele ideale e reale 4.. La deformazioe permaete del bitume I primi esperimeti evideziaroo, oostate il basso teore di bitume presete ella miscela, ua forte correlazioe tra la deformazioe permaete del coglomerato bitumioso e le proprietà reologiche del legate,. Negli ai sessata Va der Poel e altri ricercatori idividuaroo, per bassi valori di deformazioe, la relazioe esistete el bitume tra la rigidezza e le proprietà di peetrazioe e puto di rammollimeto [69]. Va der Poel ha sitetizzato i risultati delle ricerche i u Nomogramma, che rappreseta il comportameto meccaico del legate i fuzioe della temperatura e del tempo di carico (figura 1.10) [70]. Figura 1.10: Nomogramma di Va der Poel per la determiazioe del modulo di rigidezza del bitume 4

30 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Numerosi ricercatori hao successivamete tetato di schematizzare il comportameto meccaico del bitume mediate modelli aalitici viscoelastici lieari, otteedo però risultati validi solamete per valori ridotti di deformazioe e sollecitazioe [13, 33 e 73]. Alla luce del complesso comportameto meccaico del legate, Cheug e Chebo hao quidi redatto, per u bitume co grado di peetrazioe pari a 50, ua mappa dei meccaismi di deformazioe cosiderado u ampio itervallo di temperature, sollecitazioi e velocità di applicazioe della forza (figura 1.11) [10]. La mappa mostra come il comportameto del legate, co temperatura prossima a quella di trasizioe vetrosa T g (l itervallo di T g varia da -40 C a 0 C), sia viscoso lieare per bassi livelli tesioali, metre sia descritto dal modello di creep a legge di poteza (co espoete pari a.3) per elevati livelli tesioali. La tesioe di trasizioe tra i comportameti citati i precedeza di 115 kpa. Figura 1.11: Mappa di deformazioe i fuzioe della temperatura per u bitume co grado di peetrazioe pari a 50 Soo state ioltre codotte umerose ricerche iereti allo studio del comportameto del legate sollecitato da ua forza i regime stazioario. 5

31 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Per bassi valori di sollecitazioe (miori di 0.1 MPa) è stato osservato u comportameto viscoso lieare del bitume, metre per elevati valori di sollecitazioe (compresi tra 0.1 MPa e 1.0 MPa) il legate sviluppa ua risposta viscosa o lieare [5, 6, 45, 6, 74]. Cheug e Chebo hao quidi proposto u modello aalitico i grado di descrivere per il bitume la trasizioe dal comportameto viscoso lieare a quello o lieare. Il modello di Cross modificato (MCM) permette di rappresetare la risposta del bitume a sollecitazioi mooassiali per temperature prossime a quella di trasizioe vetrosa mediate l equazioe (1.7). σ ε& ss ss = σ ε& 0 1 p ε& ε& ss p m 1 (1.7) Il modello MCM correla quidi, per u legate di costate m, la tesioe (σ ss ) e la velocità di applicazioe della forza ( ε& ss ) i regime stazioario, co i corrispodeti valori di riferimeto (σ 0 ) e ( ε& p ). Ossa ed altri ricercatori hao sottoposto i bitumi, co grado di peetrazioe pari a 50 e 100, a prove di carico mootoo e ciclico per u ampio itervallo di sollecitazioi, temperature e velocità di applicazioe del carico [51]. I base ai risultati della sperimetazioe è stato ifie sviluppato u modello feomeologico, calibrato successivamete co i risultati di quattro prove di trazioe mooassiale (figura 1.1). 6

