13 - Sovrastrutture - materiali e miscele stradali

Insegnamento
di
Progetto di Infrastrutture viarie
Opere in terra
Caratteristiche di un terreno
Compressibilità e costipamento delle terre
Portanza sottofondi e fondazioni stradali
Instabilità del corpo stradale
Gallerie
Soprastrutture
Materiali e miscele stradali
Pavimentazioni stradali
Cenni di calcolo delle sovrastrutture
Sovrastruttura ferroviaria
Impianti stradali
Aree di sosta
Progetto di Infrastrutture viarie
Materiali stradali
Per materiali stradali si intendono soltanto i materiali di uso comune utilizzati
nella costruzione della sovrastruttura stradale costituita dallo strato di
fondazione, da uno o due strati di base, dallo strato di collegamento e dagli
strati superficiali.
Il materiale da usare per gli strati di fondazione e basi deve essere costituito
da terre con buone caratteristiche granulometriche (variabili per dimensione
tra una sabbia fine ad una ghiaia); si parla infatti di terre stabilizzate quando
la parte fine (passante al ASTM 200) ha proprietà leganti.
Il materiale lapideo utilizzato, a secondo della pezzatura, per massicciate o
come inerte frantumato nel confezionamento delle miscele bituminose
(conglomerati) per gli strati di collegamento e superficiali deve invece essere
sottoposto a prove di caratterizzazione e di accettazione.
Lo stesso vale per la caratterizzazione e l’accettazione dei leganti per uso
stradale (prodotti bituminosi).
Progetto di Infrastrutture viarie
Materiali lapidei
Occorre distinguere tra elementi lapidei squadrati (masselli o cubetti ormai
poco impiegati nelle strade ordinarie, per lo più utilizzati in ambito urbano) ed
aggregati lapidei di frantumazione (pietra, pietrisco, pietrischetto, graniglia,
sabbia).
Per il confezionamento degli elementi lapidei squadrati, le cui dimensioni
sono riportate nella figura 1, le rocce utilizzate sono di solito porfidi o basalti,
ma anche altre. Le principali prove CNR da eseguire sono: resistenza a
compressione (B.U. n°4/1953), gelività (B.U. n°4/1953), resistenza all’usura
(B.U. n°4/1953) e resistenza all’urto (B.U. n°5/1954). Per l’utilizzo limitato o
particolare di tali materiali non si illustrano in questa sede tali prove.
Il CNR classifica gli aggregati lapidei in funzione della frazione
granulometrica, come riportato in figura 2. Per esempio la frazione 20/63
significa che i granuli passano tutti al vaglio 63 mm e sono tutti trattenuti dal
vaglio 20 mm. Anche per questi materiali sono state messe a punto e
normalizzate numerose prove che vengono di seguito illustrate.
Progetto di Infrastrutture viarie
Elementi lapidei squadrati
Progetto di Infrastrutture viarie
Aggregati lapidei
Progetto di Infrastrutture viarie
Prove relative agli aggregati lapidei
Il materiale litico, che caratterizza gli aggregati lapidei per uso stradale, non
deve solo rispondere a determinate caratteristiche granulometriche, ma anche
possedere determinate proprietà fisiche (roccia madre e aggregati) ed essere
sottoposto a specifiche prove le cui procedure normalizzate di esecuzione della
prova sono illustrate in dettaglio nei B.U. del CNR di seguiti citati:
• Caratteristiche fisiche della roccia madre: massa volumica apparente (B.U.
n°63/1978); massa volumica reale (B.U. n°64/1978); porosità (B.U. n°65/1978).
• Caratteristiche fisiche delle miscele di aggregati: analisi granulometrica (B.U.
n°23/1971); massa volumica apparente di un aggregato non addensato (B.U.
n°76/1980); percentuale dei vuoti di un aggregato (B.U. n°65/1978); indice dei
vuoti (B.U. n°65/1978); coefficiente ed indice di forma (B.U. n°95/1984);
coefficiente ed indice d’appiattimento (B.U. n°95/1984); equivalente in sabbia
(B.U. n°27/1972); coefficiente d’imbibizione (B.U. n°137/1992).
