I MATERIALI COSTITUENTI LE INFRASTRUTTURE DI TRASPORTO:

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1 ONE DI STRADE, FERR I MATERIALI COSTITUENTI LE INFRASTRUTTURE DI TRASPORTO: GLI AGGREGATI

2 GLI AGGREGATI: GENERALITÁ gli aggregati (o inerti) sono una larga categoria di materiali minerali, granulari particellari grezzi, usati nelle costruzioni e possono essere naturali, artificiali o riciclati da materiali precedentemente usati nelle costruzioni gli aggregati comprendono in via esemplificativa: sabbia, ghiaia, argilla espansa, vermiculite e perlite gli aggregati sono utilizzati i in edilizia i stradale principalmente i come componenti di materiali composti quali i conglomerati bituminosi essi costituiscono l'ossatura del conglomerato, la cui coesione è garantita dal bitume

3 GLI AGGREGATI: CLASSIFICAZIONE/1 una prima classificazione si basa sulle dimensioni: Dimensioni Aggregati [mm] Spigoli vivi Spigoli arrotondati > 63 pietra ciottolo 20 < d < 63 breccia ghiaia 8 < d < 20 breccetta ghiaietto 2 < d < 8 brecciolino ghiaino 0,075 < d < 2 sabbia sabbia d < 0,075 filler filler

4 GLI AGGREGATI: CLASSIFICAZIONE/2 una seconda classificazione, proposta dalla UNI EN 13242, distingue : aggregati grossi aggregati fini d > 2 mm d < 2 mm un ulteriore classificazione degli aggregati impiegati nella costruzione delle pavimentazioni stradali si basa sulla loro natura petrografica: basalti porfidi calcari silicati elevato grado di durezza, più adatti a strade con elevati carichi i di traffico sono meno resistenti alle sollecitazioni e devono essere impiegati i icon maggior cautela

5 INDAGINI SUGLI AGGREGATI Proprietà geometriche fisico-chimiche meccaniche Prova analisi granulometrica indice di forma coefficiente di appiattimento spigolosità equivalente in sabbia blu di metilene resistenza al gelo/disgelo Deval Los Angeles Micro-Deval resistenza alla frantumazione

6 ANALISI GRANULOMETRICA UNI EN è una metodica utilizzata per stabilire la distribuzione dimensionale delle "particelle di un solido granulare si effettua su aggregati di origine naturale o artificiale, compresi tra 63 mm e 0,063 mm (63 µm), quindi escluso il filler la prova consiste nel dividere, per mezzo di una serie di stacci, un materiale in classi granulometriche di dimensioni decrescenti la massa delle particelle trattenute sui vari stacci viene rapportata alla massa iniziale del materiale le percentuali cumulative del passante attraverso ciascuno staccio sono registrate t sotto forma numerica e rappresentate t sotto forma grafica

7 INDICE DI FORMA/1 UNI EN il metodo è applicabile a classi granulometriche d i /D i, dove D i 63 mm e d i 4 mm i 4 si prepara il campione di prova essicandolo in forno fino a massa costante e si effettua l operazione di stacciatura scartando il trattenuto al setaccio 63 mm ed il passante al 4 mm si registra il peso iniziale iziale della frazione come M 1 si misura la lunghezza L e lo spessore E di ogni granulo utilizzando il calibro a cursore e si separano i granuli aventi un rapporto dimensionale L/E > 3: questi granuli sono classificati come non cubici si determina la massa a dei granuli non cubici i e si registra come M 2

8 INDICE DI FORMA/2 UNI EN si calcola l indice di forma (SI) secondo l equazione seguente: SI ( M 2 / M1 )x100

9 COEFFICIENTE DI APPIATTIMENTO/1 UNI EN il metodo è applicabile a classi granulometriche 4 mm e 80 mm la prova consiste in due operazioni di stacciatura: 1) usando stacci di prova ad aperture quadre, il campione viene separato in varie classi granulometriche d i /D i 2) ogni classe granulometrica d i /D i viene e quindi vagliata usando stacci che hanno aperture parallele di larghezza pari a D i /2 i d d i i d i si calcola la somma delle masse delle classi granulometriche d i /D i e si annota come M 1

