Analisi del comportamento di pavimentazioni in conglomerato bituminoso soggette a reflective cracking in presenza di geocompositi

One of the main phenomena of deterioration of the road pavements is the fatigue cracking: even if the maximum intensity of loads is lower than that of breaking, their cyclical sequence in time actually damages the pavement. If an operation of restoration based on the partial reconstruction of bound layers is undertaken, the cracks in the part not removed will constitute a condition leading those cracks to go up again towards the surface, a phenomenon known as reflective cracking. An operation used to delay this phenomenon involves the application of synthetic reinforcements in the interface between the existing pavement and the new layer. Despite a very extensive literature on the topic, to this day there is no standard method for the assessment that this material has on the fatigue life of the pavement. This thesis is part of a larger research by the Department of Transport Infrastructure of the Polytechnic of Milan attempting to assess the validity of the use of geosynthetics in the design of pavements. Specifically, through a two-dimensional finite elements model, implemented in the software Abaqus, the phenomenon of reflective cracking in two different types of road restoration has been simulated. The first was used to simulate the reconstruction of the top 10 cm of bound layers on a total of 20 cm, while in the second model such operation regards only the top 5 cm. As far as the reinforcement function is concerned, the choice fell on the use of geocomposite, materials consisting of a geotextile and a fiberglass geogrid. The finite elements model was instrumental in the calculation of the Stress Intensification Factor (SIF) which, coupled with the use of Paris’ Law, has allowed us to estimate the number of load cycles required for the re-ascending of the crack and the performance of the geocomposite. It has also been taken into account: the mechanical properties of the bound layers, of the geocomposite, and of the substrate; as well as the thickness of the foundation and the position of the applied load.

Uno dei principali fenomeni di deterioramento delle pavimentazioni stradali è la fessurazione per fatica: anche se l’intensità massima dei carichi è inferiore a quella di rottura il loro susseguirsi ciclico nel tempo danneggia la pavimentazione. Se una pavimentazione subisce un intervento di ripristino basato sul rifacimento parziale degli strati legati, le fessure presenti nella parte non rimossa costituiscono una condizione di innesco e risalita delle stesse verso la superficie, fenomeno conosciuto con il nome di reflective cracking. Un intervento utilizzato per ritardare questo fenomeno è l’applicazione di rinforzi sintetici all’interfaccia tra pavimentazione esistente e nuovo strato. Nonostante una letteratura molto ampia in merito, ad oggi non esiste una metodologia standardizzata per la valutazione degli effetti che questo materiale ha sulla vita a fatica della pavimentazione. Questo elaborato di tesi si colloca all’interno di uno studio più ampio del Dipartimento di Infrastrutture di Trasporto del Politecnico di Milano, il quale cerca di verificare la validità dell’uso dei geosintetici nel progetto di pavimentazioni. Nello specifico, attraverso un modello a elementi finiti bidimensionale, implementato nel software Abaqus, si è simulato il fenomeno del reflective cracking in due differenti tipologie di ripristino stradale. Nella prima si vuole simulare il rifacimento dei primi 10 cm degli strati legati su un totale di 20 cm, mentre nel secondo caso l’intervento riguarda solo i primi 5 cm. Per la funzione di rinforzo si è scelto l’impiego di geocompositi, materiali costituiti da un geotessile e da una geogriglia in fibra di vetro. Attraverso il modello a elementi finiti si è calcolato il Fattore di Intensificazione degli Sforzi (SIF) che, con l’utilizzo della Legge di Paris, ha permesso di stimare il numero di cicli di carico necessario per la risalita della fessura e il rendimento del geocomposito. Inoltre, si è tenuto conto dell’influenza: delle proprietà meccaniche degli strati legati, del geocomposito e del sottofondo; dello spessore della fondazione e della posizione del carico applicato.