• Caratteristiche meccaniche delle miscele di aggregati: coefficiente “Los
Angeles” (B.U. n°34/1973); coefficiente d’usura “micro-Deval” (B.U.
n°109/1985); coefficiente di levigabilità accelerata - CLA (B.U. n°140/1992);
indice di portanza CBR (CNR-UNI. 10009/1964).
Progetto di Infrastrutture viarie
Prove sulle caratteristiche fisiche della roccia madre
• massa volumica apparente (B.U. n°63/1978): è data dal rapporto tra la
massa del campione di roccia ed il volume del solo materiale solido (esclusi
quindi il volume degli spazi intergranulari); i valori sono compresi tra 2,3
g/cm3 (pomici) e 3,4 g/cm3 (rocce metamorfiche non scistose).
• massa volumica reale (B.U. n°64/1978): rapporto tra la massa del
campione di roccia ed il suo volume (inclusi quindi il volume degli spazi
intergranulari); i valori sono compresi tra 0,6 g/cm3 (pomici) e 3,3 g/cm3
(rocce metamorfiche non scistose).
• porosità (B.U. n°65/1978): è il rapporto, espresso in per cento, fra il volume
di vuoti interni ed il volume complessivo del campione di roccia; può variare
tra 0 % (graniti) ad oltre il 30 % (tufi ed arenarie).
Progetto di Infrastrutture viarie
Prove sulle caratteristiche fisiche delle miscele di aggregati 1
• analisi granulometrica (B.U. n°23/1971): consiste nel determinare la
distribuzione percentuale in peso dei granuli in funzione delle loro dimensioni
ed è rappresentata graficamente dalla curva granulometrica (vedi: figura 3).
• massa volumica apparente di un aggregato non addensato (B.U. n°76/1980):
è la massa dell’unità di volume dell’aggregato inclusi tutti i vuoti (intergranulari
ed interni ai singoli granuli); generalmente è compresa tra 1,2 g/cm3 e 1,5
g/cm3.
• percentuale dei vuoti di un aggregato (B.U. n°65/1978): è il rapporto
percentuale tra il volume dei vuoti intergranulari ed il volume totale
dell’aggregato (vuoti + granuli).
• indice dei vuoti (B.U. n°65/1978): è il rapporto tra il volume dei vuoti ed il
volume apparente dei granuli.
• coefficiente di forma (B.U. n°95/1984): è il rapporto tra la massima
dimensione (lunghezza: a) e la dimensione minima (spessore: s) di un granulo
(vedi: figura 4).
• indice di forma (B.U. n°95/1984): è il rapporto percentuale tra la massa dei
granuli, avente coefficiente di forma maggiore di 3 e la massa totale.
• coefficiente d’appiattimento (B.U. n°95/1984): è il rapporto tra la minima
dimensione del setaccio in cui passa il granulo ed lo spessore del granulo
stesso.
Progetto di Infrastrutture viarie
Curva granulometrica di una miscela di aggregati
Progetto di Infrastrutture viarie
Dimensioni e forma di un elemento lapideo
Progetto di Infrastrutture viarie
Prove sulle caratteristiche fisiche delle miscele di aggregati 2
• indice d’appiattimento (B.U. n°95/1984): è il rapporto percentuale tra la
massa dei granuli con coefficiente d’appiattimento ≥ 1,58 e la massa totale.
• equivalente in sabbia (B.U. n°27/1972): in un cilindro di vetro graduato
contenente una soluzione (acqua distillata + cloruro di calcio + glicerina +
formaldeide) viene introdotta una prefissata quantità della frazione di aggregato
con dimensioni < 5 mm; per gravità i granuli più grossi (sabbia) si dispongono
sul fondo, mentre quelli fini restano in sospensione nella parte superiore
(colonna flocculata). Indicata con h1 l’altezza di sabbia e con h2 l’altezza di
argilla, si definisce equivalente in sabbia il rapporto: ES = 100 h1 / h2. Un
materiale è niente o poco plastico se ES ≥ 35, è debolmente plastico se 25 ≤
ES ≤ 35 e plastico se ES ≤ 25.
• coefficiente d’imbibizione (B.U. n°137/1992): è la quantità d’acqua, espressa
come percentuale della massa del provino essiccato, che l’aggregato lapideo
può assorbire in determinate condizioni di saturazione. E’ un indice indiretto
della sensibilità al gelo.
