Laboratory study of grouted macadams impregnated with mine waste geopolymeric binder

A new type of pavement has been gaining popularity over the last few years in Europe. It comprises a surface course with a semi-flexible material that provides significant advantages in comparison to both concrete and conventional asphalt, having both rut resistance and a degree of flexibility. It also provides good protection against the ingress of water to the foundation, since it has an impermeable surface. The semi-flexible material, generally known as grouted macadam, comprises an open-graded asphalt skeleton with 25% to 35% voids into which a cementitious slurry is grouted. This hybrid mixture provides good rut resistance and a surface highly resistant to fuel and oil spillage. Such properties allow it to be used in industrial areas, airports and harbours, where those situations are frequently associated with heavy and slow traffic. Grouted Macadams constitute a poorly understood branch of pavement technology and have generally been relegated to a role in certain specialist pavements whose performance is predicted on purely empirical evidence. Therefore, the main objectives of this project were related to better understanding the properties of this type of material, in order to predict its performance more realistically and to design pavements incorporating grouted macadam more accurately. Based on a standard mix design, several variables were studied during this project in order to characterise the behaviour of Grouted Macadams in general, and the influence of those variables on the fundamental properties of the final mixture. In this research project, one approach was used to the design of pavements incorporating Grouted Macadams: a traditional design method, based on laboratory determined of the stiffness modulus and the compressive strength.

Laboratory verification of predicted permanent deformation in asphalt materials following climate change.

In the past a change in temperature of 5°C most often occurred over intervals of thousands of years. According to estimates by the IPCC, in the XXI century is expected an increase in average temperatures in Europe between 1.8 and 4.0°C in the best case caused by emissions of carbon dioxide and other GHG from human activities. As well as on the environment and economic context, global warming will have effects even on road safety. Several studies have already shown how increasing temperature may cause a worsening of some types of road surface damages, especially rutting, a permanent deformation of the road structures consisting in the formation of a longitudinal depression in the wheelpath, mostly due to the rheological behavior of bitumen. This deformation evolves during the hot season because of the heating capacity of the asphalt layers, in fact, the road surface temperature is up to 24°C higher than air. In this thesis, through the use of Wheeltrack test, it was studied the behavior of some types of asphalt concrete mixtures subjected to fatigue testing at different temperatures. The objectives of this study are: to determine the strain variation of different bituminous mixture subjected to fatigue testing at different temperature conditions; to investigate the effect of aggregates, bitumen and mixtures’ characteristics on rutting. Samples were made in the laboratory mostly using an already prepared mixtures, the others preparing the asphalt concrete from the grading curve and bitumen content. The same procedure was performed for each specimen: preparation, compaction using the roller compactor, cooling and heating before the test. The tests were carried out at 40 - 50 - 60°C in order to obtain the evolution of deformation with temperature variation, except some mixtures for which the tests were carried out only at 50°C. In the elaboration of the results were considered testing parameters, component properties and the characteristics of the mixture. Among the testing parameters, temperature was varied for each sample. The mixtures responded to this variation with a different behavior (linear logarithmic and exponential) not directly correlated with the asphalt characteristics; the others parameters as load, passage frequency and test condition were kept constant. According to the results obtained, the main contribution to deformation is due to the type of binder used, it was found that the modified bitumen have a better response than the same mixtures containing traditional bitumen; to the porosity which affects negatively the behavior of the samples and to the homogeneity ceteris paribus. The granulometric composition did not seem to have interfered with the results. Overall has emerged at working temperature, a decisive importance of bitumen composition, than the other characteristics of the mixture, that tends to disappear with heating in favor of increased dependence of rutting resistance from the granulometric composition of the sample considered. In particular it is essential, rather than the mechanical characteristics of the binder, its chemical properties given by the polymeric modification. To confirm some considered results, the maximum bulk density and the air voids content were determined. Tests have been conducted in the laboratories of the Civil Engineering Department at NTNU in Trondheim according to European Standards.

Experimental analysis of fiber reinforced cementitious matrix (FRCM) confined masonry columns

The increasing use of Fiber Reinforced methods for strengthening existing brick masonry walls and columns, especially for the rehabilitation of historical buildings, has generated considerable research interest in understanding the failure mechanism in such systems. This dissertation is aimed to provide a basic understanding of the behavior of solid brick masonry walls unwrapped and wrapped with Fiber Reinforced Cementitious Matrix Composites. This is a new type of composite material, commonly known as FRCM, featuring a cementitious inorganic matrix (binder) instead of the more common epoxy one. The influence of the FRCM-reinforcement on the load-carrying capacity and strain distribution during compression test will be investigated using a full-field optical technique known as Digital Image Correlation. Compression test were carried on 6 clay bricks columns and on 7 clay brick walls in three different configuration, casted using bricks scaled respect the first one with a ratio 1:2, in order to determinate the effects of FRCM reinforcement. The goal of the experimental program is to understand how the behavior of brick masonry will be improved by the FRCM-wrapping. The results indicate that there is an arching action zone represented in the form of a parabola with a varying shape according to the used configuration. The area under the parabolas is considered as ineffectively confined. The effectively confined area is assumed to occur within the region where the arching action had been fully developed.

