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TLS Ingegneria Edile AA 2012/2013 Tecnica dei lavori stradali Pavimentazioni, materiali e principali prove Prof. Ing. Vittorio Ranieri [email protected]

Tecnica dei lavori stradali Pavimentazioni, materiali …...Le Pavimentazioni Stradali Di conseguenza le caratteristiche di una pavimentazione sono: • risposta alle sollecitazioni

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Page 1: Tecnica dei lavori stradali Pavimentazioni, materiali …...Le Pavimentazioni Stradali Di conseguenza le caratteristiche di una pavimentazione sono: • risposta alle sollecitazioni

TLS Ingegneria EdileAA 2012/2013

Tecnica dei lavori stradali

Pavimentazioni, materiali e principali prove

Prof. Ing. Vittorio Ranieri

[email protected]

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Le Pavimentazioni StradaliLe Pavimentazioni Stradali

CHE COSA SONO LE PAVIMENTAZIONI STRADALI?CHE COSA SONO LE PAVIMENTAZIONI STRADALI?

QUALI COMPITI DEVONO ASSOLVERE?QUALI COMPITI DEVONO ASSOLVERE?

La pavimentazione stradale La pavimentazione stradale èè la struttura piana, di spessore pila struttura piana, di spessore piùù o o

meno grande secondo i casi, sovrapposta al rilevato o al terrenomeno grande secondo i casi, sovrapposta al rilevato o al terreno in in

sito nelle trincee, e direttamente soggetta alle azioni dei veicsito nelle trincee, e direttamente soggetta alle azioni dei veicolioli

(P. Ferrari e F. Giannini)DEFINIZIONE

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Le Pavimentazioni StradaliLe Pavimentazioni Stradali

La parte visibile delle pavimentazioni stradali èsolo la parte superficiale, di colore scuro (con il tempo l’ossidazione tende a schiarirlo) dato dalla presenza di bitumebitume che, contrariamente a quello che si potrebbe immaginare, è presente intorno al 5% in peso di tutta la miscela. Il resto ècostituito da aggregati lapideiaggregati lapidei (la parola inerti non è molto corretta in questo caso).

•• Se questi sono di fiume non frantumati hanno scarsa affinitSe questi sono di fiume non frantumati hanno scarsa affinitàà con il bitume.con il bitume.

•• Se si adoperano materiali calcarei frantumati si otterrSe si adoperano materiali calcarei frantumati si otterràà una pavimentazione con una pavimentazione con caratteristiche migliori grazie alla maggiore coesione ed adesiocaratteristiche migliori grazie alla maggiore coesione ed adesione della miscela.ne della miscela.

Esistono sperimentazioni per cambiare colore alle pavimentazione rendendole più gradevoli visivamente, anche se il nero rappresenta un ottimo contrasto per la segnaletica orizzontale.

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Le Pavimentazioni StradaliLe Pavimentazioni Stradali

• Innalzamento di polvere, con forti tensioni tangenziali schizzerebbero via anche elementi non fini del rilevato, con perdita di visibilità e delle condizioni di sicurezza

• Perdita di stabilità nel moto del veicolo, dovuta alla creazione nel tempo di vuoti e risalti, che provocherebbe notevoli sobbalzi durante l’avanzamento

• creazione di buche che tenderebbero a divenire sempre più larghe e profonde (i granuli sarebbero sottoposti a urti e non a semplice rotolamento)

• elevata suscettibilità all’acqua che piùfacilmente ristagnerebbe sulla superficie sconnettendo gli inerti del rilevato, dando luogo a refluimenti e scorrimenti

Che cosa accadrebbe se i veicoli percorressero direttamente il rilevato?

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Le Pavimentazioni StradaliLe Pavimentazioni Stradali

Di conseguenza le caratteristiche di una pavimentazione sono:

• risposta alle sollecitazioni tangenziali, alle quali l’aggregato non è in grado di resistere, senza deterioramenti

• risposta alle sollecitazioni verticali e quindi portanza adeguata dei materiali costituenti (la resistenza di una pavimentazione non è relativa al singolo granulo ma all’insieme di granuli e del legante la presenza di un legante dàstabilità alla pavimentazione)

• resistenza all’acqua; una pavimentazione deve impedire la stasi e l’infiltrazione dell’acqua, garantendo sempre un livello accettabile di resistenza alle τ

• garanzia di caratteristiche di aderenza e di moto regolare del veicolo

Per garantire queste proprietà si comprende la necessità di utilizzo di materiali leganti

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Leganti Leganti

Cemento Bitume

Unito agli aggregati dà vita a malte e calcestruzzi, è un materiale che si deforma poco, resiste bene a compressione ma non a trazione.

È soggetto a dilatazioni termiche e quindi necessita di armature o di giunti di dilatazione.

Il ritiro, specialmente nelle zone calde e ventilate come le nostre, dà un elemento di rischio in più.

Richiede studi attenti e certezza sull’esecuzione della messa in opera

Unito agli aggregati dà vita conglomerati bituminosi che sono materiali non rigidi, deformabili (non si rompono se sottoposti a deformazioni non troppo elevate)

In Italia il cemento non èquasi mai utilizzato come legante di pavimentazioni.

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Per garantire le proprietà elencate in precedenza si intuisce che la superficie di una pavimentazione è la parte più importante e quindi più pregiata di una pavimentazione.