Progetto di Infrastrutture viarie
Prove sulle caratteristiche meccaniche
delle miscele di aggregati 1
• coefficiente “Los Angeles” (B.U. n°34/1973): é un indice della resistenza
all’abrasione ed alla frantumazione dei granuli dell’aggregato. La prova si
esegue ponendo in un cilindro metallico ad asse orizzontale con all’interno un
setto sporgente (vedi: figura 5) una certa quantità di materiale (1250 g o 2500
g o 5000 g ) insieme ad alcune sfere metalliche (da 6 a 12). Dopo aver fatto
compiere al cilindro 500 giri, si passa al setaccio (di apertura 1,68 mm) il
materiale e si ottiene, pesando il trattenuto, per differenza la “perdita in peso”.
Il coefficiente Los Angeles è il rapporto percentuale tra la perdita in peso ed il
peso iniziale dell’aggregato.
• coefficiente d’usura “micro-Deval” (B.U. n°109/1985): in un cilindro d’acciaio
che ruota intorno al proprio asse (in figura 6 è riportato un apparecchio Deval)
si introducono 500 g di materiale ed un numero di sferette metalliche
(variabile con la pezzatura). Dopo 12.000 giri si vaglia con un setaccio, di
apertura 1,6 mm, e si ottiene la quantità di “fino” (passante) che rapportata al
peso iniziale ed espressa in % rappresenta il coefficiente micro-Deval ed è
una tipica prova per le graniglie.
Progetto di Infrastrutture viarie
Cilindro per la prova “Los Angeles”
Progetto di Infrastrutture viarie
Apparecchio Deval
Progetto di Infrastrutture viarie
Prove sulle caratteristiche meccaniche
delle miscele di aggregati 2
• coefficiente di levigabilità accelerata - CLA (B.U. n°140/1992):
sottoponendo un campione di pietrischetto o graniglia ad una azione di
traffico simulato e su di esso si esegue successivamente una prova d’attrito
radente e rapportando il risultato ottenuto con quello ottenuto su un materiale
di riferimento, si ha il CLA cercato e che rappresenta appunto una misura
della tendenza del materiale a levigarsi sotto l’azione del traffico.
• indice di portanza CBR (CNR-UNI. 10009/1964): fa riferimento alla prova di
penetrazione normalizzata e già analizzata quando si sono affrontate le
problematiche della portanza dei sottofondi e delle fondazioni.
L’apparecchiatura utilizzata è l’apparecchio di Proctor con la procedura di
costipamento AASHO modificata.
Progetto di Infrastrutture viarie
Materiali leganti
Per conferire coesione alle miscele di inerti (aggregati) nel campo delle
sovrastrutture stradali si utilizzano leganti idrocarburici (organici), leganti idraulici
e resine.
Appartengono ai leganti idrocarburici i bitumi puri, i bitumi liquidi (fluidificati), le
emulsioni bituminose ed i catrami (ormai in disuso), di cui si dirà in seguito.
Si vuole prima brevemente accennare all’utilizzo stradale dei leganti idraulici:
• il cemento: per le sovrastrutture stradali sono preferibili i cementi a bassa
velocità di presa, scarso ritiro ed elevata deformazione alla rottura per trazione,
mentre non è necessaria un’elevata resistenza iniziale.
• la calce: usata sotto forma di calce idrata per stabilizzare le terre e a questo
scopo per misurare l’efficacia del trattamento va valutata la sua superficie
specifica intesa come superficie laterale dei granuli per unità di peso (misura
della finezza di macinazione).
• le scorie granulate d’altoforno: in campo stradale sono utilizzate come legante
a presa molto lenta.
• i materiali pozzolanici: con piccole aggiunte di calce ed in presenza d’acqua
reagiscono formando composti che hanno proprietà cementanti.
Progetto di Infrastrutture viarie
Leganti idrocarburici: bitumi
Il CNR (B.U. n°68/1978) definisce la struttura chimica (complessa) dei bitumi
“composti organici costituiti essenzialmente da miscele di idrocarburi
completamente solubili in solfuro di carbonio e dotati di potere legante“.
