Asphalt Concrete Mixture
11.6.1.2 Distorsione
La distorsione della pavimentazione è il risultato dell’instabilità della miscela di asfalto, del movimento o della debolezza della base granulare o del sottofondo e, inoltre, le crepe della pavimentazione possono accompagnare alcuni tipi di distorsione. La distorsione della pavimentazione può assumere molte forme, ma l’erosione e la spinta sono le più comuni.
L’erosione (la formazione di depressioni canalizzate, solchi) si verifica nelle tracce delle ruote di una superficie di pavimentazione. La scanalatura è un problema serio perché i solchi contribuiscono ad una superficie di guida ruvida e possono riempirsi d’acqua durante la pioggia o gli eventi di neve, che possono poi causare ai veicoli che viaggiano sulla strada di aquaplane e perdere il controllo.
La scanalatura (spesso indicata come deformazione permanente) è una forma comune di sofferenza nelle pavimentazioni flessibili ed è causata quando i pneumatici dei camion (carichi o pesanti) si muovono su una pavimentazione di cemento asfaltato, la pavimentazione si devia di una quantità molto piccola. Queste deviazioni variano da molto meno di un decimo di millimetro in tempo freddo – quando la pavimentazione e il sottofondo sono molto rigidi – a un millimetro o più in tempo caldo – quando la superficie della pavimentazione è calda e molto morbida. Se il modulo elastico della miscela è sufficiente, la pavimentazione tende a tornare alla sua posizione originale dopo che il pneumatico del camion passa sopra un determinato punto della pavimentazione. Spesso, tuttavia, la superficie della pavimentazione non si riprende completamente lasciando una quantità molto piccola (ma non insignificante) di deformazione permanente della pavimentazione nel percorso della ruota. Di conseguenza, dopo che molti carichi di ruote sono passati sulla pavimentazione – il numero di carichi di ruote varierà con la qualità della pavimentazione – l’ormaiamento può diventare significativo portando a pavimentazioni gravemente solcate con 0,75 pollici o più (20 mm o più) di profondità. Profondità di solchi di circa 10 mm o più sono di solito considerati eccessivi e un pericolo significativo per la sicurezza.
I solchi del sottofondo della pavimentazione sono causati dal consolidamento o dallo spostamento dei materiali a causa del carico ripetuto del traffico. In casi gravi, può verificarsi un sollevamento all’esterno del solco. Questa modalità di guasto si verifica nella base o nel sottofondo come risultato di sollecitazioni eccessive, infiltrazioni di umidità, o un errore di progettazione di base. Quindi, potrebbe apparire come una depressione nel percorso della ruota o come un sollevamento lungo i lati del solco. Le ondulazioni si verificano normalmente quando una pavimentazione è appena costruita e diventano minime quando il legante dell’asfalto si indurisce e invecchia. La formazione di solchi è anche causata da camion che trasportano carichi pesanti su pneumatici con pressioni di gonfiaggio molto aumentate su pavimentazioni non progettate per sopportare quel tipo di stress. Queste miscele avevano un contenuto di asfalto troppo alto, un contenuto di fini troppo alto, aggregati rotondi e dalla struttura liscia e asfalto troppo morbido. I miglioramenti nelle procedure di progettazione delle miscele, nelle specifiche e nei test degli aggregati e nei leganti PG hanno ridotto significativamente i problemi di orlatura.
Infine, l’orlatura è più comune in estate quando le temperature elevate ammorbidiscono il cemento dell’asfalto. Sulle pavimentazioni in asfalto a freddo (CMA), la mancanza di aerazione o di indurimento dell’emulsione può risultare in un conglomerato tenero che si increspa. Questo è un problema soprattutto quando la pavimentazione a conglomerato freddo viene costruita alla fine dell’anno. Altre forme correlate di deformazione permanente includono lo “shoving” e il “wash boarding”.
Shoving (corrugamenti, wash-boarding) è una forma di deformazione plastica che si traduce in increspature sulla superficie della pavimentazione. Si verificano tipicamente quando c’è un forte stress orizzontale dove il traffico inizia e si ferma, sulle discese dove i veicoli frenano, alle intersezioni e sulle curve orizzontali strette. Le ondulazioni sono solitamente causate da troppo asfalto o dall’uso di un asfalto molto morbido nella miscela.
