Studio numerico e sperimentale delle miscele di aggregati per i conglomerati bituminosi
Numerical and experimental study of granular mixes for asphalts
Creators: name: Manganelli, Giulia <1983>
Publisher: name: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Year: 2013
Subjects: ICAR/04 Strade, ferrovie ed aeroporti

description: I crescenti volumi di traffico che interessano le pavimentazioni stradali causano sollecitazioni tensionali di notevole entità che provocano danni permanenti alla sovrastruttura. Tali danni ne riducono la vita utile e comportano elevati costi di manutenzione. Il conglomerato bituminoso è un materiale multifase composto da inerti, bitume e vuoti d'aria. Le proprietà fisiche e le prestazioni della miscela dipendono dalle caratteristiche dell'aggregato, del legante e dalla loro interazione. L’approccio tradizionalmente utilizzato per la modellazione numerica del conglomerato bituminoso si basa su uno studio macroscopico della sua risposta meccanica attraverso modelli costitutivi al continuo che, per loro natura, non considerano la mutua interazione tra le fasi eterogenee che lo compongono ed utilizzano schematizzazioni omogenee equivalenti.  Nell’ottica di un’evoluzione di tali metodologie è necessario superare questa semplificazione, considerando il carattere discreto del sistema ed adottando un approccio di tipo microscopico, che consenta di rappresentare i reali processi fisico-meccanici dai quali dipende la risposta macroscopica d’insieme. 
Nel presente lavoro, dopo una rassegna generale dei principali metodi numerici tradizionalmente impiegati per lo studio del conglomerato bituminoso, viene approfondita la teoria degli Elementi Discreti Particellari (DEM-P), che schematizza il materiale granulare come un insieme di particelle indipendenti che interagiscono tra loro nei punti di reciproco contatto secondo appropriate leggi costitutive.  Viene valutata l’influenza della forma e delle dimensioni dell’aggregato sulle caratteristiche macroscopiche (tensione deviatorica massima) e microscopiche (forze di contatto normali e tangenziali, numero di contatti, indice dei vuoti, porosità, addensamento, angolo di attrito interno) della miscela. Ciò è reso possibile dal confronto tra risultati numerici e sperimentali di test triassiali condotti su provini costituiti da tre diverse miscele formate da sfere ed elementi di forma generica.
description: Higher traffic volume produces high stress within pavement layer, which is one of the main causes for pavement distresses. These distresses reduce the service life of the pavement and increase the maintenance cost. Asphalt mixture is a composite material of graded aggregates bound with asphalt binder plus a certain amount of air voids. The physical properties and performance of asphalt mixture are governed by the properties of the aggregate, the properties of the asphalt binder and asphalt-aggregate interactions. The conventional approach to model the stress-strain behavior of asphalt mixtures is to treat them at macro-scale using continuum-based methods. These methods represent the system as a domain of elementary units with a simple shape that, while deforming, remain in contact with each other through their relative separation surfaces. Numerous research works, however, show that for these mixtures it's very important to take into account their micromechanical behaviour at the scale of aggregate particles, because it is a primary factor in terms of overall system performance. In this way the Distinct Particle Element Method (DEM-P) represents a very useful tool, which schematizes a granular material by particles that displace independently from one another and interact only at contact points.  Since the greater part of asphalt mixtures is composed of aggregates, their structure and characteristics, particularly angularity and shape, have been considered as primary factors that affect the development of the aggregate skeleton and the mechanical performance of asphalt pavements. Aggregate contact and interlocking, in fact, control the load-bearing capacity and load-transferring capability of asphalt mixes. In order to investigate this influence, a series of triaxial tests have been conducted on samples composed of spheres and angular grains. Numerical results have been compared with the lab ones in terms of deviator stress versus axial strain and in terms of micromechanical characteristics.