Circa la natura del bitume, esso può essere definito “un sistema colloidale in
cui le micelle (frazioni più pesanti dei carbeni - asfalteni - malteni) sono
disperse nei componenti oleosi propriamente detti (frazione più leggera dei
malteni)”. Pertanto quando sia disperdente che disperso sono in proporzioni
adatte, allora il bitume si comporta come un fluido quasi esattamente viscoso.
Per contro quando vi sia insufficienza di disperdete, in questo caso il
comportamento del bitume risulta complesso, elastico e tissotropico.
A temperatura ambiente lo stato colloidale dei bitumi non dipende soltanto
dalla natura dei costituenti, ma anche dalle escursioni termiche.
Oltre al bitume contenuto in diversa percentuale in giacimenti naturali, quello
normalmente usato è un sottoprodotto della distillazione frazionata del
petrolio: benzine (leggere e pesanti), kerosene, gasolio, e residui che
opportunamente trattati (per depurarli di sostanze nocive) ed ulteriormente
distillati producono: bitumi ossidati (in presenza d’aria) o bitumi semisolidi (in
presenza di vapore d’acqua) che risultano essere quelli maggiormente
impiegati nel campo stradale, i cui requisiti d’accettazione del CNR sono
riportati in figura 7.
Progetto di Infrastrutture viarie
Requisiti d’accettazione dei bitumi semisolidi
Progetto di Infrastrutture viarie
Leganti idrocarburici: bitumi semisolidi
Sono sostanze a comportamento notevolmente viscoso, pertanto le loro proprietà
e caratteristiche dipendono in modo decisivo dalla temperatura e dalla velocità di
applicazione dei carichi. A temperatura ambiente il bitume si presenta solido, alle
basse temperature tende a fragilizzarsi, mentre al crescere della temperatura si ha
un progressivo rammollimento sino ad arrivare ad un liquido più o meno viscoso. I
bitumi semisolidi possono essere utilizzati allo stato naturale (dovuto al processo
di distillazione) o additivati (sino al 20% di polimeri naturali o sintetici) ottenendo i
bitumi modificati.
Tra le numerose prove messe a punto per identificare e caratterizzare i bitumi
semisolidi (modificati e non) si riportano le più utilizzate: solubilità in solventi
organici (B.U. n°48/1975); penetrazione (B.U. n°24/1971); punto di rammollimento
(B.U. n°35/1973); punto di rottura Fraas (B.U. n°43/1974); densità (B.U. 67/1978);
indice di penetrazione (Norme Tecniche Soc. Autostrade); viscosità dinamica
(Norme Svizzere SVV: SN671722a). Esistono altre prove quali: duttilità (B.U.
n°44/1974): caratteristica diametralmente opposta alla fragilità, è la tendenza a
deformarsi abbondantemente prima della rottura; volatilità: perdita di peso per
riscaldamento del bitume (in stufa per 5 ore a 163 °C o 200 °C); contenuto di
paraffina: la parte del condensato che si ottiene dalla distillazione distruttiva del
bitume e che, a temperatura ambiente, è solubile nella miscela di alcool-etere,
mentre a - 20 °C é insolubile viene definita contenuto di parafina.
Progetto di Infrastrutture viarie
Alcune prove ed indici di caratterizzazione dei bitumi 1
• solubilità in solventi organici (B.U. n°48/1975): è la percentuale in peso di
legante che risulta solubile in un dato solvente; i solventi utilizzati sono il
solfuro di carbonio ed il tetracloruro di carbonio.
• penetrazione (B.U. n°24/1971): si fa penetrare un ago normalizzato
sottoposto ad un peso di 100 g per un tempo di 5 sec in un provino di bitume
mantenuto alla temperatura di 25 °C; l’affondamento dell’ago, espresso in
decimi di millimetro, rappresenta la penetrazione che caratterizza
convenzionalmente la consistenza del bitume.
• punto di rammollimento (B.U. n°35/1973): è la temperatura alla quale un
provino di bitume, colato in un anello di bitume e soggetto al peso di una sfera
metallica, si deforma sino a toccare un piano posto alla distanza di 25 mm
dal piano d’appoggio dell’anello. L’anello e la sfera hanno dimensioni e pesi
normalizzati ed il tutto è immerso in un bagno di acqua la cui temperatura,
inizialmente di 5 °C, aumenta con un gradiente di 5 °C/min. La prova, nota
come prova “palla-anello” (PA) indica il comportamento del bitume alle più
elevate temperature ambiente.
