ITMI20092112A1

ITMI20092112A1 - Pavimentazione per imbocchi di gallerie stradali e relativo procedimento di fabbricazione

Info

Publication number: ITMI20092112A1
Application number: IT002112A
Authority: IT
Inventors: Maurizio Crispino; Rios Giovanni Da; Luigi Emilio Achille Sordi; Emanuele Toraldo
Original assignee: C I C Compagnia Italiana Costruzio Ni S P A; Milano Politecnico
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2011-06-02

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo:

“PAVIMENTAZIONE PER IMBOCCHI DI GALLERIE STRADALI E RELATIVO PROCEDIMENTO DI FABBRICAZIONE”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una pavimentazione da utilizzarsi come strato superficiale semi-flessibile di pavimentazioni stradali e autostradali per imbocchi di gallerie, sia nuove che esistenti, atta a migliorare la luminanza in galleria.

E’ noto che, in condizioni di guida diurna, il transito da una condizione di luce solare ad una condizione di luce artificiale, tipica delle gallerie, costituisca fattore di rischio elevato di incidentalità e, in generale, di perdita delle condizioni di comfort e sicurezza di guida per l’utente.

A tal fine è pratica corrente, oltre che vincolo di legge, prevedere agli imbocchi delle gallerie un impianto di illuminazione supplementare che favorisca la percezione della strada da parte dell’utente e l’adattamento dell’occhio alle nuove condizioni di illuminazione. Ciò richiede un elevato consumo di risorse sia energetiche sia economiche.

Al fine di migliorare l’efficienza energetica degli impianti di illuminazione negli imbocchi di gallerie, gli elementi strutturali delle gallerie sono preferibilmente verniciati di colore bianco: tuttavia lo stesso non può essere effettuato sulle pavimentazioni in quanto le vernici diminuiscono sensibilmente l’aderenza pneumatico-pavimentazione con ripercussioni gravi sulla sicurezza delle condizioni di moto.

Le pavimentazioni note per gallerie sono realizzate nella maggior parte dei casi in conglomerato bituminoso, o con lastre di calcestruzzo in alcuni casi.

Le pavimentazioni in conglomerato bituminoso, pur mostrando il vantaggio di essere facili da realizzare in tempi compatibili con l’esercizio stradale, non permettono di diminuire i consumi energetici delle gallerie, essendo queste generalmente di colore nero. Inoltre, anche quando a seguito dello spogliamento superficiale del bitume, dovuto al traffico veicolare, che fa assumere la colorazione dell’aggregato, detti conglomerati bituminosi soffrono dell’inconveniente dì non garantire, in caso di incendio, un comportamento strutturale in grado di permettere l’accesso dei mezzi e personale di soccorso e favorire l’evacuazione a causa del basso punto di fusione del bitume (inferiore a 200°C). Inoltre, sempre in caso di incendio, il bitume ha la tendenza a rilasciare fumi e sostanze volatili tossiche.

Le pavimentazioni in lastre di calcestruzzo invece, pur essendo di colore chiaro e quindi in grado fornire prestazioni illuminotecniche migliori del conglomerato bituminoso, oggi trovano poca utilizzazione in quanto hanno tempi lunghi di realizzazione non compatibili con l’esercizio stradale, sono difficili da manutenere ed economicamente onerose.

Scopo della presente invenzione è quello di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota fornendo una pavimentazione per imbocchi di gallerie in grado di coniugare i vantaggi illuminotecnici derivanti da una pavimentazione chiara (tipo calcestruzzo) con tempi di realizzazione modesti, tipici dei conglomerati bituminosi.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire una tale pavimentazione in grado garantire, in caso di incendio, un comportamento strutturale tale da permettere l’accesso dei mezzi e personale di soccorso e favorire l’evacuazione.

Ancora un ulteriore scopo è quello di fornire una tale pavimentazione che sia facile da realizzare in tempi contenuti e che sia semplice da manutenere.

Questi scopi sono raggiunti in accordo all’invenzione con le caratteristiche della pavimentazione elencate nell’annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

La pavimentazione oggetto della presente invenzione è in forma di strato superficiale il quale è costituito da un sistema composito formato da un conglomerato bituminoso open-graded di aggregati lapidei i cui spazi intergranulari sono riempiti con malta cementizia iperfluida.