Gli strati inferiori invece possono essere meno pregiati e quindi meno costosi.

Le Pavimentazioni StradaliLe Pavimentazioni Stradali

C’è quindi bisogno di una gradualità di qualità dei materiali che devono essere via via migliori andando dal basso verso l’alto della pavimentazione (es. : le resistenze alle σ e alle τpossono scendere andando dal basso verso l’alto)

Concetto di pavimentazione a più strati da porre nel “cassonetto”

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Azioni del trafficoAzioni del traffico

Normali al piano di rotolamento che si propagano fino agli strati inferiori

Tangenziali al piano di rotolamento che coinvolgono solo gli strati superiori

I carichi di traffico inducono sollecitazioniI carichi di traffico inducono sollecitazioni

N

T

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Distribuzione dei carichi nella pavimentazioneDistribuzione dei carichi nella pavimentazione

Le sollecitazioni diminuiscono man mano che si propagano in profondità

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Tipologie di pavimentazioniTipologie di pavimentazioni

•• RIGIDERIGIDE

•• SEMIRIGIDESEMIRIGIDE

•• FLESSIBILIFLESSIBILI

STRATO SUPERFICIALE:: 7-12 cm

STRATO DI BASE: 15-20 cm

STRATO DI FONDAZIONE: 30-35 cm

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Pavimentazioni flessibiliPavimentazioni flessibili

strato di usurastrato di usura: soggetto all’azione del traffico e del clima; resistente alle azioni verticali e tangenziali e a quelle a fatica; buona aderenza; impermeabile

binderbinder: per ancorare lo strato superficiale; buona resistenza meccanica e a fatica

ripartisce sul terreno le azioni verticali; elevata resistenza meccanica e buona flessibilità

trasmette i carichi e costituisce la superficie regolare di stesa dello strato di base

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Pavimentazioni flessibiliPavimentazioni flessibili

ridotti costi di costruzione e manutenzione

uso di tecnologie abbordabili e collaudate

facilità di manutenzione

possibilità di attuare numerose soluzioni dipendentemente dalle esigenze specifiche

facilità di intervento sui sottoservizi

silenziosità

TALE SUCCESSO È DOVUTO A:

CIRCA L’80% DELLE PAVIMENTAZIONI STRADALI SONO FLESSIBILI

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Pavimentazioni semirigidePavimentazioni semirigide

diminuisce la deformabilità, aumentando la resistenza a fatica e quindi la vita utile della pavimentazione

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Pavimentazioni rigidePavimentazioni rigideDate le elevate caratteristiche di resistenza a taglio e flessionale del materiale, un unico strato svolge le funzioni affidate agli strati superficiali e a quello di base delle pavimentazioni flessibili

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Differenza fra pavimentazione flessibile e Differenza fra pavimentazione flessibile e semirigidasemirigida

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Differenza tra pavimentazioni flessibili e rigideDifferenza tra pavimentazioni flessibili e rigide

RIGIDERIGIDE FLESSIBILIFLESSIBILI

Pavimentazioni rigideResistono piResistono piùù a lungo a carichi pia lungo a carichi piùù forti e forti e frequentifrequenti

LL’’aderenza aderenza èè garantita nel tempo grazie alla garantita nel tempo grazie alla rigaturarigatura

Costruzione piCostruzione piùù complessa e gestione non complessa e gestione non facile dei giuntifacile dei giunti

Molto oneroseMolto onerose

Pavimentazioni flessibiliSi possono piSi possono piùù facilmente deformare sotto facilmente deformare sotto carichi pesanti e ripetuti nel tempocarichi pesanti e ripetuti nel tempo

PiPiùù sensibili alle variazioni termiche sensibili alle variazioni termiche

Tecnologia di costruzione non complessa e Tecnologia di costruzione non complessa e testata nel tempotestata nel tempo

Vita utile piVita utile piùù brevebreve

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PAVIMENTAZIONI RIGIDEPAVIMENTAZIONI RIGIDE

A LASTRE (armate e non armate, con A LASTRE (armate e non armate, con o senza barre di compartecipazioneo senza barre di compartecipazione……))

AD ARMATURA CONTINUAAD ARMATURA CONTINUA

COMPOSITE (rivestite in CB, cubetti di COMPOSITE (rivestite in CB, cubetti di porfido, porfido, basolibasoli di pietra,di pietra,……))

MASSELLI AUTOBLOCCANTIMASSELLI AUTOBLOCCANTI

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PAVIMENTAZIONI RIGIDE URBANE A PAVIMENTAZIONI RIGIDE URBANE A LASTRE LASTRE

CALCESTRUZZO DENUDATOCALCESTRUZZO DENUDATO

CALCESTRUZZO MARTELLATOCALCESTRUZZO MARTELLATO

BETON IMPRIMBETON IMPRIMÈÈ

CALCESTRUZZO POROSOCALCESTRUZZO POROSO

TECNICHE IMPIEGATE IN AMBITO URBANO:TECNICHE IMPIEGATE IN AMBITO URBANO:

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PAVIMENTAZIONI IN MASSELLI PAVIMENTAZIONI IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI AUTOBLOCCANTI