Progetto di Infrastrutture viarie
Alcune prove ed indici di caratterizzazione dei bitumi 2
• punto di rottura Fraas (B.U. n°43/1974): caratterizza il comportamento del
bitume alle basse temperature. Una lamina d’acciaio, su cui viene steso un
sottile strato di bitume (spessore 0,5 mm), viene immessa in un vaso Dewar
ed inflessa ad intervalli regolari, mentre la temperatura, inizialmente di 10 °C,
viene abbassata con gradiente di 1 °C/min. La temperatura in corrispondenza
della quale compare la prima fessurazione (perché il bitume diventa fragile),
viene assunta come “punto di rottura Fraas”.
• densità (B.U. n°67/1978): è espressa dal rapporto tra la massa di un
prefissato volume di legante a 25 °C e quella di un eguale volume d’acqua
distillata alla stessa temperatura.
• indice di penetrazione (Norme Tecniche Soc. Autostrade): è un numero
convenzionale, che caratterizza la suscettività termica del bitume, così
definito: IP = 10 (2 - 50 a) / (1 + 50 a) dove : a = (lg 800 - lg pen) / (TPA - 25
°C), essendo: pen la penetrazione a 25 °C e TPA il punto di rammollimento.
• viscosità dinamica (Norme Svizzere SVV: SN671722a): il bitume a
temperature superiori a 60 °C si presenta come liquido con viscosità che
diminuisce al crescere della temperatura. Il comportamento reologico è
espresso tramite il coefficiente di viscosità dinamica definito da: η = τ / D,
essendo: τ la sollecitazione tangenziale applicata e D = dv/dx il gradiente
dello scorrimento (v = velocità di scorrimento relativa tra due strati distanti y.
Progetto di Infrastrutture viarie
Leganti idrocarburici: bitumi modificati
A titolo di confronto si riportano, in figura 8, le caratteristiche a confronto tra i
bitumi normali e gli stessi bitumi additivati modificati con diversi tipi di polimeri.
Progetto di Infrastrutture viarie
Leganti idrocarburici: bitumi liquidi
Per poter utilizzare i leganti bituminosi a temperatura ambiente, al bitume
semisolido di media durezza, si possono aggiungere prodotti volatili (solventi)
che evaporano dopo la messa in opera. Si ottengono soluzioni ad elevata
concentrazione di bitume (86-85 %) che prendono il nome di bitumi liquidi
quando il solvente è un olio di petrolio (la denominazione bitumi flussati è
riservata alla soluzione in olio di catrame).
Le principali prove sui bitumi liquidi sono:
• viscosità cinematica Redwood (B.U. n°7/1957): è il tempo, in secondi, che
impiega una determinata quantità di bitume liquido a defluire attraverso un
viscosimetro capillare, ad una prefissata temperatura (25 °C).
• distillazione (B.U. n°7/1957): con questa prova si misurano le percentuali, in
volume, dei componenti volatili; sul bitume, ottenuto per distillazione (spinta
sino a 360 °C), si possono eseguire alcune delle prove già indicate per i
bitumi semisolidi.
In figura 9 sono riportate i requisiti d’accettazione dei bitumi liquidi secondo il
CNR.
Progetto di Infrastrutture viarie
Requisiti d’accettazione dei bitumi liquidi
Progetto di Infrastrutture viarie
Leganti idrocarburici: emulsioni bituminose
Le emulsioni bituminose sono dispersioni di bitume in acqua con aggiunta di
piccole quantità di sostanze tensioattive che facilitano la dispersione del
bitume. Al contatto dell’emulsione bituminosa con gli elementi litici, si ha la
“rottura” dell’emulsione, cioè la separazione del bitume che si deposita sui
granuli (esplicando la sua funzione legante) dall’acqua che evapora.
Le emulsioni bituminose si distinguono in basiche (anioniche) ed acide
(cationiche) a seconda della natura dell’emulsivo (sapone, argilla colloidale,oli
vegetali, ecc.); attualmente le più diffuse (rispondono meglio alle esigenze
tecniche) sono le emulsioni acide.