Detto sistema composito, costituito dal conglomerato bituminoso opengraded e dalla malta cementizia iperfluida Darimix®, è denominato Darifalt® e ha la caratteristica di abbassare l’assorbimento della luce incidente come verrà precisato di seguito. Tale caratteristica può essere ulteriormente migliorata mediante additivazion e con pigmenti della malta Darimix®, come meglio specificato in seguito.

In detta pavimentazione la quantità di conglomerato bituminoso varia da 70% a 80% in volume e la quantità di malta cementizia varia da 20% a 30% in volume.

I componenti che formano la pavimentazione sono caratterizzati come descritto qui di seguito.

II conglomerato bituminoso open-graded comprende essenzialmente aggregati lapidei vergini a granulometria discontinua e bitume, quest’ultimo in quantità che varia dal 3% al 5% in peso rispetto agli aggregati, preferibilmente 3-4%. Tali quantità sono inferiori a quelle utilizzate nei conglomerati bituminosi standard dove il bitume è nell’ordine del 5, 0-6, 5%.

Nel conglomerato bituminoso non ancora riempito, il contenuto di vuoti è generalmente compreso tra il 20% e il 30%, più preferibilmente nell’ intorno del 30%.

Il bitume utilizzato per realizzare il conglomerato bituminoso può essere di tipo standard, oppure modificato con polimeri. Quest’ultimo tipo di bitume permette alla pavimentazione open-graded non ancora intasata di raggiungere non trascurabili livelli di resistenza. In questo modo è possibile ottenere uno strato in grado di non deteriorarsi sotto l’applicazione di carichi transienti. Tale caratteristica del conglomerato bituminoso open-graded risulta particolarmente interessante per applicazioni in galleria per le quali sia necessaria la rimozione temporanea del cantiere di lavorazione e l’apertura al traffico tra le fasi di applicazione del conglomerato bituminoso aperto e quella di iniezione della malta cementizia.

Esempi di bitume utilizzabile per ottenere il presente conglomerato bituminoso sono i seguenti

Parametro Bitume Tal Quale Bitume Modificato tipo 50/70 80/100 50/70-65 50/70-60 Penetrazione a 25°C 50-70 80-100 50-70 5 0-70 [dmm] [EN 1426/2002]

Temperatura Rammollimento 46-56 40-44 > 65 > 60

[°C] [EN 1427/2002]

Punto di rottura Fraas < -10 < -8 < -15 < -12

[°C] [EN 12593]

Ritorno elastico a 25°C > 80 > 80 > 75 > 50

[%] [EN 13398]

Gli aggregati lapidei del conglomerato bituminoso derivano dalla frantumazione di materiale lapideo vergine, come ad esempio rocce calcaree, privati di eventuali impurità, e vengono opportunamente selezionati in grandezza in modo da ottenere una granulometria discontinua. La varietà granulometrica degli aggregati lapidei del conglomerato bituminoso permette la formazione, nella miscela bituminosa posata in opera, di una rete di vuoti intergranulari comunicanti in grado di accogliere la malta nel corso della fase di iniezione. Un esempio di varietà granulometrica può essere rappresentato dagli aggregati di classe 0/8 mm, oppure 0/12 mm, oppure 0/15 mm, tutte caratterizzate dall’essere discontinue, ovvero non contenere le frazioni lapidee comprese tra 2 mm e 5mm per la classe 0/8 mm e le frazioni tra 2 mm e 8 mm per le classi 0/12 mm e 0/15 mm.

La malta cementizia iperfluida, nota anche commercialmente con il nome Darimix®, è composta da una miscela di cementi selezionati atti a garantire i necessari requisiti di fluidità e lavorabilità per un tempo utile alla posa in opera oltre alla costanza delle caratteristiche fisico-chimiche, e da additivi iperfluidificanti, espansivi, acceleranti, antiareanti, ritardanti di presa, antisegreganti, anti impaccanti, con specifiche quantità d’acqua in modo tale da conferire alla miscela una fluidità tale da riempire senza difficoltà i vuoti intergranulari.