10 COEFFICIENTE DI APPIATTIMENTO/2 UNI EN 933-3

11 COEFFICIENTE DI APPIATTIMENTO/3 UNI EN si calcola la somma delle masse dei granuli in ogni classe granulometrica d i /D i che passa attraverso un corrispondente staccio a barre con una larghezza di apertura pari a D i /2 e si annota come M 2 il coefficiente assoluto di appiattimento FI viene calcolato con la formula seguente: e e FI ( M 2 / M1 )x100 la presenza di grani piatti ed allungati può risultare dannosa in fase di costruzione in quanto possono frantumarsi variando la granulometria: tale comportamento è tanto più accentuato quanto più il materiale è teneroe particelle appiattite possono disporsi parallelamente tra di loro creando piani i preferenziali idi scorrimento e riducendo d la resistenza al taglio

12 EQUIVALENTE IN SABBIA/1 UNI EN la prova deve essere eseguita sulla classe granulometrica 0/2 mm con un contenuto di umidità minore del 2%; la porzione di prova non deve essere essiccata in forno una porzione di prova di sabbia e una piccola quantità di soluzione flocculante vengono versati in un cilindro graduato e quindi agitati per rimuovere il rivestimento argilloso dalle particelle di sabbia la sabbia viene quindi "irrigata" utilizzando altra soluzione flocculante che forzi le particelle fini in sospensione contenute nella sabbia dopo 20 min, il valore equivalente di sabbia (SE) viene calcolato come l altezza del sedimento espressa in percentuale dell altezza complessiva del materiale flocculato l nel cilindro

13 EQUIVALENTE IN SABBIA/2 UNI EN per aggregati da impiegare in conglomerati bituminosi si richiedono sabbie con ES > 70-80% per gli strati nei rilevati si richiede ES > 30% si calcola l equivalente in sabbia (SE) come media dei valori desunti da (SE 1 ) ed (SE 2 ) dei due cilindri determinati secondo l equazione seguente: SE ( h2 / h1 )x100 la presenza di argilla all interno della miscela di aggregati risulta la presenza di argilla all interno della miscela di aggregati risulta dannosa poiché ne determina la sensibilità all acqua compromettendone le prestazioni

14 EQUIVALENTE IN SABBIA/3 UNI EN UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI ENNA KORE ONE DI STRADE, FERR g. T. GIUF

15 BLU DI METILENE/1 UNI EN il metodo è applicabile a classi granulometriche 0/2 mm il blu di metilene (BdM) è un composto che, nella chimica organica, trova uso come indicatore redox dato che è di un intenso colore blu in ambiente ossidante ed incolore in ambiente riducente gocce di una soluzione di blu di metilene vengono aggiunte in successione e ad una sospensione sio e del campione in acquaa l'assorbimento della soluzione colorata da parte del campione viene verificato dopo ogni aggiunta di soluzione, osservando una macchia di colore blu circondata da una zona umida incolore

16 BLU DI METILENE/2 UNI EN si procede con l aggiunta di soluzione di blu fino a che la macchia prodotta sulla carta da filtro presenta e un areola azzurra intorno alla macchia blu: ciò è indice di un eccesso di blu di metilene quando la presenza di colorante non assorbito viene confermata (l alone persiste per 5 min) il valore del blu di metilene (MB) viene calcolato ed espresso come millilitri di colorante assorbito V per grammo della frazione provata M: V MB M x10

17 BLU DI METILENE/3 UNI EN V MB M x10

18 RESISTENZA AL GELO/DISGELO/1 UNI EN il metodo è applicabile a classi granulometriche 4/63 mm e fornisce un metodo per valutare la resistenza e degli aggregati al gelo le frazioni di prova degli aggregati a granulometria omogenea, immersi in acqua a pressione atmosferica, sono soggetti a 10 cicli di gelo-disgelo ciò comporta un raffreddamento fino a -17,5 C sott acqua ed un successivo scongelamento in bagno d acqua a a circa 20 C terminati i cicli di gelo-disgelo, gli aggregati vengono esaminati per riscontrare eventuali cambiamenti i(formazione di cricche, perdita di massa e, se appropriato, cambiamento di resistenza)

