Costruzioni di strade, ferrovie ed aeroporti - Teoria

Prova Marshall

Lo schema di prova è il seguente: Si prende il campione lo si blocca con delle ganasce che creano un minimo di contenimento del materiale. Il provino lo si porta a rottura secondo delle modalità standard e si misurano fondamentalmente 3 parametri: - Stabilità Marshall ossia la forza max in corrispondenza della quale si ha la rottura del provino. - Scorrimento Marshall ossia lo spostamento max in corrispondenza del punto di rottura. - Rigidezza Marshall è definita come il rapporto tra la Stabilità Marshall e lo Scorrimento Marshall. Tutti e tre i parametri sono definiti e specificati in termini di valori ammissibili nelle prescrizioni di capitolato. Di questi tre provini portati a rottura nella modalità Marshall, in linea di massima se tutto è stato svolto correttamente, solo uno sarà quello che riesce a soddisfare tutti e tre i requisiti, oppure nessuno. Se nessuno dei 3 provini soddisfa i requisiti siritorna sulla curva granulometrica, se ne sceglie un'altra e si rifà tutta la procedura da capo. Fino a quando non si trova la combinazione curva granulometrica tenore dibitume che soddisfa i requisiti. A quel punto si scrive tutto in un rapporto di prova che il direttore di cantiere dovrà fornire al direttore dei lavori che dovrà accettarlo o meno permettendo o non la produzione della miscela e la sua posa in opera. Dato che effettuare una prova a trazione è spesso e volentieri complesso si fanno prove a trazione indiretta nelle quali, si può dimostrare a livello teorico che sul piano diametrale si ha una distribuzione uniforme di tensioni di trazione che portano a rottura per trazione indiretta il provino. PROVA A TRAZIONE INDIRETTA

Lezione 25°, 22 maggio 2017

La Marshall mix design è la procedura sviluppata e proposta da più di 70 anni nell'ambito delle miscele bituminose che segue, appunto, il metodo Marshall. Essa

È tutt'oggi seguita dalla maggior parte degli enti gestori per la progettazione delle miscele bituminose; fa eccezione la società Autostrade che utilizza una nuova procedura per tale progettazione basata su un'apparecchiatura che prende il nome di pressa giratoria. Un'apparecchiatura realizzata con una fustella cilindrica in acciaio in cui viene colato il conglomerato bituminoso a circa 130-140°; in seguito, mentre la miscela è in fase di raffreddamento, viene compattata con un carico verticale costante applicato mediante una piastra di carico leggermente disassata di circa 2° (un po' inclinata) la quale è posta in rotazione rispetto al suo asse di simmetria. La pressa giratoria opera una sorta di massaggio sulla miscela che, si è visto, induce una riallocazione e riorganizzazione degli aggregati lapidei molto simile a quella ottenuta dal passaggio di rulli lisci sulla miscela bituminosa. E' deltutto intuitivo pensare che compattare una miscela attraverso diversi passaggi di un rullo liscio applichi sollecitazioni del tutto differenti da quelle applicate dalla caduta di un grave; queste, quindi, sono sollecitazioni completamente diverse da quelle utilizzate in laboratorio attraverso i colpi di pestello di peso standard che cadono da un'altezza standard utilizzate nelle prove Marshall. Questa modalità, una più ampia procedura di mix design che è stata proposta nell'ambito di un articolato poi, si inquadra in programma di ricerca sulle miscele bituminose studiato dei primi anni degli anni '90 che prende il nome si SHARP ovvero un programma di ricerca molto ambizioso e costoso che tratta esclusivamente la caratterizzazione delle miscele stradali; erro ha dato luogo a questa nuova procedura usata dalla società Autostrade. Alla fine della procedura l'impresa avrà ricevuto un rapporto, un certificato, dal laboratorio da cui sisarà fatto fare lo studio della miscela; l'impresa provvederà a consegnare tale prove dei materiali rapporto al direttore dei lavori che, verificato il soddisfacimento dei requisiti di capitolato, accetterà la miscela. A questo punto la miscela definita nel rapporto, in termini di composizione granulometrica e tenore di bitume, diventa vincolante per l'impresa ovvero essa deve stare attenta poiché deve far sì che la miscela mantenga per tutto il tempo quelle caratteristiche e quelle proprietà. Per tale motivo a valle dello studio in laboratorio ci sono tutta una serie di controlli non solo legati alla posa in opera e al costipamento delle miscele bituminose ma anche alla composizione delle miscele stesse; questi controlli sono finalizzati a verificare che quella specifica miscela messa in opera sia non molto dissimile da quella progettata. I controlli quindi sono di natura prevalentemente: - Granulometrica - Volumetrica Innanzituttonella carota di uno strato visibile detto ovvero una emulsione bituminosa ovvero una miscela di bitume e acqua con un agente emulsionante che viene spruzzata sulla superficie dello strato prima di mettere in opera lo strato successivo fungendo come da adesivo tra i due strati adiacenti. Lo strato di base, una volta compattato, viene spruzzato con un leggero strato di mano d'attacco e poi successivamente viene messo in opera lo strato successivo in conglomerato bituminoso. Quando si preleva una carota a tutt'altezza si vedono abbastanza chiaramente i livelli in cui si trova questa mano d'attacco. Il conglomerato bituminoso è di solito confezionato in un impianto di produzione che si trova lontano dal cantiere il quale è collegato molto bene con la cava di prestito per motivi di convenienza logistica. È realizzato con una serie di tramogge che versano gli aggregati lapidei nel bitume; esso è riscaldato a 130-140° in maniera tale da permettergli