Generalmente la quantità d’acqua da addizionare al cemento o alla miscela di cementi è compresa tra il 40% ed il 25% in peso, preferibilmente tra il 30 e il 35% in peso, rispetto al peso della miscela cementizia contenente gli additivi. La malta cementizia così ottenuta ha una elevata resistenza meccanica e un sostanziale contenimento del ritiro idraulico che viene compensato anche dalla presenza di additivi espansivi.

Preferibilmente la malta cementizia ha una fluidità al cono con ugello da mm 8 (UNI EN 445) compresa tra 20 e 50 sec, più preferibilmente 25 sec ± 3 sec. Altre caratteristiche della malta sono le seguenti:

massa volumica 1,98 kg/dm<3>± 0,02 mantenimento della lavorabilità in agitazione 60 min

La malta cementizia cosi ottenuta ha una elevata resistenza meccanica e un sostanziale contenimento del ritiro idraulico che viene compensato anche dalla presenza di additivi espansivi. La malta così ottenuta mostra le seguenti caratteristiche :

Norma Valore Resistenza a compressione a 24h UNI EN 445 > 20 [MPa] Resistenza a compressione a 7gg UNI EN 445 > 55 [MPa] Resistenza a compressione a 28gg UNI EN 445 > 70 [MPa]

Come detto in precedenza, il sistema composito Darifalt® presenta la caratteristica di avere colorazione chiara dovuta alla bassa quantità di bitume (scuro) ed alla alta quantità di malta e aggregati (chiari).

E inoltre possibile aggiungere alla malta cementizia Darimix® delle sostanze (pigmenti) atte ad abbassare l’assorbimento della luce incidente: si possono citare ad esempio pigmenti inorganici o organici atti a conferire colori chiari o bianco, quali ad esempio biossido di titanio o polvere di calcare.

Preferito è il biossido di titanio.

Generalmente dette sostanze vengono aggiunte alla malta in quantità comprese tra 2% fino al 10% in peso, preferibilmente comprese tra il 4 e il 6% in peso, rispetto al peso del Darimix® non miscelato con acqua (cementi additivi). Mediante la tecnologia della pigmentazione è quindi possibile controllare la colorazione finale della malta e quindi dello strato della pavimentazione, che nel caso di gallerie con aggiunta di biossido di titanio o polvere di calcare, da origine ad una colorazione molto prossima al bianco.

Lo strato superficiale che deriva dall’intasamento del conglomerato bituminoso open-graded con la malta cementizia presenta caratteristiche intermedie tra un conglomerato bituminoso ed uno cementizio di tipo tradizionale e presenta le seguenti caratteristiche tecniche (dopo indurimento):

Norma Valore

Massa Volumica [g/cm<3>] ASTM 2726/88 > 2,30

Modulo Elastico a 20°C [MPa] EN UNI 12697-26 > 7000

RTI a 20°C [MPa] CNR BU 97/84 > 1 ,60

dove RTI è la misura della Resistenza a Trazione Indiretta condotta in condizioni di carico quasi-statico (v = 51 mm/min) ed alla temperatura di 20°C.

In virtù della particolare composizione dello strato superficiale sopra descritto, lo strato di questa pavimentazione secondo l’invenzione è in grado anche di assorbire gli sforzi per mezzo della mutua collaborazione tra aggregati lapidei e malta cementizia mostrando quindi meccanismi di interazione strutturale sostanzialmente differenti rispetto a quelli che si instaurano all’interno di uno strato di conglomerato bituminoso (asfalto), nei quali la ripartizione degli sforzi avviene mediante il trasferimento delle sollecitazioni nei punti di contatto tra i grani. Pertanto la risposta alle sollecitazioni da parte dello strato superficiale non è di tipo discreto, bensì di tipo continuo con una conseguente maggiore omogeneità nella distribuzione delle sollecitazioni.

