Indagine sperimentale e modellazione FEM delle proprietà a rottura alle basse temperature dei leganti bituminosi con diversi gradi di invecchiamento = Experimental investigation and finite element modeling of low temperature failure properties of aged bituminous binders

La fessurazione di origine termica costituisce una delle principali cause di degrado delle pavimentazioni flessibili nell’ambito di quelle aree caratterizzate da un clima freddo. Dal momento che tale fenomeno si verifica quando le tensioni indotte termicamente superano la resistenza a trazione del conglomerato bituminoso, nasce la necessità di caratterizzare correttamente le proprietà dei leganti bituminosi alle basse temperature. Pertanto, il presente elaborato tratta la caratterizzazione delle proprietà a rottura dei leganti bituminosi alle basse temperature e l’influenza che il grado di invecchiamento del materiale ha sulle stesse. L’analisi delle proprietà a rottura è stata svolta sia attraverso un’indagine sperimentale, sia attraverso uno studio di simulazione numerica agli elementi finiti. Per quanto riguarda l’indagine sperimentale, sono state considerate due diverse tipologie di leganti bituminosi, un bitume tradizionale e un bitume modificato con SBS. Entrambi i materiali sono stati sottoposti alle prove RTFOT e PAV, in modo da simulare rispettivamente le condizioni di invecchiamento a breve e a lungo termine. In tal modo è stato possibile confrontare i risultati delle prove su ciascuno dei due materiali nei tre diversi gradi di invecchiamento (materiale vergine, invecchiato al RTFOT e invecchiato al PAV). Il programma sperimentale è stato strutturato in due parti, una di caratterizzazione delle proprietà viscoelastiche lineari e una di caratterizzazione delle proprietà a rottura alle basse temperature. La caratterizzazione delle proprietà a rottura è stata effettuata al DSR, utilizzando un sistema di piatti paralleli di diametro 4 mm. La prova a rottura è stata inoltre modellata attraverso simulazione numerica agli elementi finiti utilizzando il software COMSOL Multiphysics. Il modello oggetto dell’analisi FEM, caratterizzato da una geometria coerente con quella della prova, viene sottoposto ad una velocità di deformazione costante fino ad arrivare alla condizione di rottura. Nella modellazione è stato considerato un materiale viscoelastico lineare la cui risposta in termini tensionali e deformativi è stata simulata attraverso il modello generalizzato di Maxwell. In conclusione, l’indagine sperimentale ha messo in luce gli effetti dell’invecchiamento sulle proprietà viscoelastiche lineari e sulle proprietà a rottura dei leganti bituminosi. Inoltre, la modellazione agli elementi finiti che simula la prova a rottura, ha messo in evidenza le differenze tra i risultati teorici e quelli sperimentali.