Analisi dei metodi di mix design dei conglomerati bituminosi negli Stati Uniti: confronto tra l'approccio federale e quello dei singoli stati

The U.S. technical and regulatory framework governing the design of asphalt mixtures for highway applications constitutes a complex system that has developed over time through the interaction between federal standards and the practices adopted by individual states. This thesis aims to analyze that system in order to reconstruct its historical evolution, identify its theoretical foundations, and understand its main application criteria through a comparative analysis between the standards developed at the national level by AASHTO and FHWA and the operational choices made by the Departments of Transportation of the individual states. Particular attention is devoted to three fundamental areas of mix design: the classification and selection of asphalt binders, the characterization of aggregates, and the criteria used to define the properties of the mix design. The evolution of asphalt mix design criteria highlights the transition from traditional empirical methods, such as Marshall and Hveem, to the Superpave system developed within the SHRP program, which introduced an approach more closely oriented toward material performance under actual service conditions. Within this framework, particular importance is assigned to the Performance Grade system for asphalt binder classification, examined with specific reference to AASHTO M 320 and M 332 standards, which relate binder selection to climatic conditions and traffic levels. The analysis also addresses the role of aggregates, whose general requirements, defined at the federal level, are often supplemented by local specifications linked to resource availability, geological characteristics, and environmental needs in individual states. Similar attention is devoted both to the use of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) and to the evolution of mix design procedures, with particular reference to Balanced Mix Design (BMD), an approach that adds to traditional volumetric parameters, performance tests aimed at evaluating resistance to rutting, cracking, and moisture damage. The analysis reveals a system characterized by strong internal conceptual coherence, grounded in the Superpave paradigm, while at the same time showing significant application-related differences across the territory. This balance makes it possible to preserve a shared technical foundation while simultaneously adapting specifications and decision-making criteria to local operating conditions and material supply constraints. The result is a model in which the relationship between scientific research, local experimentation, and regulatory updating represents one of its main strengths.

Il quadro tecnico-normativo statunitense relativo alla progettazione delle miscele di conglomerato bituminoso in ambito autostradale costituisce un sistema articolato, sviluppatosi nel tempo attraverso l’interazione tra standard federali e applicazioni adottate dai singoli Stati. La presente tesi si pone come obiettivo l’analisi di tale sistema al fine di ricostruirne l’evoluzione storica, individuarne i fondamenti teorici e comprenderne i principali criteri applicativi, attraverso un’analisi comparativa tra gli standard elaborati a livello nazionale da AASHTO e FHWA e le scelte operative dei Dipartimenti dei Trasporti dei singoli stati. L’attenzione è rivolta a tre ambiti fondamentali del mix design: la classificazione e selezione del legante bituminoso, la caratterizzazione degli aggregati e i criteri di ottimizzazione della miscela. L’evoluzione dei criteri di progettazione delle miscele bituminose mette in evidenza il passaggio dai metodi empirici tradizionali, quali Marshall e Hveem, al sistema Superpave sviluppato nell’ambito del programma SHRP, che ha introdotto un approccio maggiormente orientato alle prestazioni dei materiali nelle reali condizioni di esercizio. In questo quadro assume particolare rilievo il sistema del Performance Grade per la classificazione dei leganti bituminosi, approfondito con riferimento alle norme AASHTO M 320 e M 332, che mettono in relazione la scelta del bitume con le condizioni climatiche e i livelli di traffico. L’analisi si estende inoltre al ruolo degli aggregati, i cui requisiti generali, definiti a livello federale, risultano spesso integrati da prescrizioni locali connesse alla disponibilità delle risorse, alle caratteristiche geologiche e alle esigenze ambientali dei singoli Stati. Analoga attenzione è rivolta sia all’impiego del fresato d’asfalto (RAP), sia all’evoluzione delle procedure di progettazione della miscela, con particolare riferimento al Balanced Mix Design (BMD), approccio che affianca ai tradizionali parametri volumetrici prove prestazionali finalizzate alla valutazione della resistenza all’ormaiamento, alla fessurazione e al danno da umidità. Dall’analisi emerge un sistema dotato di forte coerenza concettuale interna, fondato sul paradigma Superpave, ma al tempo stesso caratterizzato da significative differenziazioni applicative sul territorio. Tale equilibrio consente di mantenere una base tecnica condivisa e, al contempo, di adattare specifiche e criteri decisionali alle condizioni locali di esercizio e di approvvigionamento dei materiali. Ne risulta un modello in cui il rapporto tra ricerca scientifica, sperimentazione territoriale e aggiornamento normativo rappresenta uno dei principali fattori di forza.