Molte sono le prove utilizzate per accertare la composizione e le
caratteristiche fisiche dell’emulsione bituminosa (viscosità,stabilità, velocità di
rottura, dimensione massima delle particelle disperse, ecc.) e le
caratteristiche del bitume estratto. Il CNR (B.U. n°3/1958) fornisce le
definizioni delle diverse grandezze e le modalità di esecuzione delle prove per
l’emulsioni bituminose anioniche (basiche); per l’emulsioni bituminose
cationiche (acide) si fa riferimento alle norme ASTM (D 2397-71 e D 244-91).
Le emulsioni bituminose sono classificate in base a: tenore di bitume (50-5560 %), velocità di rottura (rapida - R, media - M e lenta - L) e viscosità.
Nelle figure 10 e 11 sono riportati i requisiti d’accettazione per emulsioni
rispettivamente basiche e acide.
Progetto di Infrastrutture viarie
Requisiti d’accettazione delle emulsioni bituminose basiche
Progetto di Infrastrutture viarie
Requisiti d’accettazione delle emulsioni bituminose acide
Progetto di Infrastrutture viarie
Miscele stradali
Per la realizzazione dei diversi strati che costituiscono la sovrastruttura
stradale si utilizzano quindi i materiali stradali prima descritti attraverso
opportune miscelazioni, dette appunto miscele stradali, le cui caratteristiche
meccaniche risultano molto variabili (dipendendo dalla qualità e quantità dei
materiali impiegati). Per ogni miscela quindi si può individuare la più indicata
collocazione nel pacchetto di strati caratterizzante la sovrastruttura stradale di
cui si dirà in seguito.
Peculiarità di tutte le miscele è quella di essere prive di forma all’atto del
confezionamento; ciò rende più facile il trasporto e permette di meccanizzare
la messa in opera.
In base alla presenza o meno di legante si distinguono:
• miscele prive di legante: misti granulari, terre stabilizzate meccanicamente.
• miscele di inerte più legante: costituite da aggregati lapidei o terre con
aggiunta di leganti idrocarburici o idraulici. Si hanno pertanto terre stabilizzate
con bitume, calce o cemento, i misti bitumati o cementati e i conglomerati
bituminosi o cementizi.
Progetto di Infrastrutture viarie
Misti granulari
Sono miscele d’inerti caratterizzate da opportuno assortimento granulometrico e
determinate proprietà fisiche. Vengono utilizzate nella realizzazione degli strati
inferiori della sovrastruttura stradale: strato di fondazione e, quando previsto, strati
di base. Le loro caratteristiche meccaniche derivano dalle resistenze d’attrito dovute
all’ammorsamento dei granuli (migliori quanto maggiore è la presenza di elementi
frantumati).
I misti granulari naturali (tout venant) sono spesso a spigoli arrotondati e possono
essere usati come vengono estratti o, quando necessario, con l’aggiunta di alcune
frazioni granulometriche. Il CNR (B.U. n°139/1992), ma anche l’ANAS e Autostrade
SpA, stabiliscono i requisiti d’accettazione a seconda dello strato in cui vengono
impiegati ed in funzione del volume di traffico pesante. Sono riportati i requisiti
prescritti dal CNR, dall’ANAS e dalla società Autostrade SpA per misti granulari
impiegati per fondazioni (in figura 12) e per strati di base (in figura 13).
Il traffico pesante è caratterizzato dal numero medio passaggi giornalieri di veicoli
commerciali di peso superiore a 30 kN transitati sulla corsia più trafficata (TGMC).
Tale traffico viene definito: leggero L (se: TGMC < 450), medio M (se: 450 < TGMC <
1100), pesante P (se: 1100 < TGMC < 3000) e pesantissimo PP (se: TGMC > 3000).
Le prove sulla miscela in opera accertano il comportamento sotto l’azione dei
carichi. Si tratta delle classiche prove di portanza (di cui si è già detto): indice CBR,
modulo di deformazione Md e modulo di reazione K.
