Analisi sperimentale e teorica dell'evoluzione delle deformazioni permanenti all'interno di conglomerati bituminosi additivati con fibre e polimeri

The aim of this work is the study of permanent deformations within asphalt concrete for binder layers. The work has been divided in two main phases: (I) measurement of permanent deformations through laboratory tests; (II) analysis of the results and comparison with an empirical mechanistic degradation model. In particular, in the first phase, four mixes containing respectively: (1) only bitumen, (2) cellulose and synthetic fibers, (3-4) two types of plastomeric polymers, have been carried out. Wheel tracking tests were performed in accordance to UNI EN 12697-22 at two different temperature regimes (30°C and 60°C) on prismatic specimens compacted by the mean of a Roller Compactor. Test results have been expressed both in terms of rut depth (mm) at 10000 cycles, and slope of permanent deformation-load cycles curve. The second phase allowed to compare the results from tests to those obtained from mechanistic-empirical rutting models from literature. In particular, the model developed in the NCHRP Project 1-37A and the base of the MEPDG software was used. For this purpose the stiffness modulus of mixes was calculated at different temperature and frequency in order to built master curves. These curves allowed to obtain the input values needed by the model for the calculation of the permanent deformations. Results of the experimental investigation show that polymers induce an increase of the initial stiffness and a reduction of permanent deformations proportional to their dosage. On the other hand the addition of fibers doesn’t lead to significant improvements neither in stiffness and permanent deformations. The comparison between tests and the rational model showed a good correlation (high value of R2) for both standard and polymer-modified mixtures.

Lo scopo del presente elaborato è lo studio delle deformazioni permanenti all’interno di conglomerati bituminosi per strati di binder. Il lavoro è stato suddiviso in due fasi principali: (I) misura della deformazioni permanenti tramite prove di laboratorio, (II) analisi dei risultati e confronto con un modello di degrado empirico meccanicistico. Nello specifico, nella prima fase si sono realizzate quattro miscele contenenti rispettivamente: (1) solo bitume, (2) fibre in cellulosa e sintetiche da recupero, (3-4) due tipologie di polimeri plastomerici. Le prove di ormaiamento sono state eseguite in accordo con quanto specificato dalla normativa UNI EN 12697-22 a due diversi regimi di temperatura (30°C e 60°C) su provini prismatici compattati in laboratorio a 140°C mediante Roller Compactor. I risultati di tali prove sono stati espressi sia in termini di profondità (in mm) delle deformazioni dopo 10˙000 cicli, sia di pendenza della curva deformazione permanente-cicli di carico. La seconda fase del lavoro invece ha permesso di confrontare tali risultati con quelli ottenibili dai modelli razionali di ormaiamento presenti in letteratura. In particolare è stato fatto riferimento al modello sviluppato nel progetto NCHRP 1-37A e alla base del software MEPDG. In tal senso, sono stati calcolati i moduli di rigidezza delle singole miscele in diverse condizioni di frequenza e temperatura al fine di costruire le curve maestre. Tali curve hanno permesso di ottenere i valori di input necessari al modello per il calcolo delle deformazioni permanenti teoriche. I risultati delle indagini sperimentali mostrano che l’additivazione con entrambe le tipologie di polimeri comporta un aumento della rigidezza della miscela ed una riduzione delle deformazioni permeanti proporzionale al dosaggio di additivo. L’aggiunta di fibre invece non ha portato significativi miglioramenti né per il modulo di rigidezza né per la formazione di deformazioni permanenti. Il confronto con il modello razionale mostra, infine, l’esistenza di un’ottima correlazione (indice R2) tra i valori sperimentali e quelli teorici sia per le miscele standard che per quelle additivate con polimeri.