Le deformazioni permanenti nelle pavimentazioni flessibili: previsione ed evoluzione del fenomeno mediante modellazione e indagini di laboratorio

This work focuses on the development of permanent deformations in flexible pavements and proposes a procedure to predict rutting depth in a real pavement solely based on laboratory results. Two mechanical tests - Wheel Tracking Test (ORM) and Uniaxial Cyclic Compression (CCA) - were performed on four asphalt mixtures representative of a standard Swiss motorway pavement structure (SDA 8–12, AC B 22 H, AC T 22 H, AC F 22) at two temperatures (T = 50 °C and T = 60 °C) to enable direct comparison of outcomes. For the wearing course mixture, the CCA test was repeated at T = 40 °C. Two rheological tests were performed on the recovered bitumen from all mixtures using a Dynamic Shear Rheometer (DSR): Temperature Sweep (T-SWEEP) and Multiple-Stress Creep-Recovery (MSCR). In a second phase, a multilayer elastic modelling software was employed to simulate the rutting response of pavement layers composed of the analysed materials. The mechanical tests were modelled in both elastic and viscoelastic domains, and the outputs were processed using theoretical accumulation laws; among the models considered, the elastic-domain formulation by Veverka was the most similar to the experimental data. The real pavement was then modelled assuming average Swiss air temperature and average motorway traffic. Using elastic moduli derived from the mechanical tests to characterise the materials, rutting was estimated for both test frameworks. The two predictions differed markedly: ≈ 20mm for ORM versus ≈ 110mm for CCA over a 10-year horizon. Finally, a pseudo-viscoelastic method for rutting prediction is proposed, capable of relating mixture moduli to actual temperature and traffic conditions while maintaining a clear link to the laboratory tests performed. Under the same conditions considered in the previous method, the two predictions yielded the following results: ≈ 20mm for ORM versus ≈ 40mm for CCA over a 10-year horizon. A sensitivity analysis over different temperature conditions (T = 40, 50, 60 °C) and daily traffic levels (tg = 3000, 5000, 7500 axles/day) produced trends consistent with the expected evolution of rutting in flexible pavements.

L’elaborato si concentra sul fenomeno di formazione di deformazioni permanenti in pavimentazioni flessibili e propone una procedura di previsione della profondità d’ormaia di una pavimentazione reale a partire da soli risultati di laboratorio. Sono state eseguite due prove meccaniche - Wheel Tracking Test (ORM) e Compressione Ciclica Uniassiale (CCA) - su quattro miscele bituminose tipiche di un pacchetto di pavimentazione autostradale standard svizzero (SDA 8-12, AC B 22 H, AC T 22 H, AC F 22) a due diverse temperature, T = 50 °C e T = 60 °C, per permettere il confronto dei risultati. Per la miscela di usura SDA 8-12 la prova CCA è stata eseguita anche a T = 40 °C. Per tutti i materiali si sono effettuate due prove reologiche su bitumi da recupero con reometro DSR: Temperature-Sweep e Multiple-Stress Creep-Recovery. In una seconda fase, si è impiegato un software di modellazione a multistrato elastico per simulare il comportamento a ormaiamento di una pavimentazione composta dai materiali analizzati. Si sono modellate le prove meccaniche con analisi in campo elastico e viscoelastico, elaborando i risultati con leggi di accumulo da letteratura; tra quelli considerati, il modello di Veverka in campo elastico è risultato il più affine ai dati. Si è quindi modellata la pavimentazione reale con questo modello, assumendo temperatura dell’aria media svizzera e traffico autostradale medio. Caratterizzando i materiali con i moduli elastici ottenuti dalle prove meccaniche, si è stimata l’ormaia per le due prove. Le due stime hanno dato esiti differenti: ≈ 20mm per l’ORM contro ≈ 110mm per la CCA in 10 anni. Si è infine proposto un metodo pseudo-viscoelastico per la stima dell’ormaia, in grado di legare i moduli delle miscele a temperatura e traffico reali, mantenendo il riferimento alle prove di laboratorio effettuate. A parità di condizioni considerate nel metodo precedente, le due stime hanno dato i seguenti esiti: ≈ 20mm per l’ORM contro ≈ 40mm per la CCA in 10 anni. Si è poi eseguita un’analisi di sensibilità variando la temperatura (T = 40, 50, 60 °C) e il traffico giornaliero (tg = 3000, 5000, 7500 assi/giorno) ottenendo un andamento coerente con l’evoluzione attesa del fenomeno di ormaiamento.