32 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Figura 1.1: Prove di Creep a tesioe costate per u bitume a 10 C co grado di peetrazioe pari a La deformazioe permaete delle miscele bitumiose ideali Deshpade ha eseguito delle prove di compressioe mooassiale e triassiale su provii cofezioati co miscele ideali i diverse codizioi di temperatura, carico e velocità di applicazioe della sollecitazioe [19]. Soo stati realizzati cique tipi di coglomerato mediate u bitume co grado di peetrazioe 50 e della sabbia di differete graulometria co frazioe i volume variabile da 40% a 85% a secoda della miscela. La miscela A, co il 64% di aggregato, è stata sottoposta al creep test ed alla prova di compressioe i cotrollo di deformazioe facedo variare la temperatura da 0 C a 40 C. I risultati, riportati i figura 1.1, mostrao per la miscela alla temperatura di 0 C ua curva co adameto simile a quella del legate, otteuta da Cheug mediate il modello MDM. Il modello di Cross modificato è stato quidi adattato ai coglomerati bitumiosi sostituedo ell equazioe (1.8) il termie & ε & ε 0 co il rapporto S & ε & ε 0, coteete il fattore di rigidezza S dovuto alla preseza dell aggregato. 7

33 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso σ ε& ss ss = Sσ ε& p 0 1 ε& ε& ss p m 1 (1.8) Figura 1.13: Mappa delle deformazioi per la miscela A di Deshpade Per ua miscela alla temperatura di 0 C il fattore di rigidezza S è pari a 1000; dal cofroto tra la (1.7) e la (1.8) i ricercatori hao quidi potuto costatare che alla temperatura di 0 C, per coferire il medesimo livello tesioale alla miscela ed al legate, è ecessario applicare al coglomerato la sollecitazioe co velocità mille volte superiore a quella caratterizzate il bitume. Il modulo di rigidezza S è proporzioale alla percetuale di aggregato costituete la miscela ed è idipedete dalla forma e dalla dimesioe delle particelle. Khazada ha ivestigato i laboratorio il comportameto deformativo di due miscele ideali, idicate rispettivamete co le sigle A e A/D, cofezioate mediate bitume e sabbia. Il legate possedeva u grado di peetrazioe pari a 50 e la sabbia era di due tipi: moograulare per la miscela A ed a doppia dimesioe per quella A/C. 8

34 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso I risultati del Creep test per la miscela A soo stati riportati i figura 1.13 graficado la deformazioe assiale i fuzioe del tempo; la curva così otteuta si preseta divisa i tre regioi: ella prima la deformazioe aumeta el tempo co adameto decrescete, ella secoda esiste ua dipedeza lieare tra la deformazioe ed il tempo (deformazioe stazioaria), ella terza la deformazioe aumeta el tempo co adameto crescete. Figura 1.13: Risultati del Creep test eseguito a 0 C co la miscela A da Khazada Per la miscela A i risultati del Creep test soo stati ioltre rappresetati i figura 1.14 i base alle deformazioi radiale ed assiale, descrivedo ua curva co pedeza costate ella regioe di deformazioe stazioaria. Collop e Khazada hao ioltre eseguito dei Wheel trackig tets, adottado livelli tesioali di 500 kpa, 750 kpa e 1000 kpa, co le miscele A e A/D alle temperature di 0 C, 30 C e 40 C. La profodità media dell ormaia è stata diagrammata i fuzioe del umero di passaggi della ruota, alle diverse temperature di riferimeto e per ciascua codizioe di carico (figura 1.15). 9

35 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Le curve mostrao come tale profodità aumeti iizialmete co adameto crescete i fuzioe del umero di cicli, per poi crescere i modo proporzioale ai ripetuti passaggi della ruota. Figura 1.14: Diagramma delle deformazioi radiale e assiale del Creep test eseguito a 0 C sulla miscela A da Khazada Figura 1.15: Risultati del Wheel trackig test eseguito a 0 C sulla miscela A/D da Collop e Khazada 30

