Lo studio e la sperimentazione sulla deformazione dei conglomerati bituminosi e sulla loro resistenza è da sempre stato uno dei temi più approfonditi in diversi ambiti di ricerca sia ingegneristici sia chimici, in ambienti universitari e aziendali.
Tra le varie tipologie di infrastrutture stradali, particolare attenzione è stata dedicata al manto di usura Splittmastix Asphalt (SMA10), uno dei manti di usura più tecnologici ed avanzati al mondo. In particolar modo, i ricercatori si sono concentrati sulla formazioni delle cosiddette "ormaie", impronte stradali per lo più strette ed allungate che si formano sulla parte più superficiale della pavimentazione stradale in seguito al ripetuto passaggio delle ruote dei veicoli, specialmente dei mezzi pesanti.
Per approfondimenti sullo Splittmastix Asphalt (SMA10) consigliamo il nostro articolo dedicato.
Durante tutto il suo ciclo vitale, la pavimentazione stradale è soggetta a diverse forze e a diversi comportamenti meccanici e chimici. I due principali sono quelli Viscoelastici e Termoplastici.
Il comportamento Viscoelastico e Termoplastico delle varie miscele bituminose messe in opera a caldo, cosiddette "Hot Mix Asphalt", espone queste pavimentazioni stradali al rischio di deformazioni permanenti causate non solo dal calore, ma anche dall'azione delle condizioni atmosferiche e del traffico. Il "rutting", ovvero queste deformazioni del manto di usura, possono, nella stragrande maggioranza dei casi, compromettere la regolarità dello strato più superficiali dell'infrastruttura stradale, causando non poche problematiche agli automobilisti.
Il processo di "ormaiamento" è un meccanismo di danneggiamento dell'asfalto che si sviluppa in maniera progressiva con l'aumento del numero di passaggi delle ruote delle vetture e specialmente dei mezzi pesanti, creando solchi longitudinali, i peggiori dei quali generano un "effetto rotaia", obbligando i mezzi a seguire traiettorie praticamente obbligate.
Tale problematica, oltre ad essere un evidente problema per la sicurezza della viabilità urbana ed extraurbana, causa ulteriori gravi problemi come la creazione di vasche di accumulo dell'acqua che contribuiscono al danneggiamento dell'infrastruttura stradale specialmente nei periodi più rigidi dell'anno.
Il verificarsi di questi comportamenti dannosi sulla superficie del manto stradale, hanno incentivato nel corso degli anni lo sviluppo di metodi di studio dedicati a questo fenomeno oltre che alla creazione di strumentazioni in grado di simulare tali fenomeni in un ambiente di laboratorio.
La tendenza delle miscele bituminose a deformarsi seguendo un comportamento di tipo "plastico", ha pertanto dato il via ad una corsa agli studi sul fenomeno del "rutting" (solco) ricorrendo a dei veri e propri "simulatori di traffico" tramite l'uso di "macchine ormaiole" capaci di riprodurre, in scala molto più ridotta, l'azione deformante del carico veicolare e delle ruote viaggianti.
Come anticipato nel paragrafo precedente, le prove di simulazione del fenomeno del "rutting", permettono di riprodurre scenari tenso-deformativi dei materiali adoperati per la costruzione delle infrastrutture stradali.
Queste prove sono realizzate attraverso "macchinari ormaioli" in grado di riprodurre il fenomeno delle "ormaie" non solo in un ambiente neutro, ma anche simulando determinate condizioni atmosferiche.
Questa sperimentazione permette di determinare non solo in quanti cicli veicolari si verificherà l'effetto "rutting", ma permette anche di determinare le condizioni che accelerano o rallentano il verificarsi di questo evento deformante del manto.
I principali "simulatori di traffico" oggi in uso sono:
Il WTM, o "Wheel Tracker Machine", è un dispositivo utilizzato per determinare la tendenza che hanno i materiali bituminosi a deformarsi sotto il carico di una ruota sia in fase di movimento sia in fase di fermo.
Le prove vengono effettuate sia in situazioni ideali, ovvero con condizioni climatiche neutre, sia mettendo in scena condizioni climatiche più o meno estreme come caldo estivo, freddo invernale, pioggia e grandine.
Tali prove non vengono ovviamente effettuate su delle strade vere, ma su delle lastre che simulano gli strati dell'infrastruttura stradale utilizzando gli stessi materiali utilizzati proprio per la costruzione delle strade.
La misurazione ottenuta da questo macchinario è la "suscettibilità" dei materiali bituminosi a deformarsi e viene stimata grazie al solco formatosi dal passaggio ripetuto delle ruote caricate sul macchinario.
