Bitumi stradali

La prima è finalizzata a misurare il comportamento duttile del

bitume, la seconda misura il ritorno elastico ossia la capacità

elastica del materiale di recuperare parte delle deformazioni

indotte. Un materiale duttile è caratterizzato da proprietà elastiche

spiccate ed è preferibile ad un materiale meno duttile che non ha

capacità elastiche. Il ritorno elastico viene misurato sui bitumi

modificati, che vengono modificati proprio per migliorare le sue

proprietà, quelli tradizionali non hanno spiccate proprietà elastiche

quindi in questi non ha senso fare la prova.

La prova di duttilità consiste nel sottoporre campioni di bitume d

forma e dimensione standard, a osso di cane, a elongazione.

Forma a osso di cane perchè la rottura deve avvenire sulla parte

più sottile ovvero quella meno resistente (a cavallo della

mezzeria). Tutto ciò avviene all’interno di un duttilometro ovvero

una vasca lunga e stretta all’ interno della quale vengono alloggiati

tre campioni. C è una traversa fissa alla quale, in una estremità,

sono collegati i tre campione mentre l’altra traversa è mobile

perchè si sposterà verso sinistra (in questo caso) in maniera tale da

sottoporre il campione a elongazione. I campioni sono immersi in

acqua in modo tale da condizionare i campioni di prova alla stessa

temperatura dell’acqua (25 gradi) e sono condizionati per 90

minuti. I campioni vengono sottoposti ad una elongazione di 50

mm/min. (è la velocità a cui sottoponiamo i campioni a

elongazione). Durante l’elongazione il materiale resiste poi ad un

certo punto si spezza. Questa elongazione viene portata al

massimo ad 1 mt, alcuni bitumi potrebbero anche non rompersi a

100 cm. Nel caso della duttilità vogliamo vedere l’elongazione

massima e quindi lo porto fino a 100 cm. Nel caso della prova di

ritorno elastico si utilizza sempre un duttilometro, la procedura è

analoga però l’elongazione arriva a massimo 200 mm. Elongo a

20 cm, taglio il campione nel mezzo, si aspetta un po’ e si osserva

di quanto i due lembi recuperano l’elongazione imposta. Quindi

nella prova di duttilità , tiro il campione e registro l’elongazione

massima raggiunta fino a quando si rompe. Nel caso di una provo

di ritorno elastico si calcola la capacità di recupero del materiale

(o anche di quanto si accorciamo i due lembi) . Nella formula

Re% più alto è il valore più il materiale ha spiccate capacità

elastiche( slide 30). I bitumi tradizionali hanno un Re al di sotto

del 10%, quelli modificati possono arrivare anche al 90%. Buona

parte delle deformazioni a cui è soggetta la pavimentazione a

causa dei carichi veicolari, vengono assorbite dal bitume per

questo il bitume deve essere duttile e nel contempo elastico.

Prova di viscosità dinamica

E’ una prova che restituisce un parametro razionale, si effettua su

bitumi che hanno consistenza di fluidi. La viscosità dinamica la

misuriamo per controllare la consistenza del bitume, per una

questione legata ad aspetti operativi. Il bitume per essere aggiunto

agli aggregati per formare il conglomerato, deve essere fluido per

potersi legare. La viscosità dinamica è quel parametro che traduce

il livello di fluidità del bitume in un intervallo di temperatura da

60 a 200°C. (oltre 200 è il punto di infiammabilità del bitume).

L’apparecchiatura che si utilizza per la prova è un viscosimetro

rotazionale, essa permette di risalire alla viscosità dinamica

applicando ad un campione di bitume una sollecitazione di taglio.

Si ha un contenitore esterno a forma di cilindro ( provetta del

diametro al di sotto dei 2 cm ), al cui interno viene versato il

bitume, che si troverà ad una condizione fluida (dovrò scalderò il

bitume per renderlo fluido). All’interno del campione- bitume si

inserisce un altro elemento cilindrico (girante) che viene

sottoposto a rotazione. Il campione aderisce alla girante e quindi

viene sottoposto a taglio rotazionale (all’interno ruotando è come

se sottoponessi il campione a tagli). Possiamo definire la viscosità

dinamica del campione Eta come il rapporto tra la tensione

tangenziale indotta al campione (Tao), dovuta alla rotazione della

girante che ruota all’interno del campione, e il Gamma Punto

ossia la derivata alla velocità di deformazione. Uso Gamma Punto

perché questa grandezza è costante. Quindi Tao/Gamma Punto è

un rapporto che può essere ritenuto costante, applico una tao

costante e misuro una Gamma Punto costante, Gamma Punto è

costante nell’ipotesi di fluido Newtoniano. In base alla

consistenza del bitume per far girare la girante all’interno del

bitume , l’apparecchiatura deve applicare un torcente più forte se

il materiale è più consistente, se il materiale è meno consistente il

torcente è più basso. La viscosità dinamica è il rapporto

Tao/Gamma Punto e traduce la consistenza del materiale, la

proprietà viscosa di un materiale è un’altra cosa, materiale viscoso

non vuol dire che ha una viscosità elevata sono due cose diverse.