Lo spessore dello strato superficiale non è vincolante ai fini della presente invenzione. Poiché la funzione di detto strato è sostanzialmente di trasferimento dei carichi agli strati sottostanti detto strato superficiale ha generalmente uno spessore compreso tra 4 e 8 cm. Possono essere tuttavia adottati spessori inferiori (ad esempio fino a 2 cm) o superiori (ad esempio fino a 12 cm) purché il rapporto tra lo spessore dello strato ed il diametro massimo degli aggregati non sia inferiore a 3.

La completa interazione tra lo strato superficiale posato in opera con tecnologia bitume-cemento e lo strato sottostante (sottofondo esistente in caso di intervento manutentivo o realizzato ex-novo in caso di nuova pavimentazione) a cui viene applicato è garantita mediante l’utilizzo di una emulsione bituminosa cationica sovra stabilizzata a rottura lenta come mano di attacco, nella quale il bitume residuo è modificato con polimeri SBS (stirene-butadiene-stirene) in grado di offrire una elevata affinità chimica e di adesione con leganti idraulici (cemento) e bituminosi.

Il procedimento di fabbricazione della pavimentazione della presente invenzione è caratterizzato dalle seguenti fasi.

(a) opzionale operazione di fresatura dello strato preesistente;

(b) posa di una mano di attacco in emulsione bituminosa per il collegamento tra lo strato sottostante e lo strato di pavimentazione costituita da conglomerato bituminoso open-graded di aggregati lapidei i cui spazi intergranulari sono riempiti con malta cementizia iperfluida;

(c) preparazione di detto conglomerato bituminoso mediante miscelazione di bitume e aggregati;

(d) stesa e compattazione del conglomerato bituminoso open-graded; (e) miscelazione della malta cementizia in apposito miscelatore da cantiere; (f) iniezione della malta cementizia.

La fase (a) di fresatura dello strato preesistente viene effettuata per ottenere lo spessore di progetto, secondo le tecniche note all’esperto del ramo, ed è necessaria nel caso di manutenzione di imbocchi di gallerie esistenti.

La fase (c) di miscelazione del conglomerato bituminoso avviene in apposito impianto in loco o nelle immediate vicinanze del cantiere di lavorazione.

La fase (d) di stesa e compattazione del conglomerato bituminoso opengraded viene effettuata mediante vibrofinitrice mobile e rullo compattatore.

La fase (e) di miscelazione della malta cementizia viene effettuata in apposito miscelatore da cantiere mescolando la malta cementizia, eventualmente preventivamente additivata con pigmenti in apposito impianto industriale, e l’acqua.

La fase (g) di iniezione della malta cementizia viene effettuata secondo tecniche note all’esperto del ramo, ad esempio utilizzando un tubo direttamente collegato al miscelatore da cantiere della malta, dotato di apposita bocca d’uscita, per lo spargimento della malta sullo strato in conglomerato bituminoso opengraded e raclee e spazzole, ad azione manuale o meccanica, per l’intasamento di detto strato.

I Richiedenti hanno sorprendentemente trovato che le pavimentazioni della presente invenzione mostrano un risparmio energetico rispetto alle pavimentazioni bituminose nell’ordine del 50%, che arriva fino al 70% nel caso in cui la malta cementizia iperfluida sia pigmentata con biossido di titanio o polvere di calcare, abbattendo così ulteriormente l’assorbimento della luce incidente.

Inoltre la pavimentazione della presente invenzione ha mostrato una elevata resistenza ai carichi termici, in caso di incendio, per cui essa è anche in grado di eliminare gli inconvenienti tipici dei conglomerati bituminosi noti dovute all’emissione di fumi nocivi con rilascio di sostanze volatili (in particolare idrocarburi) da parte del bitume per temperature superiori a 200°C. Ciò è fattore fondamentale per pavimentazioni di gallerie in generale e per gli imbocchi in particolare, dovendo questi ultimi, in caso di incendio, garantire un comportamento strutturale in grado di permettere Γ accesso dei mezzi di soccorso e favorire l’evacuazione in casi di eventi incidentali con sviluppo di incendi.