Progetto di Infrastrutture viarie
Requisiti d’accettazione degli aggregati per misti
granulari naturali o corretti per strati di fondazione
Progetto di Infrastrutture viarie
Requisiti d’accettazione degli aggregati per misti
granulari naturali o corretti per strati di base
Progetto di Infrastrutture viarie
Terre stabilizzate meccanicamente
e misti granulari stabilizzati
Per la realizzazione di sottofondi, fondazioni o per strade minori a scarso traffico,
possono essere impiegate terre di opportuna granulometria assoggettate ad
operazioni solo meccaniche (solo miscelazione, costipamento e umidificazione) al
fine d’ottenere adeguate caratteristiche di resistenza durevoli nel tempo.
Se la terra è costituita da elementi duri, tenaci e male assortiti, si procede ad una
correzione granulometrica tale da rientrare nei fusi granulometrici dei misti
granulari. Nel caso invece di terre autocementanti (pozzolane, tufi, tufine calcaree,
scorie d’altoforno, ecc.) è sufficiente, previa eventuale umidificazione, un efficace
costipamento; sotto l’azione dei mezzi costipanti infatti si frantumano e quindi non
ha senso prescrivere una granulometria.
Le prescrizioni, a parte la curva granulometrica, riguardano limitazioni ai limiti
liquido e plastico e all’equivalente in sabbia. Le prove di portanza costituiscono il
principale controllo su queste miscele e sono le stesse indicate per i misti granulari.
L’aggiunta di un legante, in quantità limitata, ad una miscela di aggregati lapidei dà
luogo ad un nuovo gruppo di miscele che sono i misti stabilizzati e che, in misura
più o meno elevata, presentano l’attitudine a resistere anche a sollecitazioni di tipo
flessionale e/o di trazione. I misti stabilizzati si distinguono in base al tipo di legante
utilizzato; si parla infatti di misti bitumati e misti cementati.
Progetto di Infrastrutture viarie
Terre stabilizzate
Le proprietà delle terre (sabbie, limi, argille e loro mescolanze) possono essere
migliorate con l’aggiunte di legante idraulico. Si ottengono così miscele idonee alla
realizzazione di strati di fondazione o anche strati di base per strade di minor
importanza.
Tra i principali tipi di stabilizzazione si ricorda:
• stabilizzazione a calce: è riservata per terre con elevati contenuti di argilla;
l’aggiunta di calce (viva o idrata) provoca diminuzione di umidità, modifica i limiti di
Atterberg, minore sensibilità all’acqua che produce una diminuzione dei fenomeni di
ritiro, diminuzione della sensibilità al gelo, “granularizzazione” della terra che
diventa più facilmente lavorabile ed infine una miscela dotata di discreta resistenza
a compressione (a 28 giorni di stagionatura: da 4 a 8 daN/cm2).
• stabilizzazione con cemento: con l’aggiunta di cemento si possono stabilizzare
una vasta gamma di terre monogranulari, sabbie limose, limi, misti granulari poveri
di fini, misti molto plastici. Il quantitativo di cemento può variare, a seconda delle
necessità, dal 3 al 12 % (quantitativi superiori darebbero luogo a un materiale
troppo rigido) che permette di ottenere una miscela dotata di resistenza a
compressione dell’ordine di 35 - 50 daN/cm2 a 7 giorni di stagionatura.
• stabilizzazione con leganti idrocarburici: sono idonee svariate categorie di terra
(da escludere quelle argillose e ghiaiose) e come legante si utilizzano bitumi liquidi
o emulsioni bituminose. Di solito si utilizzano come sottofondi e strati di fondazione.
Progetto di Infrastrutture viarie
Misti bitumati
Sono quelli in cui il legante è del tipo idrocarburico e, a seconda del tipo di legante,
si parla di misti bitumati a caldo quando si usa il bitume semisolido e misti bitumati a
freddo quando si usa l’emulsione bituminosa.
I misti bitumati a caldo utilizzano di norma un bitume con penetrazione compresa
tra 65 e 110 mm ed in quantità compresa tra il 4 e il 4,5 % del peso totale degli
inerti. A questa categoria appartengono i conglomerati bituminosi aperti per strati di
base che differiscono dai misti bitumati per una maggior presenza (%) di elementi
frantumati. In figura 14 sono riportati i requisiti di accettazione degli aggregati per
misti bituminosi e conglomerati bituminosi aperti per strati di base. Le prove relative
a queste miscele sono le stesse che vengono eseguite sui conglomerati bituminosi
e di cui si parlerà in seguito.