Shoving si verifica tipicamente alle intersezioni quando i veicoli si fermano, esercitando una forza laterale sulla superficie della miscela calda causandone la deformazione eccessiva attraverso la pavimentazione, piuttosto che all’interno dei solchi delle ruote. Il wash boarding è un fenomeno simile ma, in questo caso, la deformazione prende la forma di una serie di grandi increspature sulla superficie della pavimentazione. La formazione di solchi, la spinta e il wash boarding possono essere il risultato di una deformazione permanente in qualsiasi parte della pavimentazione – il sottofondo, il sottofondo granulare o uno qualsiasi degli strati legati. Una deformazione permanente eccessiva in uno o più degli strati legati è il risultato di una miscela di calcestruzzo asfaltato che manca di forza e rigidità alle alte temperature. Diversi problemi con un mix design, come la selezione di un legante asfalto che è troppo morbido per il clima dato e il livello di traffico, può rendere incline a ormaie e altre forme di deformazione permanente.
La disintegrazione è la rottura di una pavimentazione che inizia con la perdita delle particelle di aggregato fine dalla superficie della pavimentazione e procede alla formazione di buche. È l’afflizione progressiva verso il basso negli strati inferiori della pavimentazione che porta a grandi pezzi di frammenti non legati. Questo cedimento può essere il risultato di un carico di fatica, poiché si formano enormi buche sulla pavimentazione quando i frammenti vengono staccati dal traffico. I vari tipi di disintegrazione della pavimentazione sono raveling/weathering, delaminazione, stripping e buche.
Raveling (weathering) è la perdita progressiva di aggregato dalla superficie della pavimentazione. Il Raveling è una delle complicazioni che derivano dallo stripping. Può essere descritto come la perdita progressiva di materiale superficiale a causa degli agenti atmosferici o dell’abrasione della superficie. Inizia quando gli aggregati fini si staccano dal cemento asfaltato lasciando piccole macchie ruvide sulla superficie della pavimentazione, che aumentano man mano che le particelle di aggregato più grandi si staccano dalla superficie della pavimentazione. Man mano che progredisce, le particelle di aggregato più grandi si staccano a causa della mancanza di supporto delle particelle fini circostanti. Il Raveling è accelerato nelle corsie dal traffico. L’invecchiamento si verifica su tutta la superficie della pavimentazione, comprese le aree non trafficate. Sia l’acqua che il traffico sono di solito necessari per causare un’estesa ondulazione. Il raveling è causato da alti vuoti d’aria nell’asfalto a caldo a causa di una cattiva compattazione o di una pavimentazione di fine stagione. Inoltre, un mix di asfalto magro (troppo poco asfalto) o il surriscaldamento dell’asfalto nell’impianto di asfalto misto (che porta alla rottura di una strutturazione del legante legata all’aggregato) può anche provocare il raveling. Il raveling si verifica anche quando i pneumatici staccano le particelle di aggregato dalla superficie di una pavimentazione in asfalto a caldo. Molti degli stessi fattori che contribuiscono alla scarsa resistenza alla fatica contribuiscono anche al raveling, compresi i bassi contenuti di legante d’asfalto e la scarsa compattazione del campo. Poiché la superficie della pavimentazione è esposta all’acqua della pioggia e della neve, la scarsa resistenza all’umidità può anche accelerare lo sgretolamento nelle pavimentazioni in conglomerato bituminoso a caldo.
Lo sgretolamento è la graduale perdita di adesione tra il film di asfalto e la superficie dell’aggregato, con conseguente perdita di integrità della miscela di asfalto caldo. Di conseguenza, la pavimentazione diventa suscettibile di varie forme di fallimento perdendo la sua rigidità strutturale. I fattori che contribuiscono allo stripping includono: acqua sulla pavimentazione con alto carico di traffico, temperatura elevata, natura degli aggregati e del legante, e scarsa compattazione. Lo stripping può portare ad altre forme di sofferenza come fessurazioni e ormaie.
