Analisi strutturale e valutazione del ciclo di vita di pavimentazioni autostradali realizzate con conglomerati bituminosi nano-rinforzati = Structural analysis and life cycle assessment of highway pavements containing nano-reinforced bituminous mixtures

Lo scopo del presente lavoro di tesi è quello di analizzare le prestazioni, sotto il profilo strutturale ed ambientale, delle pavimentazioni stradali realizzate con conglomerati bituminosi nano-rinforzati. In particolare, l’attività di ricerca si è focalizzata sullo studio di miscele nano-strutturate con nanotubi di carbonio e nanoargille. Dopo aver definito la configurazione della sovrastruttura a seguito del calcolo strutturale, si è delineato l’ecoprofilo dei diversi scenari attraverso la metodologia della Valutazione del Ciclo di Vita (LCA). La trattazione si basa su un’analisi comparativa, in cui si esamina il caso studio di una pavimentazione autostradale, valutando tre scenari differenti: uno scenario di riferimento in cui si prevede l’impiego di conglomerato bituminoso tradizionale e due scenari innovativi in cui si considerano due miscele bituminose per strato di collegamento e base, il cui legante è additivato con nanotubi di carbonio e nanoargille. Per ogni scenario, si prevede una configurazione strutturale formata dallo strato di usura, collegamento, base e fondazione in misto granulare. Indipendentemente dallo scenario, lo strato di usura è formato da conglomerato bituminoso tradizionale. Il lavoro di tesi si sviluppa in due fasi successive: il progetto della sovrastruttura stradale e la valutazione del ciclo di vita. La prima fase comprende, per ogni scenario, l’analisi dei materiali, la modellazione dei dati sperimentali e di progetto, l’analisi strutturale e la definizione degli spessori di progetto della pavimentazione. Il caso studio prevede che la generica sovrastruttura sia definita per infrastrutture autostradali: in particolare l’autostrada A32 Torino – Bardonecchia. La seconda fase prevede, per ogni scenario, la valutazione del ciclo di vita mediante LCA. Dopo aver definito lo scopo e il campo di applicazione e costruito l’inventario, si è passati al calcolo degli impatti ambientali utilizzando l’applicativo PaLATE 2.0 secondo un approccio “cradle-to-laid”, ossia dall’estrazione delle materie prime fino alla costruzione della sovrastruttura. Dal punto di vista strutturale, l’analisi dei risultati ha evidenziato una riduzione degli spessori delle sovrastrutture nano-rinforzate, rispetto allo scenario di riferimento. In particolare, si delinea un miglioramento più marcato delle prestazioni, nel caso delle pavimentazioni nano-modificate con nanoargille. Quest’ultimo si è tradotto anche in un’infrastruttura più eco-compatibile, poiché questo materiale innovativo ha permesso di ottenere degli impatti ambientali, tra cui il consumo energetico ed il carbon footprint, inferiori rispetto allo scenario standard. Tuttavia, la nano-modifica mediante nanotubi di carbonio risulta essere più impattante rispetto allo scenario di riferimento nonostante il calcolo strutturale abbia portato ad una riduzione degli spessori dei vari strati.