Pertanto la presente pavimentazione presenta una migliorata combinazione di vantaggi sia rispetto ai conglomerati bituminosi noti sia rispetto alla lastre di calcestruzzo, quali

- migliorato potere riflettente;

- migliorata luminanza da luce artificiale nelle zone di entrata e transizione;

- minori consumi energetici di illuminazione in galleria;

- migliorata resistenza al fuoco e comportamento strutturale con ridotta emissione di sostanze volatili (in particolare idrocarburi) e fumi nocivi a temperature superiori a 200°C;

- migliorata velocità di realizzazione e facilità di manutenzione con minori oneri economici.

Grazie ai numerosi vantaggi la pavimentazione della presente invenzione può essere utilizzata nella realizzazione di pavimentazioni di nuove gallerie comunque costituite (arco rovescio, piedritti o altro) applicandola sopra lo strato intermedio previsto in fase di progetto.

La pavimentazione della presente invenzione può essere anche utilizzata nella manutenzione straordinaria di gallerie esistenti e per Γ ammodernamento e messa in sicurezza delle numerose gallerie esistenti, anche in ragione del necessario adeguamento agli standard europei, applicandola quindi a strati di conglomerati bituminosi già esistenti.

Alle presenti forme di realizzazione dell’ invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’ invenzione, espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Pavimentazione per imbocchi di galleria o interni di galleria in forma di strato superficiale semiflessibile costituito da un sistema composito comprendente un conglomerato bituminoso caratterizzato dal fatto che detto sistema composito è un conglomerato bituminoso formato da aggregati lapidei (open-graded) i cui spazi intergranulari sono riempiti da una malta cementizia iperfluida e dal fatto che detto sistema composito così formato è atto ad abbassare Passorbimento della luce incidente.
2. Pavimentazione secondo la rivendicazione 1 in cui nel conglomerato bituminoso non ancora riempito il contenuto di spazi intergranulari (vuoti) è compreso tra il 20% e il 30%, preferibilmente nell’intorno del 30%.
3. Pavimentazione secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui il conglomerato bituminoso open-graded è presente nella quantità di 70-80% in volume e la malta cementizia in quantità di 20-30% in volume.
4. Pavimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il conglomerato bituminoso open-graded comprende essenzialmente aggregati lapidei vergini a granulometria discontinua e bitume, standard o modificato con polimeri, il contenuto di bitume essendo compreso tra il 3,0% e il 5,0% in peso rispetto agli aggregati, preferibilmente 3-4%.
5. Pavimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui la malta cementizia iperfluida comprende una miscela di cementi, additivi ed acqua, quest’ultima in quantità comprese tra 25 e 40% in peso rispetto alla miscela cementizia contenente additivi, preferibilmente in quantità compresa tra 30-35%.
6. Pavimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui la malta cementizia è atta ad abbassare l’assorbimento della luce incidente, eventualmente mediante additivazione di un pigmento chiaro.
7. Pavimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detta sostanza atta ad abbassare l’assorbimento della luce incidente è in quantità compresa tra 2% fino al 10% in peso, preferibilmente tra il 4 e il 6%, rispetto al peso della malta non miscelata con acqua (cementi additivi).
8. Pavimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detta sostanza atta ad abbassare l’assorbimento della luce è biossido di titanio o polvere di calcare.
9. Pavimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto strato semiflessibile ha uno spessore compreso tra 4 e 8 cm, oppure spessori superiori, preferibilmente fino a 12 cm, oppure inferiori, preferibilmente fino a 2 cm.
10. Processo per costruire uno strato superficiale della pavimentazione come definita in una qualsiasi delle rivendicazioni 1-9 comprendente le seguenti fasi: (a) opzionale operazione di fresatura dello strato preesistente; (b) posa di una mano di attacco in emulsione bituminosa per il collegamento tra lo strato sottostante e lo strato di pavimentazione costituita da conglomerato bituminoso open-graded di aggregati lapidei i cui spazi intergranulari sono riempiti con malta cementizia iperfluida; (c) preparazione di detto conglomerato bituminoso mediante miscelazione di bitume e aggregati; (d) stesa e compattazione del conglomerato bituminoso open-graded; (e) miscelazione della malta cementizia in apposito miscelatore da cantiere; (f) iniezione di detta malta cementizia.