19 RESISTENZA AL GELO/DISGELO/2 UNI EN al termine del decimo ciclo si versa il contenuto di ogni recipiente su uno staccio di prova con dimensione e di maglia che sia la metà di quella dello staccio inferiore utilizzato per preparare il campione di prova (ex: in caso di una frazione da 8 mm a 16 mm, su uno staccio di prova con luce di maglia di 4 mm) dopo aver essiccato il trattenuto fino a massa costante si pesa la porzione di campione residua M 2 e si determina il degrado per gelività, come percentuale del campione iniziale M 1, tramite la seguente espressione: F M 1 M M 1 2 x100

20 PROPRIETÁ MECCANICHE DEGLI AGGREGATI/1 gli aggregati utilizzati i iper la realizzazione i dei manufatti delle infrastrutture di trasporto devono rispondere ai seguenti requisiti prestazionali: 1. RESISTENZA DEI GRANULI entità dello sforzo di trazione e/o compressione cui può essere sottoposto un granulo (elemento individuale) prima di rompersi 2. STABILITA proprietà che permette ad una miscela (insieme) di granuli di rimanere stabile sotto carico 3. RIGIDEZZA resistenza del granulo alla deformazione (espressa come modulo elastico)

21 PROPRIETÁ MECCANICHE DEGLI AGGREGATI/2 4. RESISTENZA AL CONSUMO attitudine di un granulo (riferita alla superficie) di resistere alla perdita di massa per effetto di forze esterne (es. traffico) 5. RESISTENZA AL DEGRADO si intende degrado meccanico, non fisico, i quella attitudine di un granulo a non ridursi in parti di minori dimensioni quando è sottoposto a carichi (es. miscelazione, compattazione, traffico) 6. FORMA DEI FRAMMENTI è la forma tridimensionale dei frammenti più piccoli che si producono per abrasione

22 PROPRIETÁ MECCANICHE DEGLI AGGREGATI/3 7. MODULO RESILIENTE è una particolare forma di modulo elastico; i misti granulari, sotto cicli di carico, manifestano una componente di deformazione plasticoviscosa che non si annulla con la rimozione del carico stesso. Per tener conto della deformazione elastica di recupero si introduce un particolare valore del modulo che si riferisce i e a tale componente detta, appunto, modulo resiliente 8. TENACITÁ è la capacità che devono possedere gli aggregati a resistere, dapprima, a frantumazione ed usura in fase di lavorazione, posa in opera e compattazione, e a resistere, in seguito, ad abrasione e levigatura in fase di esercizio

23 DEVAL/1 NF /1 permette di dare un indicazione di massima sul grado di qualità degli aggregati grossi (pietrisco) la prova si esegue con un apposita apparecchiatura costituita da due cilindri ( 20 cm ed h 64 cm) inclinati di 60 rispetto al loro asse verticale si introducono o 50 pezzi di aggregato grosso per cilindro, scelti ad uno ad uno di forma poliedrica tale che il loro peso totale per cilindro sia pari a 5 kg (ciascun pezzo ha un peso di circa 100 gr) si fanno compiere ai cilindri giri, alla fine dei quali si preleva il campione e si setaccia attraverso un crivello da 1,5 mm di diametro

24 DEVAL/2 NF /1 il trattenuto si lava con acqua, per asportare la polvere aderente ai singoli pezzi, e si fa essiccare e fino a massa costante si calcola, quindi, la percentuale f di frantumato, in funzione del peso iniziale del campione M 1 e del peso in seguito a frantumazione M 2, secondo la seguente relazione: f M 1 M 1 M 2 x100 ed, in ultimo, si determina il coefficiente adimensionale Deval o di qualità del pietrisco, come: 40 D f