FACILITFACILITÀÀ DI INTERVENTO SUI SOTTOSERVIZIDI INTERVENTO SUI SOTTOSERVIZIIMMEDIATA FRUIBILITIMMEDIATA FRUIBILITÀÀPOSSIBILITPOSSIBILITÀÀ DI POSA IN CONDIZIONI METEOROLOGICHE DI POSA IN CONDIZIONI METEOROLOGICHE AVVERSEAVVERSEELEVATE RESISTENZE MECCANICHEELEVATE RESISTENZE MECCANICHEELEVATA RESISTENZA ALLELEVATA RESISTENZA ALL’’AGGRESSIONE CHIMICAAGGRESSIONE CHIMICANECESSITNECESSITÀÀ DI POCA MANUTENZIONEDI POCA MANUTENZIONEGRADEVOLE IMPATTO VISIVOGRADEVOLE IMPATTO VISIVO

VANTAGGI:VANTAGGI:

SVANTAGGI:SVANTAGGI:COSTI DAL 5 AL 15% PICOSTI DAL 5 AL 15% PIÙÙ ELEVATI RISPETTO AD UNA ELEVATI RISPETTO AD UNA PAVIMENTAZIONE IN CBPAVIMENTAZIONE IN CB

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PAVIMENTAZIONI IN MASSELLI PAVIMENTAZIONI IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI AUTOBLOCCANTI

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PAVIMENTAZIONI IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI PAVIMENTAZIONI IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI

INFLUENZA DELLO INFLUENZA DELLO SPESSORE DEI MASSELLI SPESSORE DEI MASSELLI SULLE CARATTERISTICHE DI SULLE CARATTERISTICHE DI RESISTENZA MECCANICA RESISTENZA MECCANICA DELLA PAVIMENTAZIONE DELLA PAVIMENTAZIONE (ORMAIE)(ORMAIE)

LE DIMENSIONI PLANIMETRICHE DEI MASSELLI LE DIMENSIONI PLANIMETRICHE DEI MASSELLI NONNONSEMBRANO AVERE INFLUENZA SULLE SEMBRANO AVERE INFLUENZA SULLE CARATTERISTICHE DI RESISTENZA MECCANICACARATTERISTICHE DI RESISTENZA MECCANICA

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PAVIMENTAZIONI IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI PAVIMENTAZIONI IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI

INFLUENZA DELLA FORMA INFLUENZA DELLA FORMA DEI MASSELLI SULLE DEI MASSELLI SULLE CARATTERISTICHE DI CARATTERISTICHE DI RESISTENZA MECCANICA RESISTENZA MECCANICA DELLA PAVIMENTAZIONE DELLA PAVIMENTAZIONE (CREEP ORIZZONTALE)(CREEP ORIZZONTALE)

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PAVIMENTAZIONI IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI PAVIMENTAZIONI IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI

LE RESISTENZE MECCANICHE DIPENDONO ANCHE DAL TIPO LE RESISTENZE MECCANICHE DIPENDONO ANCHE DAL TIPO DI APPARECCHIATURA DEI MASSELLIDI APPARECCHIATURA DEI MASSELLI

CIÒ CIÒ ÈÈ DOVUTO AL DIVERSO GRADO DI MUTUO INCASTRO DOVUTO AL DIVERSO GRADO DI MUTUO INCASTRO (INTERLOCKING) CHE OFFRONO LE DIVERSE DISPOSIZIONI(INTERLOCKING) CHE OFFRONO LE DIVERSE DISPOSIZIONI

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PAVIMENTAZIONI IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI PAVIMENTAZIONI IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI

LO SPESSORE LO SPESSORE IDEALE DELLO IDEALE DELLO STRATO DI SABBIA STRATO DI SABBIA DI ALLETTAMENTO DI ALLETTAMENTO ÈÈ DI 20 DI 20 -- 40 mm40 mm

INFLUENZA DELLO SPESSORE DEGLI STRATI SOTTOSTANTI LA INFLUENZA DELLO SPESSORE DEGLI STRATI SOTTOSTANTI LA PAVIMENTAZIONEPAVIMENTAZIONE

MAGGIORE MAGGIORE ÈÈ LO LO SPESSORE DELLO SPESSORE DELLO STRATO DI BASE, STRATO DI BASE, MINORI SONO LE MINORI SONO LE PROFONDITPROFONDITÀÀDD’’ORMAIAORMAIA

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Dimensionamento delle pavimentazioniDimensionamento delle pavimentazioniIL CATALOGOIL CATALOGO

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Catalogo delle pavimentazioniCatalogo delle pavimentazioni

1. TIPO DI STRADA1. TIPO DI STRADA2. TIPOLOGIA DI PAVIMENTAZIONE2. TIPOLOGIA DI PAVIMENTAZIONE3. TRAFFICO 3. TRAFFICO 4. SOTTOFONDO4. SOTTOFONDO5. CONDIZIONI CLIMATICHE5. CONDIZIONI CLIMATICHE6. CARATTERISTICHE DEI MATERIALI6. CARATTERISTICHE DEI MATERIALI

-- PARAMETRI DI SCELTA PARAMETRI DI SCELTA --

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AUTOSTRADE

STRADE DI SCORRIMENTO

STRADE DI QUARTIERE

STRADE LOCALI

CORSIE PREFERENZIALI

Catalogo delle pavimentazioni Catalogo delle pavimentazioni --Tipo Di StradaTipo Di Strada--