I cicli detti di "carico" sono solitamente impostati sui 10.000 e ogni ciclo della ruota consiste in un doppio passaggio, uno in avanti e uno all'indietro, questo per simulare il moto delle autovetture.
L'FRT, o "French Rutting Tester", è un macchinario che fu studiato nei laboratori del "Central des Ponts et Chaussees" che viene utilizzato per valutare le caratteristiche meccanico-fisiche delle miscele bituminose.
Questo "rutting tester" è equipaggiato con un pneumatico gonfiato a 600 kilopascal che compie la bellezza di 30.000 cicli rotatori su una lastra compattata.
Sfruttando un sistema spinto così all'estremo, l'FRT produce dei risultati completamente non attendibili se adoperato su piastre con aggregati aventi diametro superiore a 20 mm. Questa non attendibilità è dovuta dal fatto che la larghezza della lastra è troppo piccola rispetto alla larghezza del pneumatico utilizzato sul macchinario. Oltre a questo, una miscela di questo tipo provoca un deterioramento tale sulla ruota da far risultare la prova inattendibile a causa dell'eccessivo danneggiamento del pneumatico che in circostanze di vita reale verrebbe sostituito molto prima.
Proprio per questi evidenti limiti dello strumento utilizzato per le simulazioni, esso viene quasi solamente adoperato per simulare il logoramento causato dai mezzi di trasporto pubblici come treni, tram, autobus a filo e altri mezzi di trasporto che devono seguire un percorso praticamente predefinito.
L'APA, o "Asphalt Pavement Analyzer", è un dispositivo utilizzato per la misurazione e per la previsione delle deformazioni permanenti della pavimentazioni stradali.
Nato nel 1980, ha visto nel corso dei decenni diverse versioni migliorate e aggiornate alle nuove tipologie di asfalto.
Al contrario degli altri strumenti di simulazione, l'APA è dotato di una ruota di alluminio che agisce sulla lastra asfaltica attraverso un braccio meccanico il quale esercita una pressione che simula il carico trasmesso dall'attività veicolare.
Anche in questo caso, similmente al WTM, vengono messi in simulazione sia scenari neutri, sia scenari climatici di vario genere come freddo, caldo e pioggia.
Sulle lastre di prova, la ruota di alluminio effettua 8.000 cicli e il braccio meccanico esercita una pressione costante di 690 kilopascal.
La misurazione della deformazione permanente così ottenuta viene misurata in maniera del tutto standard in mm.
L'HWTD, o "Hamburg Wheel Tracking Device" è un macchinario tedesco utilizzato per la valutazione della suscettibilità all'ormaiamento di tutte le "miscele bituminose".
Tale macchinario presenta una ruota d'acciaio posta direttamente a contatto con il campione da analizzare. Al contrario degli altri campioni, questi hanno forma prismatica e vengono immersi in acqua ad una temperatura costante di circa 50°C. Inoltre, vengono sottoposti a ben 20.000 cicli.
A differenza degli altri sistemi di sperimentazione, la profondità dell'ormaia è misurata di continuo sul campione messo in esame e non solo alla fine della simulazione.
In questo nostro articolo abbiamo preso in considerazione alcune delle prove simulative di traffico più usate per la determinazione delle "deformazioni permanenti".
Fin dalla stesura della prima infrastruttura stradale, la preoccupazione principale dei costruttori di strade è stata quella di riuscire a far durare la propria opera il più a lungo possibile e anzi, riuscire a prevedere quando essa avrebbe iniziato ad avere problemi strutturali.
La sperimentazione continua ogni giorno ed è grazie ad essa che oggi possiamo avere strade tecnologicamente sempre più avanzate e soprattutto sempre più sicure.
Per approfondimenti sulla manutenzione stradale, consigliamo i nostri articoli dedicati:
La manutenzione delle Pavimentazioni Stradali è di vitale importanza per la corretta efficienza di tutta l'infrastruttura stradale e soprattutto per la sicurezza dei mezzi transitanti.
Grazie alla nostra esperienza pluriennale sia nel campo della produzione con Futura Conglomerati, parte del nostro gruppo, sia nel campo della manutenzione di ogni tipologia di pavimentazione stradale, siamo in grado di offrire i migliori servizi di manutenzione a prezzi competitivi, anche per pavimentazioni stradali speciali e dall'alto contenuto tecnologico.
Contattaci per avere ulteriori informazioni e per richiedere un preventivo.