25 DEVAL/3 NF /1 ONE DI STRADE, FERR g. T. GIUF

26 RESISTEZA ALLA FRAMMENTAZIONE/1 UNI EN la prova si effettua su un campione di almeno 15 kg di aggregati con granulometria compresa fra 10 mm e 14 mm e permette e e di determinare e e la resistenza alla frammentazione degli aggregati grossi la prova si esegue con un apposita apparecchiatura costituita da un cilindro rotante che viene fatto rotolare attorno al proprio asse, all interno del quale viene immesso il campione insieme alle sfere di acciaio (carica abrasiva) si procede, quindi, esso nel modo seguente: 1. si ricava un campione omogeneo di 5 kg che viene immesso in macchina e fatto ruotare per 500 giri a velocità pari a giri/min

27 RESISTEZA ALLA FRAMMENTAZIONE/2 UNI EN si preleva con cura il frantumato dalla macchina Los Angeles e si lava con acqua per asportare le particelle pulverulente adese alle superfici degli aggregati 3. si vaglia al setaccio con apertura da 1,6 mm e si porta il trattenuto tt t ad essiccamento fino a massa costante 4. si pesa questa porzione di campione così trattata (M) e si calcola il coefficiente Los Angeles (LA) mediante l equazione: LA M

28 RESISTEZA ALLA FRAMMENTAZIONE/3 UNI EN

29 RESISTENZA ALL USURA/1 UNI EN permette di determinare il grado di consumo/usurabilità degli aggregati e determinare il coefficiente Micro-Deval definito come la percentuale di materiale prodotto dall azione abrasiva esercitata da sfere d acciaio in presenza d acqua la prova si effettua su aggregati con granulometria compresa fra 4 mm e 14 mm, a superficie tondeggiante o a spigoli vivi l apparecchiatura utilizzata è costituita da 4 cilindri rotanti all interno dei quali vengono immessi 500 gr di campione sottoposto all azione abrasiva di sferette d acciaio di 10 mm di diametro

30 RESISTENZA ALL USURA/2 UNI EN la prova si svolge attraverso i seguenti step: 1. si registra il peso iniziale dei campioni M 1 2. si versa ogni singolo campione in ciascun tamburo aggiungendo sfere e abrasive e 2,5 lt d acqua per simulare il consumo degli aggregati per effetto della frammentazione da usura dei pneumatici in condizioni di bagnato 3. si fanno ruotare i campioni all interno dei cilindri per giri a 100 giri/min

31 RESISTENZA ALL USURA/3 UNI EN si lavano i campioni in acqua e si vagliano al setaccio con apertura da 16 1,6 mm 5. si essiccano i trattenuti fino a massa costante e si determinano i pesi finali, a seguito di trattamento, t M 2 6. si calcola il coefficiente Micro-Deval (MD) mediante l equazione seguente: MD M 1 M 1 M 2 x100

32 RESISTENZA ALL USURA/4 UNI EN

33 RESISTENZA ALLA FRANTUMAZIONE/1 CNR B.U. n 4/1953 la prova si effettua su 500 gr di graniglia, passante al crivello da 3/8 e trattenuta al setaccio 4 della serie di Tyler (apertura da 4,7 mm) il trattenuto così ottenuto viene posto entro una guida in ferro (lunghezza 50 cm e larghezza 14 cm) con due risalti laterali, in modo da avere uno spessore costante lungo tutta la superficie su di esso si fa passare una ruota metallica, con cerchione largo 5 cm e del peso complessivo di 400 kg, per 12 volte, 6 volte in un senso e le restanti nell altro l

34 RESISTENZA ALLA FRANTUMAZIONE/2 CNR B.U. n 4/1953 alla fine di queste operazioni il si procede ad una setacciatura, attraverso 6 setacci della serie Tyler, del materiale in parte frantumato Setaccio Tyler Apertura maglia % di trattenuto P i 4 4,70 P 4 8 2,30 P ,17 P ,59 P ,29 P ,15 P 100

