Il modulo di rigidezza rappresenta la capacità del conglomerato di ridistribuire le tensioni negli strati sottostanti: uno degli scopi della pavimentazione è infatti quello di fare da filtro nei confronti dei carichi. La sovrastruttura assorbe i carichi e trasmette in profondità le tensioni facendo in modo che al sottofondo giungano tensioni che siano compatibili con quelle ammissibili dal terreno e distribuendole in un’area sempre più grande. Il modulo di rigidezza è la proprietà ingegneristica razionale che lega tensioni e deformazioni. Maggiore è il modulo, maggiore è la capacità di ridistribuire le tensioni.
Come eseguiamo la prova del modulo di rigidezza – conglomerato bituminoso secondo la UNI EN 12697-26
Per simulare le condizioni di traffico dinamico cioè il passaggio continuo dei veicoli, il nostro laboratorio può eseguire una prova che indurrà delle sollecitazioni cicliche a frequenza controllata sul provino di conglomerato bituminoso. Il conglomerato bituminoso è un materiale visco-elastico, la cui parte viscosa è non solo estremamente sensibile alla temperatura, ma anche alla velocità e al tempo di applicazione del carico del veicolo che in una data sezione applica il suo carico.
La parte elastica del conglomerato bituminoso è regolata dal legame costitutivo sforzi-deformazioni secondo il modulo elastico -o modulo di Young -, per la parte viscosa, invece, non è possibile definire un modulo come un semplice rapporto sforzi-deformazioni. Materiali visco-elastici, quali il conglomerato bituminoso, non possono essere rappresentati da una legge costitutiva univoca, essa difatti dipende dalle condizioni a cui si trova il materiale, in particolare dalla temperatura, dalla velocità di carico e dalla modalità di applicazione del carico.
Il test di laboratorio che ha il compito di riprodurre gli stati tenso-deformativi ai quali il conglomerato bituminoso è sottoposto a seguito dell’azione ciclica dei carichi del traffico veicolare è la determinazione del modulo di rigidezza, tale modulo viene comunemente utilizzato per fornire indicazioni sulle caratteristiche meccaniche del conglomerato bituminoso.
La macchina con cui effettuiamo la prova del modulo di rigidezza
Questo strumento ricava la misura del modulo di rigidezza applicando una trazione indiretta a provini cilindrici e rilevando le deformazioni orizzontali reversibili, agendo in modo non distruttivo.
Un sistema pneumatico collegato alla piastra superiore esercita sul provino per cinque cicli una forza verticale impulsiva con tempo di crescita, detto rise time, pari a 124 ms ± 4 ms e valore massimo, chiamato anche peak load, tale da provocare una deformazione diametrale orizzontale di 7 μm ± 2 μm per il campione con diametro di 150 mm, oppure di 5 μm ± 2 μm per quello con diametro di 100 mm.
Il carico è distribuito lungo tutto lo spessore del provino, attraverso due barre d’acciaio di dimensioni standard, detti coltelli, e con raggio di curvatura pari a quello del provino da testare.
La geometria del provino è nota, la forza e la deformazione sono misurate, pertanto la tensione massima ed il modulo di rigidezza sono automaticamente calcolati dal software ad ogni ciclo di carico. La stessa operazione è in seguito effettuata ruotando il campione di 90°, cioè sollecitando il diametro ortogonale a quello di partenza. La media dei valori medi calcolati sui due diametri, per ciascun tempo di picco, rappresenta il modulo di rigidezza del materiale sottoposto a prova alla data frequenza di carico.
La cella di carico del sistema misura la forza applicata dal dispositivo ad ogni ciclo. Il sistema di misurazione della deformazione determina le deformazioni orizzontali massime perpendicolari alla direzione di applicazione del carico attraverso i trasduttori di spostamento fissati mediante un supporto sul diametro del provino. La macchina dinamica è collegata ad una centralina che dialoga con un computer su cui è installato il software di funzionamento della macchina stessa.
Il software della macchina dà la possibilità di impostare i seguenti parametri di prova:
- temperatura di prova [°C];
- diametro del provino [mm];
- spessore del provino[mm];
- modulo di Poisson;
- tempo di picco [ms];
- numero di impulsi di precondizionamento;
- numero dei cicli di prova;
- deformazione imposta [μm].
- esecuzione della prova a deformazione controllata;
- esecuzione della prova a carico controllato.
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