I misti bitumati a freddo, utilizzati per strati di base e di fondazione, sono
confezionati con emulsioni bituminose a lenta rottura il cui contenuto di bitume é
pari al 60 % ed il cui dosaggio, rispetto alla massa dell’aggregato, oscilla tra il 5 e il
6,5 %. In figura 15 si riportano le caratteristiche di queste miscele secondo le norme
CNR (B.U. n°148/1992).
Progetto di Infrastrutture viarie
Requisiti d’accettazione degli aggregati per misti bitumati
e conglomerati bituminosi aperti per strati di base
Progetto di Infrastrutture viarie
Caratteristiche delle miscele d’aggregati
impiegate nei conglomerati bituminosi a
freddo per gli strati di base e di fondazione
Progetto di Infrastrutture viarie
Misti cementati
Sono miscele composte da aggregati lapidei, cemento e acqua. Il cemento deve
essere a basso ritiro (classe 325 e non alluminoso) con dosaggio che varia tra il 2,5
e il 3,5 % del peso totale degli inerti asciutti; la quantità d’acqua è del 5 % dal peso
della miscela secca. Come si può vedere i quantitativi di cemento sono nettamente
inferiori a quelli di un normale calcestruzzo; pertanto le prestazioni di tale miscela
sono da mettere in relazione con la qualità e la granulometria degli inerti e con le
modalità di confezionamento e posa in opera. In figura 16 sono riportati i requisiti di
accettazione degli aggregati per misti cementati per strati di base.
Le prove che di norma si eseguono sono:
• rottura a compressione si effettua su provini cilindrici sollecitati sulla base; si
richiede una resistenza a rottura a 7 giorni compresa fra 30 e 50 daN/cm2.
• rottura per trazione indiretta (“prova brasiliana”) si effettua su provini cilindrici
sollecitati lungo le generatrici; si richiede una resistenza non inferiore a 2,5
daN/cm2.
Nelle zone dove sono reperibili con facilità, si possono utilizzare altri leganti idraulici
come i materiali pozzolanici e le scorie d’altoforno (loppe); in ambedue i casi gli
aggregati lapidei rappresentano il 75 - 79 % in peso, la percentuale di legante è del
24 - 25 % e viene poi aggiunto l’1 % di calce idrata (catalizzatore). Solo dopo diversi
mesi queste miscele raggiungono resistenze simili a quelle dei misti cementati
(all’atto della posa si comportano come i misti non legati).
Progetto di Infrastrutture viarie
Requisiti d’accettazione degli aggregati
per misti cementati per strati di base
Progetto di Infrastrutture viarie
Conglomerati bituminosi
Con questo tipo di miscele si realizzano gli strati superiori delle pavimentazioni
flessibili. Sono miscele di aggregati lapidei (ottenuti per frantumazione) con legante
idrocarburico: se si utilizza come legante il bitume semisolido si ottengono i
conglomerati bituminosi a caldo, se invece si utilizzano come legante le emulsioni
bituminose si ottengono i conglomerati bituminosi a freddo.
Agendo sul tipo d’inerte e sulla sua granulometria e sul tipo di legante, in alcuni casi
modificato,si ottengono miscele con proprietà e caratteristiche meccaniche alquanto
differenti.
Si possono avere conglomerati bituminosi aperti o drenanti (con porosità compresa
tra il 10 ed il 20 %), semichiusi (con porosità compresa tra il 6 ed il 10 %), chiusi
(con porosità compresa tra il 3 ed il 6 %).
Con riferimento allo strato della pavimentazione, si possono avere conglomerati
bituminosi per strati d’usura, per strati di collegamento (binder), per strati di base.
Nelle figure 17 e 18 sono riportati i requisiti di accettazione degli aggregati per
conglomerati bituminosi rispettivamente per strati di collegamento e per strati
d’usura.
Progetto di Infrastrutture viarie
Requisiti d’accettazione degli aggregati per
conglomerati bituminosi per strati di collegamento
Progetto di Infrastrutture viarie
Requisiti d’accettazione degli aggregati per
conglomerati bituminosi per strati di usura