di assumere una viscosità fluida che gli consente un omogeneo ricoprimento degli aggregati lapidei. In seguito viene mescolato e attraverso tramogge viene collocato su dei camion coibentati muniti di cassone ribaltabile ovvero camion isolati termicamente cosicché durante il trasferimento al cantiere esso non subisca una forte diminuzione della temperatura. Una volta giunti in cantiere, i camion ribaltano il conglomerato su una finitrice, un macchinario che spande il conglomerato ancora caldo in maniera omogenea, ed in seguito subentrano i rulli lisci, dinamici o statici, che iniziano a compattare il conglomerato stesso. Questo treno di lavoro è preceduto da una scarificatrice o da una fresatrice:

• fresatura fondamentalmente è un'opera di demolizione che però non altera sensibilmente le caratteristiche granulometriche della miscela: viene disintegrato lo strato di bitume che deve essere rifatto. Il conglomerato se viene fresato può essere

riciclato. Le tecniche di riciclaggio sono molto diffuse nell'ambito della lavorazione delle miscele bituminose, infatti al 90% se ci si dovesse trovare a fare lavori con miscele stradali il materiale fornito in cantiere è riciclato. Questo per ovvi vantaggi legati al fatto che si abbattono i costi di trasporto a discarica, in quanto il conglomerato, essendo materiale non inerte, dovrebbe essere smaltito in discariche controllate; riutilizzandolo, invece, tali costi vengono abbattuti. Il problema legato al riutilizzo di un conglomerato riciclato è legato alla riprogettazione della miscela per raggiungere i requisiti richiesti dal metodo Marshall, ovvero non si ha più un assortimento granulometrico da progettare con pezzature presenti in cava: si ha già un conglomerato con pezzature provenienti da altri cantieri. Il problema ingegneristico è quello di capire come va integrata la curva granulometrica affinché rientri nel fuso di prescrizione e come.vanno modificate le percentuali di bitume considerando che il conglomerato fresato contiene già una certa quantità di bitume. E' necessario, quindi, integrare la curva granulometrica affinché rientri nel fuso e additivare del bitume al quale dovranno essere aggiunti additivi ringiovanenti. Il bitume di una miscela fresata è un bitume ossidato chimicamente, ovvero, essendo stato per molto tempo a contatto con ossigeno, questo lo ha reso più duro, quindi più fragile; tali additivi consentono al conglomerato bituminoso di tornare ad avere valori di consistenza, penetrazione, palla e Frass simili a quelli di un bitume "vergine". Le tecniche di riciclaggio sono comunque diffuse. - La scarifica viene menzionata nel caso di rimozione totale di una pavimentazione stradale oppure di preparazione di un sottofondo. Per la scarifica vengono utilizzate macchine come, ad esempio, escavatori. Una volta che il camion con cassone

Ribaltabile arriva in cantiere, prima della stesa un tecnico provvederà aprelevare, in base al quantitativo da gettare in opera, un certo numero di campioni di materiale che riempiranno alcune cassette di legno, più o meno 50x50x30 centimetri. Sono cassette di legno perché sono più semplici da smaltire. Questo definisce un cosiddetto prelievo alla stesa. Una volta raffreddato, il conglomerato torna in laboratorio, viene riscaldato, con esso vengono costituiti dei provini secondo la modalità Marshall e quali vengono rotti secondo la modalità Marshall; tutto ciò per controllare che quella miscela che è essa in opera abbia le stesse caratteristiche e prestazioni dichiarate nello studio della miscela stessa. La miscela prelevata alla stesa prima di essere rotta secondo modalità Marshall viene compattata e su di essa viene effettuata una misura della densità denominata densità Marshall. Tale misura viene confrontata con

la densità in sito è stata valutata mediante l'acquisizione di una carota. Successivamente, è stata confrontata con la densità ottenuta in laboratorio.