36 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso La prima parte della curva è stata spiegata dai ricercatori chiamado i causa il processo di addesameto dello scheletro litico; ella secoda parte della curva è ivece possibile defiire il gradiete di ormaiameto utilizzato per caratterizzare la risposta alle deformazioi permaeti della miscela ideale [1] La deformazioe permaete delle miscele reali Khazada ha eseguito le prove triassiale, mooassiale, di carico assiale ripetuto (RLA) ed il Wheel trackig test co provii di malta HRA e di miscela HRA alle temperature di 0 C e 40 C per due livelli tesioali (00 kpa e 000 kpa). I risultati otteuti soo stati poi cofrotati co quelli determiati per il bitume e per ua miscela ideale, graficado la deformazioe assiale i fuzioe del tempo e la variazioe del fattore di rigidezza e del gradiete di dilatazioe i base alla frazioe i volume di aggregato costituete la miscela. Le curve di deformazioe assiale per la malta, la miscela ed il bitume presetao lo stesso adameto el tempo, metre il fattore di rigidezza S risulta essere proporzioale alla frazioe i volume di aggregato (figure 1.16 e 1.17). Figura 1.16: Comportameto deformativo i regime stazioario del bitume, della malta HRA e della miscela HRA 31

37 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso Figura 1.17: Variazioe del fattore di rigidezza S i base alla frazioe i volume di aggregato Ache il gradiete di dilatazioe, defiito come il rapporto tra le deformazioi volumetrica e di distorsioe, è proporzioale alla frazioe i volume di aggregato e per il medesimo coteuto di aggregati cresce all aumetare del fattore di rigidezza della miscela (figura 1.18) [36]. Figura 1.18: Variazioe del gradiete di dilatazioe i base alla frazioe i volume di aggregato 3

38 Capitolo 1: Le proprietà meccaiche del coglomerato bitumioso 5. LA FESSURAZIONE PER FATICA DEL CONGLOMERATO BITUMINOSO 5.1. Lo studio della resisteza a fatica delle miscele bitumiose La rottura per fatica è defiita tradizioalmete come il feomeo della frattura di u materiale soggetto all azioe di ua forza ripetuta o fluttuate, avete il valore massimo geeralmete iferiore alla resisteza a trazioe del materiale stesso [54]. Tale defiizioe potrebbe riteersi valida per i coglomerati bitumiosi se si ipotizzasse il solo carico veicolare come uico meccaismo i grado di geerare, ella sovrastruttura, variazioi cicliche dello stato teso-deformativo. Lo stato deformativo idotto per trazioe egli strati della sovrastruttura legati a bitume o dipede solamete dall itesità e dal umero di cicli della forza applicata, ma ache dalla atura della miscela e da umerosi fattori correlati al suo modulo di rigidezza quali, ad esempio, il gradiete termico, la procedura di compattazioe del coglomerato, la dissipazioe dell eergia itera imputabile alle proprietà viscoelastiche del materiale ed ifie la tiotropia del legate. Le proprietà tiotropiche del bitume e quelle visco-elastiche della miscela, oostate riducao il modulo di rigidezza, o itervegoo comuque el degrado per fatica della pavimetazioe; la variazioe della temperatura ella sovrastruttura ed il gradiete termico all iterfaccia tra due strati adiaceti, geerao ivece stati tesioali coattivi resposabili della deformazioe e della coseguete fessurazioe della pavimetazioe, metre la compattazioe co rulli effettuata ad ua temperatura iferiore a 130 C comporta la formazioe di fessure superficiali. Appare quidi riduttivo cosiderare la resisteza a fatica del coglomerato bitumioso ifluezata dalle sole forze cicliche esercitate dal traffico sulla sovrastruttura, trascurado così gli altri fattori discrimiati; la fatica elle pavimetazioi i coglomerato bitumioso viee quidi defiita come il feomeo della frattura causato dalla deformazioe per trazioe prodotta, egli strati legati co bitume, dal traffico, dalle variazioi di temperatura e dalle procedure di costruzioe e caratterizzato da due fasi pricipali che soo rispettivamete quelle di iesco e propagazioe della fessurazioe (Read, 1996). 33