Il bitume

Questo articolo è il primo di una serie che affronteranno tematiche relative al campo dell’infrastrutture stradali, questa sera ci concentreremo sul bitume.

Le strade nel corso dei secoli hanno rappresentato un’infrastruttura strategica, permettevano infatti spostamenti agevoli e diretti. Si è passati da semplici sentieri a strade sterrate per poi arrivare a quelle lastricate come ci hanno abituato gli antichi Romani, che le hanno realizzate in tutto il loro impero e che tutt’ora possiamo ammirare.

Via Appia

Il miglioramento della sede viaria è proporzionale allo sviluppo del popolo che la costruisce. Popoli più avanzati hanno a disposizione risorse e conoscenze necessarie per la realizzazione di strade più efficienti e soprattutto che possano migliorare il comfort degli utenti. Oggi giorno le strade vengono realizzate sfruttando, non più rocce basaltiche, ma il conglomerato bituminoso, noto ai più come asfalto. Vediamo allora di cosa si tratta:

Il conglomerato bituminoso è una miscela di inerti e un legante, ovvero il bitume.

Il bitume

Il bitume è un prodotto ottenuto mediante la distillazione frazionata sottovuoto dei residui della lavorazione del petrolio, talvolta è possibile trovarlo in natura come derivato di un processo di distillazione naturale avvenuto durante le ere geologiche. Spesso si confonde il bitume con il catrame il quale si ottiene sempre da un processo di distillazione ma distruttiva e non frazionata, del carbone fossile.

Il bitume stradale si ottiene mediante un ulteriore processo che segue quello della distillazione frazionata ovvero quello di ossidazione. Si ottengono cosi o bitumi semi-solidi oppure emulsioni bituminose.

Le emulsioni bituminose sono impiegate per la realizzazione del cosiddetto bitume a “freddo” ovvero il risultato della miscela tra bitume e acqua o altri solventi insieme agli inerti. Viene impiegato per riparazioni veloci del manto stradale, infatti una volta steso, l’acqua col tempo evapora, permettendo alla miscela di fare presa.

Bitume a “freddo”

Il bitume infatti a temperatura ambiente è un legante semi-solido e solitamente per la stesura del conglomerato bituminoso è necessario scaldare la miscela.

Composizione e caratteristiche meccaniche

La composizione del legante bituminoso è costituita da circa l’80% da carbonio, 8% idrogeno, la restante parte da zolfo ossigeno e azoto. Al fine di comprendere le caratteristiche meccaniche del bitume dobbiamo descrivere la sua composizione molecolare. Esso è costituito da Asfalteni (miscele complesse di idrocarburi) e Malteni i quali comprendono resine e olii.

• ASFALTENI: sono miscele complesse di idrocarburi, a temperatura ambiente sono allo stato solido e conferiscono al bitume il classico colore bruno-nero. Sono responsabili del comportamento viscoelastico del bitume e della sua suscettibilità termica e conferiscono alla sua capacità di resistere alle sollecitazioni meccaniche
• MALTENI: si suddividono in resine e in olii. Le resine sono molto viscose a temperatura ambiente e di colore bruno-scuro, con proprietà adesive. Conferiscono capacità elastiche alla miscela. Gli olii costituiscono il mezzo disperdente per gli asfalteni

Sostanzialmente gli elementi che conferiscono solidità alla miscela sono gli asfalteni e gli olii saturi, mentre  gli elementi disperdenti sono le resine e gli olii aromatici. Grazie alla loro composizione, i bitumi, sono in grado di garantire l’adesione con gli inerti che costituiscono il conglomerato e anche l capacità di deformarsi senza rompersi avendo una buona duttilità.

La viscosità è la resistenza di un fluido allo scorrimento e nel caso dei bitumi varia in base alla temperatura. Durante le condizioni di esercizio il range di temperature che si raggiunge è di, -15°C e 60°C, e la viscosità è molto alta mentre quando viene steso, durante la fase di costruzione, la temperatura è di circa 140°C ,200°C.

Qualora la miscela non rispetti le condizioni in sito si può ricorrere all’utilizzo di modificanti del legante affinché migliorino le sue prestazioni, soprattutto dal punto di vista della suscettibilità termica, come ad esempio gli additivi.

In molti capitolati d’appalto si riporta un indicatore apposito ovvero l’Indice di penetrazione IP, il quale mi da indicazioni sulla suscettibilità termica. Varia tra -10 e 20, però nel caso di bitumi per uso stradale bisogna cercare di garantire il range -2,2.

Classificazione

Per la classificazione dei bitumi si può far riferimento o a quella europea che si basa sulle prove tradizionali, in primis quella di penetrazione ad una temperatura di 25°C, oppure quella statunitense, basata sulle temperature alle quali vengono effettuate le prove reologiche che fanno riferimento alle proprietà fisiche reali dei leganti. Per entrare nelle tabelle è necessario calcolare il range di temperature max e min che posso essere raggiunte dal legante, in base alle condizioni climatiche del sito di costruzione. Ci sono diverse formulazioni per il calcolo della temperatura raggiunta dalla pavimentazione come ad esempio: quella presente nel metodo SHRP (calibrata per gli USA), quella di Barber e quella di Marchionna (sviluppata per i siti dell’Italia centrale). Confrontando la temperatura minima con la temperatura di rottura Fraas e la temperatura massima con quella di rammollimento (palla-anello), è possibile entrare nella classificazione dei bitumi semi solidi riportata di seguito.

Per ampliare le vostre conoscenze vi consiglio di leggere altri due articoli del nostro blog:

• Come si formano le buche stradali?
• Conglomerato bituminoso autoriparante
• parco degli acquedotti

Alessio Brunetti

Studente magistrale di Ingegneria Civile, da sempre affascinato dalle grandi opere civili. Ho intrapreso questo percorso di studi affinchè possa ottenere le conoscenze necessarie per realizzare ciò che ammiravo fin da piccolo.