Indagine sperimentale e modellazione non lineare sul danneggiamento a fatica nei leganti bituminosi. = Experimental testing and non-linear modelling of fatigue damage in bituminous binders.

La fatica è probabilmente uno dei più comuni danneggiamenti che agisce sulle pavimentazioni di tipo flessibile. Al transito di ciascun veicolo, infatti, gli strati legati a bitume sono soggetti all’applicazione ciclica di carichi di breve durata che generano un’alternanza di sollecitazioni di trazione/compressione che possono causare la nascita di microlesioni in essi. Il perseverare di questi carichi nel tempo porta alla coalescenza di tali microlesioni che si manifesta tramite la comparsa di fessure sempre più importanti che, inevitabilmente, conducono ad un progressivo decadimento delle caratteristiche strutturali e funzionali della pavimentazione. Per stimare il degrado meccanico indotto dalla fatica si è proposto un modello che tiene conto della non linearità nella stima del danno che si osserva in un legante bituminoso soggetto a carichi ciclici. Il modello proposto, Non-Linear Viscoelastic Continuum Damage Model (NL-VECD), ha preso spunto da quello tradizionale (VECD) e si basa sugli stessi principi di base: il principio di corrispondenza elastico-viscoelastico, la teoria del lavoro potenziale e il principio di sovrapposizione tempo-temperatura. Grazie a questi postulati si ha il vantaggio di utilizzare delle pseudo grandezze così da eliminare la viscoelasticità dallo studio e permettere, dunque, di implementare un’analisi elastica in luogo di una viscoelastica. È possibile, inoltre, studiare in maniera indipendente gli effetti viscoelastici lineari, quelli non lineari e il danno (sotto forma di fessure). La validazione del modello ha previsto l’esecuzione di prove di laboratorio in regime oscillatorio eseguite utilizzando un reometro rotazionale. Dopo aver individuato il range del campo viscoelastico lineare di ciascun bitume mediante prove amplitude sweep, si sono svolte prove frequency sweep grazie a cui è stato possibile caratterizzare ciascun materiale nel campo lineare, determinando quindi le curve maestre per ciascun bitume indagato. Per la caratterizzazione non lineare e la stima degli effetti del danno, sono state invece necessarie prove multiple strain sweep e time sweep (test a fatica). A partire dagli output delle prove a fatica, sono state applicate le equazioni che il modello prevede introducendo coefficienti che tenessero conto dei fenomeni non lineari in modo da valutare, ciclo per ciclo, il danno (rappresentato dalla variabile di stato interna) e l’integrità del materiale (rappresentata dal modulo pseudo secante). Le curve di danno così determinate hanno evidenziato un unico andamento caratteristico per ciascun materiale, indipendente dalla temperatura di prova e dall’entità della deformazione imposta. Sono stati indagati quattro tipi di leganti bituminosi aventi composizione chimica e caratteristiche tenso-deformative differenti tra loro. Le prove sono state eseguite sia su leganti vergini che invecchiati a lungo termine mediante attrezzatura PAV.