Catalogo delle pavimentazioni Catalogo delle pavimentazioni --Tipo Di PavimentazioniTipo Di Pavimentazioni--

RIGIDE (RG)RIGIDE AD ARMATURA CONTINUA (RC) SEMIRIGIDE (SR)FLESSIBILI (F)

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3.1 CARICHI CONSIDERATI3.1 CARICHI CONSIDERATI

Catalogo delle pavimentazioni Catalogo delle pavimentazioni -- TrafficoTraffico--

Tipo di Veicolo n. assi Distribuzione dei carichi per asse in kN1.autocarri leggeri 2 ↓10 ↓20

2.autocarri leggeri 2 ↓15 ↓30

3.autocarri medi e pesanti 2 ↓40 ↓80

4.mezzi d'opera 2 ↓50 ↓120 ↓130 ↓130 ↓130

5.autobus 2 ↓40 ↓80

6.autobus 2 ↓60 ↓100

(esempio relativo alle sole strade urbane)(esempio relativo alle sole strade urbane)

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3.2 DISTRIBUZIONE DEI CARICHI3.2 DISTRIBUZIONE DEI CARICHI

Catalogo delle pavimentazioniCatalogo delle pavimentazioni--TrafficoTraffico--

Tipo di veicoloTipo di strada 1 2 3 4 5 6 Tot.

Autostrade urbane 18.2 18.2 16.5 1.6 18.2 27.3 100

strade urbane di scorrimento 18.2 18.2 16.5 1.6 18.2 27.3 100

strade urbane di quartiere e locali 80 - - - 20 - 100

corsie preferenziali - - - - 47 53 100

(esempio relativo alle sole strade urbane)(esempio relativo alle sole strade urbane)

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3.3 LIVELLI DI TRAFFICO3.3 LIVELLI DI TRAFFICO

Livello di traffico Numero di veicoli commerciali

1 400.000

2 1.500.000

3 4.000.000

4 10.000.000

5 25.000.000

6 45.000.000

Catalogo delle pavimentazioni Catalogo delle pavimentazioni -- TrafficoTraffico--

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Catalogo delle pavimentazioniCatalogo delle pavimentazioni--SottofondoSottofondo--

Portanza sottofondo Mr (N/mm2) CBR (%) K (kPa/mm)

Buona 150 15 100

Media 90 9 60

Scarsa 30 3 20

Viene preso in considerazione il modulo di resilienza (in N/mm2) che rappresenta il rapporto σ/ε riferito però solo al comportamento elastico del materiale. Per questo non è di facile determinazione, quindi spesso lo si sostituisce con l’indice CBR o la costante K di sottofondo.

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Catalogo delle pavimentazioniCatalogo delle pavimentazioni--Condizioni ClimaticheCondizioni Climatiche--

PAV. FLEX: CONDIZIONI CLIMATICHE MEDIE DELLPAV. FLEX: CONDIZIONI CLIMATICHE MEDIE DELL’’ITALIA CENTRALEITALIA CENTRALE

PAV. RIGIDE: CONDIZIONI CLIMATICHE MEDIE DELLPAV. RIGIDE: CONDIZIONI CLIMATICHE MEDIE DELL’’ITALIA SETT.LEITALIA SETT.LE

Temperatura media stagionale

dell'aria (°C)

Media stagionale escursione termica

giornaliera (°C)

Radiazione solare media

stagionale (kcal/mq)

Velocità del vento media annua (km/h)

Inverno 4.5 6.0 2718

Primavera 11.5 7.5 5785 13

Estate 22.0 10.6 6507

Condizioni climati-che medie del 50% dell’Italia centrale – altitudine inferiore a 1000 m slm. Autunno 14.0 8.3 3547

Inverno 5.03 7.66 1886

Primavera 13.39 10.66 5425 12.45

Estate 23.93 12.38 6337

Condizioni climati-che medie del 95% dell’Italia settentrionale – altitudine inferiore a 1000m slm. Autunno 15.03 9.39 3380

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Catalogo delle pavimentazioniCatalogo delle pavimentazioni--Caratteristiche dei MaterialiCaratteristiche dei Materiali--

SI FA RIFERIMENTO A MISCELE STANDARD PER OGNI STRATO COMPONENTE SI FA RIFERIMENTO A MISCELE STANDARD PER OGNI STRATO COMPONENTE LA PAVIMENTAZIONELA PAVIMENTAZIONE

Bitume stabilità Marshall (75 colpi)

Rigidezza Marshall

Vuoti residui Marshall Traffico

(1)

Granulometria(%) kg daN kg/mm (%)

PP fig.6 4.5 - 6 >1100 >1080 300 - 450 4 - 6

P fig.6 4.5 - 6 >1100 >1080 300 - 450 4 - 6

M fig.6 4.5 - 6 >1000 >980 >300 3 - 6

L fig.6 4.5 - 6 >1000 >980 >300 3 - 6

Densità in opera (rispetto alla densità Marshall) > 97%

(Strato d’usura tradizionale)

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SI FA RIFERIMENTO A MISCELE STANDARD PER OGNI STRATO COMPONENTE SI FA RIFERIMENTO A MISCELE STANDARD PER OGNI STRATO COMPONENTE LA PAVIMENTAZIONELA PAVIMENTAZIONE

(Strato di collegamento)