L’acqua non scorre facilmente attraverso le pavimentazioni in conglomerato bituminoso che sono state costruite con cura ed efficienza, ma scorre molto lentamente anche attraverso il materiale ben compattato. L’acqua può farsi strada tra le superfici degli aggregati e il legante dell’asfalto in una miscela, indebolendo o addirittura distruggendo totalmente il legame tra questi due materiali (stripping). I danni da umidità possono verificarsi rapidamente quando l’acqua è presente sotto una pavimentazione, come quando le pavimentazioni sono costruite su aree scarsamente drenate e non sono adeguatamente progettate o costruite per rimuovere l’acqua dalla struttura della pavimentazione. Infatti, l’esposizione occasionale all’acqua può causare danni da umidità nei conglomerati bituminosi a causa di una progettazione errata o di una costruzione difettosa o dell’uso di materiali scadenti.
I processi fisico-chimici che controllano i danni da umidità sono complessi in quanto diverse combinazioni di legante e aggregato d’asfalto presentano gradi molto diversi di resistenza ai danni da umidità. Infatti, è difficile prevedere la resistenza all’umidità di una particolare combinazione di asfalto e aggregato, anche se il mix di asfalto prodotto con aggregati che contengono un’alta proporzione di silice (come l’arenaria, la quarzite, il cervo e alcuni tipi di granito) tende ad essere più suscettibile ai danni da umidità. Una costruzione adeguata, in particolare una compattazione accurata, può aiutare a ridurre la permeabilità delle pavimentazioni in asfalto a caldo e, quindi, ridurre significativamente (anche mitigare) la probabilità di danni da umidità. Gli additivi anti-strappo possono essere aggiunti alle miscele di asfalto per migliorare la resistenza all’umidità – la calce idratata è uno dei più comuni e più efficaci di tali additivi.
La resistenza all’umidità delle miscele di asfalto a caldo può essere valutata (spesso indicata come la procedura Lottman). In questo test, sei campioni cilindrici di asfalto a caldo vengono compattati in laboratorio. Tre di questi sono sottoposti a condizionamento – saturazione sotto vuoto, congelamento e scongelamento – mentre gli altri tre non sono condizionati. Entrambe le serie di campioni vengono poi testate con la prova di tensione indiretta. La percentuale di resistenza mantenuta dopo il condizionamento è chiamata rapporto di resistenza alla trazione ed è un’indicazione della resistenza all’umidità di quella particolare miscela. Molte agenzie autostradali richiedono un rapporto di resistenza alla trazione minimo del 70-80% per le miscele di asfalto a caldo, ma bisogna ricordare che i dati di questo metodo di prova possono non essere sempre affidabili al 100% e possono fornire solo un’indicazione approssimativa della resistenza della miscela all’incursione dell’umidità e ai danni.
La delaminazione è la perdita localizzata dell’intero spessore di una copertura ed è causata dalla mancanza di un legame tra la copertura e la pavimentazione originale. Ancora una volta, l’acqua è l’agente causale, in particolare quando l’incursione dell’acqua avviene tra due strati della pavimentazione. Tuttavia, la delaminazione è di solito limitata all’area della carreggiata e impiega diversi anni dopo il rivestimento per diventare un problema serio, ma una volta che si verifica, la carreggiata è difficile da riparare. La pulizia della vecchia superficie e l’applicazione di un’emulsione di asfalto come tack coat (un sottile strato di asfalto usato nella costruzione o nel rifacimento di strade e autostrade) aiuterà ad alleviare il problema ed è particolarmente utile quando lo spessore del rivestimento è di due pollici (50 mm) o meno.
Le buche sono buchi a forma di scodella di varie dimensioni in una pavimentazione risultante dalla disintegrazione localizzata sotto il traffico. Causano l’allineamento difettoso delle ruote e possono iniziare con una piccola crepa che lascia entrare l’acqua e indebolisce la base della strada, o una piccola area di smussamento che va a tutta profondità, o un intero gruppo di buche può verificarsi durante la notte in un’area con crepe da alligatore di una pavimentazione sottile. Terreni poveri, scarso drenaggio, superficie d’asfalto troppo sottile, scarsa compattazione e scarsa manutenzione della pavimentazione possono portare alla formazione di buche.