35 RESISTENZA ALLA FRANTUMAZIONE/3 CNR B.U. n 4/1953 la somma delle percentuali di materiale trattenuto a ciascun setaccio fornisce il valore del coefficiente di frantumazione F: F P 4 P8 P14 P28 P48 P100 più la graniglia è resistente più basso è il coefficiente F perché minori sono i valori dei passanti per le graniglie da usare nei conglomerati bituminosi per manti da usura il coefficiente di frantumazione F =

36 RESISTENZA ALLA LEVIGATURA CLA/1 UNI EN il VL è un valore che fornisce la misura della resistenza di un aggregato grosso all azione azione levigante dei pneumatici dei veicoli in condizioni analoghe a quelle che si riscontrano sul manto stradale la prova è eseguita su aggregati passanti allo staccio con luce di maglia di 10 mm e trattenuti dallo staccio a barre con luce di maglia di 7,2 mm e si suddivide in due fasi: 1. i provini sono sottoposti all azione levigante di una macchina per la levigatura accelerata 2. lo stato di levigazione raggiunto da ciascun provino viene misurato mediante una prova di attrito

37 RESISTENZA ALLA LEVIGATURA CLA/2 UNI EN

38 PRELIEVO DI AGGREGATI DA CAVA/1 142 i milioni i i di metri cubi di aggregati che ogni anno vengono prelevati nel nostro Paese tramite le attività di cava l indotto creato dagli aggregati ammonta a circa 5 mld di Euro l anno 6 mila cave attive: sabbia e ghiaia rappresentano il 60% di tutti i materiali cavati in Italia canoni di concessione pagati dalle società di estrazione molto bassi: in media nelle regioni italiane si paga il 4% del prezzo di vendita degli aggregati (sabbia, ghiaia e pietrisco) stima della European Environment Agency in Valle d Aosta, Puglia, Basilicata, Calabria, Sicilia e Sardegna si cava gratis!!!

39 PRELIEVO DI AGGREGATI DA CAVA/2 il prezzo degli aggregati cavati va da un minimo i di 0,22 /m 3 in Campania ad un massimo di 1,10 /m 3 in Abruzzo media di 0,65 /m 3 (sempre escludendo le Regioni che danno concessioni gratuitamente) Lombardia i materiali aggregati vengono venduti a circa 6 /m 3 contro i 44 centesimi richiesti dalla Regione Emilia Romagna i materiali aggregati vengono venduti a circa 11 /m 3 contro i 57 centesimi richiesti dalla Regione

40 PRELIEVO DI AGGREGATI DA CAVA/3 in 11 Regioni su 20 gli aggregati vengono cavati gratuitamente o per meno di 1 /m 3 la quantità di aggregati g estratta annualmente in Sicilia è pari a m 3 (pari a 4 volte il volume della Basilica di San Pietro!!) quali sono o le ragioni di questa situazione? la principale è che la normativa nazionale di riferimento in materia è ancora oggi un Regio Decreto del 1927; a dettare le regole per l attività estrattiva dovrebbero essere oggi le Regioni, a cui sono stati trasferiti i poteri in materia nel 1977 le Regioni, tuttavia, sembrano guardare con disinteresse al settore, mentre le entrate degli enti pubblici dovute all applicazione dei canoni sono minime i in confronto al volume d affari idel settore

41 PRELIEVO DI AGGREGATI DA CAVA/4 gli aggregati hanno un peso rilevante nell economia di una nazione, ma sono altrettanto t importanti ti per ciò che riguarda gli aspetti ambientali la loro estrazione altera irreversibilmente il paesaggio e può pregiudicare la qualità delle acque sotterranee un caso virtuoso in Europa? Il Regno Unito nel 2002 ha introdotto un'imposta sull estrazione di aggregati da cava pari a 3,98 /m 3 ottenendo due vantaggi: riduzione dei costi ambientali ridurre la domanda da di aggregati ed connessi all estrazione (rumore, polveri, impatto visivo e danni incoraggiare l'uso di materiali alternativi, come aggregati alla biodiversità) i secondari o riciclati D&C