Bitume stabilità Marshall (75 colpi)

Rigidezza Marshall

Vuoti residui Marshall Traffico

(1) Granulometria

(%) kg daN kg/mm (%) PP Fig.7 4.5 - 5.5 >1000 >980 300 - 450 3 - 6 P Fig.7 4.5 - 5.5 >1000 >980 300 - 450 3 - 6 M Fig.7 4 - 5.5 >900 >880 >300 3 - 7 L Fig.7 4 - 5.5 >900 >880 >300 3 - 7

Densità in opera (rispetto alla densità Marshall) > 98%

Catalogo delle pavimentazioniCatalogo delle pavimentazioni--Caratteristiche dei MaterialiCaratteristiche dei Materiali--

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SI FA RIFERIMENTO A MISCELE STANDARD PER OGNI STRATO COMPONENTE SI FA RIFERIMENTO A MISCELE STANDARD PER OGNI STRATO COMPONENTE LA PAVIMENTAZIONELA PAVIMENTAZIONE

(Strato di base)

bitume stabilità Marshall (75colpi)

Rigidezza Marshall

vuoti residui Marshall

Traffico

(1) Granulometria

(%) Kg daN Kg/mm (%)PP fig.8 4 - 5 >800 >780 >250 4 - 7P fig.8 4 - 5 >800 >780 >250 4 - 7M fig.8 3.5 - 4.5 >700 >690 >250 4 - 7L fig.8 3.5 - 4.5 >700 >690 >250 4 - 7

Densità in opera (rispetto alla densità Marshall) >98%

Catalogo delle pavimentazioniCatalogo delle pavimentazioni--Caratteristiche dei MaterialiCaratteristiche dei Materiali--

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Esempio di Esempio di catalogocatalogo

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Esempio di Esempio di catalogocatalogo

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Esempio di Esempio di catalogocatalogo

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Materiali costituenti le pavimentazioni Materiali costituenti le pavimentazioni flessibili e principali proveflessibili e principali prove

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Materiali costituenti le pavimentazioniMateriali costituenti le pavimentazioni

Materiali lapidei Leganti

MATERIALI LAPIDEIMATERIALI LAPIDEIprovengono dalla provengono dalla frantumazione delle roccefrantumazione delle rocce

0 0,075 2 10 25 71 mm

Filler Sabbia Graniglia Pietrischetto Pietrisco

A seconda della dimensione si suddividono in:

Il filler è il materiale che ha il compito di riempire i vuoti lasciati dai materiali più grossi

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Vagliatura- Curva granulometrica

% Passante =% Trattenuto = Peso Trattenuto cum.Peso originale (asciutto)

x 100 x 100[ 1 - ]Peso Trattenuto cum.Peso originale (asciutto)

0 .075 .3 .6 1.18 2.36 4.75 9.5 12.5 10 .075 .3 .6 1.18 2.36 4.75 9.5 12.5 19.09.0

DiametroDiametro (mm)(mm)

00

2020

4040

6060

8080

100100

Linea diLinea di max max densitdensitàà

% % PassantePassante

maxmaxdimensionedimensione

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Vagliatura- Curva granulometricaDim. CumulatoVaglio Trattenuto[g] Trattenuto[g] %trattenuto % Passante

9.54.752.361.180.600.300.150.075Fondello

0.06.5

127.4103.472.864.260.083.022.4

0.06.5

133.9237.3310.1374.3434.3517.3539.7

0.01.2

24.844.057.569.480.595.8

100.0

100.098.975.256.042.630.619.54.20.0

0102030405060708090

100

0.075 0.3 1 .18 4.75 9.5 12.5 19

Passante, %

Possibili curve granulometriche

Estremoinf. fuso

Estremosup. fuso

Esempio reale di un’esperienza di vagliatura.

Fuso granulometrico di accettabilità delle terre

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Materiali lapideiMateriali lapidei

PROVE DI CARATTERIZZAZIONE ED ACCETTAZIONEPROVE DI CARATTERIZZAZIONE ED ACCETTAZIONE

Resistenza a compressione (solo caratt.)

Resistenza all’usura (solo caratt.)

Coeff. di qualità

Coeff. di frantumazione

Potere legante

Prova d’urto (solo caratt.)

Perdita per decantazione

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Materiali lapideiMateriali lapidei

PROVE DI CARATTERIZZAZIONE ED ACCETTAZIONEPROVE DI CARATTERIZZAZIONE ED ACCETTAZIONE

Resistenza a compressione (solo caratt.)

Resistenza all’usura (solo caratt.)

Coeff. di qualità

Coeff. di frantumazione

Potere legante

Prova d’urto (solo caratt.)

Perdita per decantazione

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-- Coefficiente di qualitCoefficiente di qualitàà --Al passaggio dei carichi, la pavimentazione si deforma in maniera elasto(prevalente per carichi deboli e sottofondi stabili) plastica (carichi elevati, sottofondi cedevoli)Gli elementi di pietrisco nella massicciata, pur serrati dalla rullatura, si muovono strofinandosi l’un l’altro e producono detritiIl detrito sottile tende ad affiorare, il resto riempie i vuoti o si accumula negli strati inferioriSe il detrito è abbondante, la massicciata è poco resistente ed elastica perchégli elementi lapidei perdono il contatto tra di loro

LOS ANGELES

Il coefficiente di qualitIl coefficiente di qualitàà viene determinato con la prova viene determinato con la prova DevalDeval (in Francia) (in Francia) e, pie, piùù comunemente con la Los Angeles.comunemente con la Los Angeles.