La macchina quindi applica un torcente per far ruotare la girante,

l’operatore sceglie con che velocità angolare deve girare la

girante. La Gamma Punto dipende dalla velocità angolare

(velocità con cui ruota la girante) e dalla geometria del sistema

ossia R1 ed R2 che sono i raggi della provetta e della girante.

Fissata la geometria, conosco quanto è grande la provetta e la

girante, fisso la velocità angolare ed ottengo Gamma Punto. Ora

devo conoscere Tao. Tao è uguale al Momento torcente (cioè al

torcente che la macchina deve applicare, lo sforzo che la macchina

deve applicare) diviso una costante A che è il fattore di forma che

tiene conto della geometria del sistema. Il Momento torcente dalla

formula quindi è uguale a Tao moltiplicato per R1 (il braccio) e

per (2PigregoR1h) che è la superficie della girante perché la

superficie a cui applichiamo il taglio è esattamente quella della

girante che è annegata nel bitume (il materiale viene trascinato

sulla superficie della girante). Quindi A, parametro di forma,

dipende dalla girante che può essere piccola, grande, media.

Quindi fisso il Gamma, la macchina applica il torcente per far

girare la girante con questa velocità, la macchina registra tao e

gamma punto e calcola la viscosità dinamica. La viscosità

dinamica è in funzione della temperatura di prova, se la

temperatura di prova cambia cambierà anche la viscosità dinamica

perché diversa è la consistenza del bitume. Se aumenta la

temperatura i valori della viscosità dinamica tendono a diminuire

perché se la temperatura è piu’ alta minore sarà la consistenza e

quindi la viscosità è più bassa. La misura della viscosità dinamica

al variare della temperatura è un altro modo di valutare la

suscettività termica del bitume. Riesco a capire la dipendenza

della consistenza dalla temperatura. Operativamente sul

viscosimetro seleziono la velocità di rotazione che voglio,

condiziono il campione alla temperatura di prova che voglio,

l’apparecchiatura fa ruotare la girante, in base alla resistenza che

l’apparecchiatura registra (il bitume si oppone alla rotazione)

determino Tao e calcolo Eta ossiaTao/Gamma Punto. Viscosità

dinamica alta il materiale è molto consistente, viscosità dinamica

bassa il materiale è più fluido. I Capitolati determinano la misura

massima della viscosità perché se il bitume è troppo viscoso è

difficile da lavorare , da pompare. Il problema ai fini pratici -

operativi è che il bitume meno fluido è meno ricopre bene gli

aggregati, più fluido è più si disperde tra gli aggregati e meglio li

lega.

Invecchiamento dei bitumi stradali (slide 36)

Il bitume tende ad invecchiare. Il bitume a causa della presenza di

ossigeno e se sottoposto a variazioni di temperatura ovvero a

temperature elevate, subisce dei fenomeni di ossidazione che

modificano la composizione chimica del bitume in maniera

irreversibile. L’invecchiamo è un effetto irreversibile. Da un punto

di vista reologico, il materiale tende ad indurire, ad essere più

consistente e assume un comportamento più fragile. Dal momento

che produciamo il bitume a quando lo stendiamo per realizzare la

pavimentazione, il bitume tende ad invecchiarsi in quanto viene

sottoposto a variazioni di temperatura perché lo devo scaldare per

renderlo fluido e legare agli aggregati, lo devo mantenere caldo

per trasportarlo in cantiere e infine lo devo stendere e lavorare.

Successivamente la pavimentazione sarà sottoposta ad

irraggiamento solare e quindi, a contatto con ossigeno, continuerà

ad invecchiare.

I principali meccanismi che portano all’invecchiamo del bitume

sono 3: la volatilizzazione, l’ossidazione, la polimerizzazione.

Nella volatilizzazione il bitume perde le componenti più volatili,

quelle che hanno punti di ebollizione più bassi, si ha nella

primissima fase quando scaldo il bitume per miscelarlo agli

aggregati. Poi c’è l’ossidazione ossia l’ossigeno tende a legare con

alcune macromolecole idrocarburiche, si formano nuovi legami,

cambia la composizione chimica del materiale. La

polimerizzazione è un processo attraverso cui l’alta temperatura

favorisce la formazione di legami intermolecolari, cambia la

struttura molecolare del bitume. Questi processi sono favori dalla

temperatura ma anche dall’ossigeno. La volatilizzazione e

l’ossidazione sono processi che si manifestano subito (breve

termine: riscaldamento, produzione di conglomerato, trasporto e

messa in opera del materiale, tutti questi processi avvengono entro

1 ora), a lungo termine sono i fenomeni di polimerizzazione e

ossidazione a lungo termine che si hanno durante l’esercizio della

pavimentazione che ha una vita utile di circa 20 anni. Ci sono

delle prove che permettono di simulare l’invecchiamento,

vedremo solo la prova che permette di simulare l’invecchiamento

del bitume a breve termine.

Prova di resistenza all’indurimento - Metodo Rolling Thin

Film Oven Test, RTFOT.

La prova consistente nel sottoporre dei campioni di bitume ad

azione combinata delle alte temperature con l’ossigeno. Questa

simulazione avviene all’interno di un forno che mi permette di

regolare la tempera