Materiali buoni danno Deval alti e Los Angeles bassi

DEVAL50 pezzi (5 Kg) fatti ruotare in un cilindro (20 cm di diametro, 34 di profondità, inclinato di 60° sulla verticale) per 10.000 giri. Il rapporto 40/(percentuale di frantumato – passante ai 2 mm) è il coefficiente Deval

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La prova Los AngelesLa prova Los Angeles

sfere da 1’7/8 del peso di 400 g l’una Diametro interno: 71,12 cmLunghezza: 50,80 cmSetto metallico disposto lungo una generatrice: spessore 2,5 cm, larghezza 8,89 cm)sfere da 1’7/8 del peso di 400 g l’una

È una prova che simula le azioni di strofinamento fra i granuli (simula le condizioni della pavimentazione dopo un certo numero di anni). Si prende un quantitativo in peso di materiale e lo si pone in un tamburo metallico con delle sfere metalliche. Il numero di giri da far effettuare al tamburo (500 o 1000), il numero e le dimensioni delle sfere metalliche dipenderanno dalla granulometria utilizzata.

Alla fine della prova sarà generato materiale fino, quindi si ripete la prova granulometrica. La differenza con i risultati ottenuti prima della prova ci dirà quanto materiale si è deteriorato

In particolare

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d > 19 mm: fusi 1-2-3, max 10 kg, 12 sfere, 1000 girid < 38 mm: fusi a÷d, max 5 kg, da 6 a 12 sfere, 500 giri

A seconda della granulometria del materiale:

Si può calcolare quindi il Coefficiente L.A. = (∆G/Gin) x 100

dove ∆G è la differenza fra il passante finale e quello iniziale al vagli ASTM 12(1,68mm) e Gin è la lettura iniziale (prima della prova).

La prova Los AngelesLa prova Los Angeles

Valori tipici:

• 10% materiale ottimo

• 20% materiale normale (basaltici)

• 30% calcari pugliesi

• 60% tufi scadenti

Se il materiale a diposizione dà un coefficiente L.A > 25% e non èpossibile reperire materiali migliori da cave di prestito vicine generalmente si ricorre a STABILIZZAZIONE, cioè a miscelazione con altri materfiali

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LEGANTILEGANTI

IDROCARBURICI

IDRAULICI

– BITUMI

– CATRAME

– ASFALTI

Definizione CNR del bitume

I bitumi per usi stradali sono miscele di idrocarburi e loro

derivati non metallici, completamente solubili in

solfuro di carbonio e dotate di proprietà leganti

Dal carbon fossile

deriva da :–giacimenti naturali–petrolio grezzo

–Da rocce che contengono bitume

In maniera errata il termine BITUME viene usato anche per indicare il conglomerato che contiene bitume.NON è tollerabile.

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ProprietProprietàà dei bitumidei bitumiLe più importanti proprietà di un bitume per gli usi stradali sono:

• proprietà leganti ADESIONE: capacità di legarsi ad altri materiali (bitume-roccia)

COESIONE: caratteristica interna del bitume, è l’adesione

interna del bitume.

CONSISTENZA: in funzione della TEMPERATURA: con l’aumento della temperatura il bitume perde consistenza.

Le forti escursioni termiche diurne ed annuali che subiscono le pavimentazioni generano uno stress termico forte che porta al degrado della pavimentazione.

Basti pensare che in un anno si registrano punte massime in estate di 60°C al sole e punte minime di –5°C in inverno con un range termico di 70 °C circa.

Tuttavia il bitume deve garantire certe proprietà alla temperatura di esercizio ed avere una certa stabilità nel range di variazione termica più probabile. Vengono a tal proposito utilizzati alcuni additivi.

Si intuisce quindi che le sue proprietà cambieranno a seconda della zona in cui verràmesso in opera. Per esempio conglomerati con bitumi più rigidi si rivelano più stabili in zone soggette ad alte temperature però sono meno facilmente trattabili per la messa in opera.

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ProprietProprietàà dei bitumidei bitumiRESISTENZA in funzione del TEMPO : sottoponendo un bitume all’azione di un carico nel tempo si ottengono effetti simili a quelli dati dall’aumento della temperatura. Il bitume quindi non è un materiale elastico bensì:

VISCOSOconcetto di viscosità concetto di tempo

La VISCOSITA’ è legata al concetto di tempo. Infatti maggiore è la viscositàdi un fluido e maggiore è il tempo necessario affinchè il materiale fluisca da un foro normalizzato.

Nelle prove di laboratorio sui bitumi è molto importante definire le temperature t di prova, perché i risultati sono molto sensibili al variare di t. Ad esempio la prova di penetrazione si effettua a 25 °C che è la temperatura ambiente, la prova Marschall a 60°C (temperatura max della pavimentazione al sole ), altre prove a 160 °C (che è la temperatura che serve per lavorare il bitume).

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ProprietProprietàà dei bitumidei bitumiOSSIDAZIONE

Il bitume è un materiale che tende ad ossidarsi

Il colore della pavimentazione tende a schiarirsi

Con il tempo il traffico tende a comprimere la pavimentazione e il continuo rotolamento dei pneumatici tende a far affiorare in superficie alcune facce dell’aggregato

VOLATILITA’

Alcune particelle di bitume sublimano (cambiamento repentino di stato solido-gassoso). La volatilitàaumenta con la temperatura.

La condizione dell’invecchiamento dei bitumi è molto delicata ed influisce sulle proprietà del conglomerato nel tempo. Facendo le prove sui bitumi prima dell’utilizzo o dopo anni d’utilizzo (avendolo opportunamente estratto dal conglomerato tramite bagno in solfuro di carbonio e successiva separazione del bitume dal solfuro) si ottengono risultati molto differenti.

Per valutare questi effetti si ricorre alla PROVA DI VOLATILITA’ (oppure alla prova RTFOT) nelle quali Il campione è messo in una stufa ventilata che simula il passare del tempo (stress da tempo), come descritto più avanti.

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Prove sui bitumiProve sui bitumiServono per la caratterizzazione e la classificazione

PENETRAZIONEPUNTO DI RAMMOLLIMENTO (P&A)PUNTO DI ROTTURA FRASSSOLUBILITÀ IN CS2

DUTTILITÀVOLATILITÀINFIAMMABILITÀVISCOSITÀ

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Prova di penetrazione

100 g

Iniziale

Penetrazione in decimi di millimetro

Dopo 5 secondi

Commercialmente viene utilizzata per distinguere i diversi tipi di di bitume.

Posto il bitume in un cilindretto metallico si individua la posizione di contatto tra la superficie esterna e un ago (del peso di 100 g) grazie alla superficie speculare del campione bituminoso.

Si lascia poi penetrare l’ago per gravità per 5 secondi di tempo e se ne misura l’abbassamento in decimi di millimetro.

(L’invecchiamento può portare il bitume da 100mm di abbassamento a 60mm perché si indurisce !)

Si effettuano 10 rilevazioni posizionando l’ago in posizioni differenti, si escludono i due valori estremi degli abbassamenti e si calcola la media delle altre misurazioni.

La prova deve essere condotta sempre a 25 °C, il campione infatti viene posto in un contenitore che mantenga il campione a tale temperatura costante.

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40/50 (per zone moto calde)

50/70

80/100 (valori normalmente accettati)

130/150

180/220 (per zone molto fredde)

Prova di penetrazione

Apparecchiatura per la prova di penetrazioneValori tipici di penetrazione (in decimi di millimetro)

CLASSIFICAZIONE

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Punto Di Rammollimento(Prova Palla e Anello)

Il punto di rammollimento è la temperatura alla quale il bitume perde plasticitàper diventare fluido (ordine grandezza 40 °C / 45°C)

Il bitume viene colato in un anello di ottone e posto in acqua. Sopra l’anello si mette una sferetta di acciaio che con il suo peso tende a fare abbassare lo strato di bitume. Si aumenta la temperatura con gradiente stabilito misurando il valore di t per cui il bitume tocca una lastra distante 1” (2.54cm).NB = se la temperatura di rammollimento di un bitume è alta ci vuole molto tempo per rammollirlo e la prova di penetrazione darà valori bassi!

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La temperatura di rammollimento si può in qualche modo interpretare come il valore max dell’intervallo di t nel quale il bitume ha la piena funzionalità. Poi si definisce una temperatura minima in cui il bitume diventa fragile…

Prova di Fraass

MISURA LA FRAGILITÀ ALLE BASSE TEMPERATURE(ordine di grandezza - 5°C / 0 °C)

Individua la temperatura alla quale iniziano a verificarsi delle fessurazioni in uno spessore noto di bitume steso su una lamina di acciaio sollecitata a flessione. Non è una prova molto usuale visto che le strade sono quasi sempre esposte al sole (più comune la prova palla ed anello).Le prova di penetrazione, palla anello e fraass ricoprono tutte le temperature di esercizio di una strada (med, max e min), il bitume deve avere un buon comportamento in tutte le condizioni di esercizio.

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Consistenza

0°C

35°C

1 Ora

10 Ore1 Ora

La consistenza rappresenta il tempo necessario per dare una deformazione costante al bitume.

La viscosità del bitume aumenta con il diminuire della temperatura, ma a basse temperature il bitume diventa fragile e non si può più misurare la viscosità!Se non ci fosse questo limite la prova di viscosità basterebbe da sola a caratterizzare il bitume (cioè le sue variazioni di caratteristiche al variare della temperatura).A basse temperature pertanto la consistenza del bitume è misurata con la prova di penetrazione.

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ConsistenzaGrafici di Heukelom (curve consistenza-temperatura)

Per ogni bitume definisco punti nel piano che congiunti mi forniscono le sue caratteristiche. NB=La consistenza viene misurata con diverse unità di misura a seconda del tipo di prova quindi

della temperatura.

fraaspenetrazione

palla -anello

viscosità

fraas

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Modifica dei bitumiLe caratteristiche di un bitume dovrebbero essere costanti nellLe caratteristiche di un bitume dovrebbero essere costanti nell’’intervallo di intervallo di temperatura di esercizio, ad alte temperature invece si richiedotemperatura di esercizio, ad alte temperature invece si richiedono no caratteristiche differenti per una picaratteristiche differenti per una piùù facile messa in operafacile messa in operaNei bitumi normali, invece, la consistenza varia linearmente conNei bitumi normali, invece, la consistenza varia linearmente con la temperatura la temperatura (vedi diagramma di Heukelom)(vedi diagramma di Heukelom)Aggiungendo degli additivi si cerca, quindi, di modificare lAggiungendo degli additivi si cerca, quindi, di modificare l’’andamento della andamento della consistenza, per renderlo simile a quello idealeconsistenza, per renderlo simile a quello idealePer la modifica sono comunemente usati Per la modifica sono comunemente usati

ElastomeriElastomeriElastomeri termoplasticiElastomeri termoplasticiPolimeri termoplasticiPolimeri termoplastici

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CONGLOMERATI BITUMINOSI Prova Marshall

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Prova MarshallMolto spesso sui testi si indica la prova Marshall come quella utilizzata per determinare la percentuale ottimale di bitume nel conglomerato. In realtà

LA PROVA MARSHALL VIENE RICHIESTA PER LA STABILITÀe può anche essere utilizzata per la % ottima di bitume.

In pratica, un provino di conglomerato viene sottoposto a carico e si misura il punto di rottura e deformazione.

Il provino viene confezionato o durante la realizzazione della pavimentazione o ad opera ultimata, rompendo la pavimentazione. Naturalmente si preferisce prelevare il conglomerato in fase d’esecuzione e ricostruirlo in laboratorio con la stessa energia di costipazione (la densità è, di conseguenza, derivata)

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Prova Prova MarshallMarshall

Si pone il provino tra due ganasce, di

cui quella superiore è fissa e quella

inferiore si fa muovere a velocità costante.

• provini cilindrici:

diametro 10,16 cm;

altezza 6,35 cm

• preparati a 125°C

• costipati con 50 o 75 colpi di pestello

• condizionati in acqua per 30 min a

60°C (per rappresentare le condizioni

critiche della pavimentazione)

• schiacciati a 2”/min

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• Stabilità Marshall:massimo carico registrato (Kg)

• Scorrimento Marshall:scorrimento verticale

(deformazione) in corrispondenza del carico massimo (mm)• Rigidezza Marshall:

stabilità/scorrimento (Kg/mm)

Prova Prova MarshallMarshall

TAPPETI D’USURA TRAD. 1000÷1200 kg

TAPPETI DRENANTI 600 ÷ 800 kg

BINDER 800 ÷1000 kg

TIPICI VALORI DI STABILITÀ MARSHALL

Una pavimentazione drenante dà valori di rigidezza Marshall minori, la prova non è significativa per pavimentazioni drenanti.

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Prova Prova MarshallMarshall

Si può utilizzare la prova Marshall per studiare come la % del bitume e la granulometria varino mutuamente. Si può ad esempio trovare la granulometria che garantisce la massima portanza, fissata questa granulometria, si trava la percentuale di bitume che garantisce la massima stabilità.

In questo senso si utilizza la prova Marshall per trovare la % ottima di bitume.

Tuttavia questo criterio di progettazione dovrebbe essere sostituito perché contiene dei difetti:

• non corrispondenza fra laboratorio e cantiere (i pistoni che in laboratorio compattano il provino attraverso degli urti non possono rappresentare la compattazione con rulli che si pratica nella realtà;

• l’effetto impastante dato dalla viscosità del bitume e dal movimento del rullo non viene considerato)

• per i conglomerati drenanti la prova Marshall sembra dare risultati insoddisfacenti

Per trovare la percentuale ottima di bitume la prova Marshall viene usata come segue

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Criteri per lCriteri per l’’individuazione della %individuazione della %OTTOTT di bitumedi bitume

stabilità massima (criterio Marshall) in figura circa il 5,6% (ma varia a seconda del tipo di conglomerato).

Perchè la curva a campana? La stabilità è bassa per % basse di bitume perché

non si riescono a legare tutti i granuli e a dare quindi una buona consistenza al conglomerato,

dopo un certo valore se aumento ancora la %bitume i granuli tendono ad allontanarsi e la

stabilità diminuisce. deformazione massima accettabile: con l’aumentare della % di bitume aumentano gli scorrimenti

(aumenta la parte plastica del conglomerato quindi le deformazioni). Supposto uno scorrimento massimo accettabile di 5 mm, dalla figura si ottiene una percentuale massima di bitume utilizzabile pari a circa 6,9%.

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Criteri per lCriteri per l’’individuazione della %individuazione della %OTTOTT di bitumedi bitume

rigidezza massima: massimizzare il rapporto stabilità/scorrimento. La percentuale ottima è quella tale da fornire la massima rigidezza (stabilità alta, deformazione bassa).

Dai capitolati, dati i valori minimi di stabilità, si traccia una retta ed in corrispondenza si leggono i due valori minimo e massimo della % bitume che individuano l’intervallo delle percentuali ammissibili di bitume.

Se utilizzassi la % minima di bitume l’impresa risparmierebbe, gli scorrimenti corrispondenti sono piùbassi di quelli che avrei con la % massima e la pavimentazione è dunque meno deformabile a parità di stabilità. Bisogna fare attenzione però a coprire tutti i grani del conglomerato con il bitume, si aumenta di poco la percentuale.

densità minima accettabile

%bitume max%bitume min