Le trasformazioni dello spazio urbano e delle pratiche di pianificazione. La Darsena di Ravenna come caso di studio.

Questa tesi propone una riflessione critica sulle pratiche della pianificazione urbanistica attraverso l’analisi di un significativo caso di studio, costituito dalla Darsena di Città a Ravenna. Questo approccio di ricerca è dal nostro punto di vista una conseguenza della difficoltà di governare le attuali problematiche di sviluppo dello spazio urbano attraverso gli strumenti tradizionali della pianificazione e dell’urbanistica. La tesi ha lo scopo di far emergere temi di dibattito attuale sulle aree di sviluppo urbano, in particolare la complessità dei compiti decisionali riguardanti aree oggetto di interventi di rigenerazione urbana. La definizione “area di sviluppo urbano” si pone come prodotto di un’attiva collaborazione tra Stato, mercato e società civile e costituisce dal nostro punto di vista una vera “questione sociale”. Prenderemo come riferimento il caso della Darsena di Città di Ravenna, oggetto della sperimentazione urbanistica degli ultimi trenta anni, sul quale diversi “stili” e strumenti di pianificazione si sono confrontati, nell’intento di guidare un processo di riqualificazione che ha portato ad oggi a risultati concreti assai limitati. Attraverso gli strumenti consultabili e un rapido sopralluogo infatti, possiamo intuire immediatamente come la realizzazione di interventi sull’area si limiti a casi localizzati come la riqualificazione della raffineria Almagià, la nuova sede dell’autorità portuale e l’ex molino Pineta, oltre agli interventi residenziali riconducibili all’edificio progettato dall’architetto Cino Zucchi e ai nuovi isolati attorno alla parte centrale di via Trieste. Le problematiche di fondo che hanno creato conflitti sono molte, dall’elevata divisione proprietaria alla cesura del comparto con il centro storico data dalla barriera ferroviaria, alla questione relativa al risanamento delle acque e dei suoli, solo per citare le più evidenti. Siamo quindi interessati a capire il problema dal punto di vista del processo di pianificazione per poi concentrare la nostra riflessione su possibili soluzioni che possano risolvere i conflitti che sembrano all’oggi non trovare una risposta condivisa. Per meglio comprendere come rapportarci al caso specifico si è cercato di analizzare alcuni aspetti teorici fondanti del “procedimento archetipico” di pianificazione urbana in contrapposizione con metodi di pianificazione “non convenzionali”. Come lo studio dei primi ci ha permesso di capire come si è arrivati all’attuale situazione di stallo nella trasformazione urbana della Darsena di Città, i secondi ci hanno aiutato a comprendere per quali ragioni i piani urbanistici di tipo “tradizionale” pensati per la Darsena di Città non sono stati portati a realizzazione. Consci che i fattori in gioco sono molteplici abbiamo deciso di affrontare questa tesi attraverso un approccio aperto al dialogo con le reali problematiche presenti sul territorio, credendo che la pianificazione debba relazionarsi con il contesto per essere in grado di proporre e finalizzare i suoi obiettivi. Conseguenza di questo è per noi il fatto che una sensibile metodologia di pianificazione debba confrontarsi sia con i processi istituzionali sia con le dinamiche e i valori socio-culturali locali. In generale gerarchie di potere e decisioni centralizzate tendono a prevalere su pratiche decisionali di tipo collaborativo; questa tesi si è proposta quindi l’obiettivo di ragionare sulle une e sulle altre in un contesto reale per raggiungere uno schema di pianificazione condiviso. La pianificazione urbanistica è da noi intesa come una previsione al futuro di pratiche di accordo e decisione finalizzate a raggiungere un obiettivo comune, da questo punto di vista il processo è parte essenziale della stessa pianificazione. Il tema è attuale in un contesto in cui l’urbanistica si è sempre confrontata in prevalenza con i temi della razionalizzazione della crescita, e con concetti da tempo in crisi che vanno oggi rimessi in discussione rispetto alle attuali istanze di trasformazione “sostenibile” delle città e dei territori. Potremmo riassumere le nostre riflessioni sull’urbanistica ed i nostri intenti rispetto al piano della Darsena di Città di Ravenna attraverso una definizione di Rem Koolhaas: l’urbanistica è la disciplina che genera potenziale, crea opportunità e causa eventi, mentre l’architettura è tradizionalmente la disciplina che manipola questo potenziale, sfrutta le possibilità e circoscrive. Il percorso di ragionamento descritto in questa tesi intende presentare attraverso alcune questioni significative l’evoluzione dello spazio urbano e delle pratiche di pianificazione, arrivando a formulare un “progetto tentativo” sul territorio della Darsena di Città.

Studio reologico avanzato di bitumi modificati ed additivati:proposta di una nuova procedura di aging

Le problematiche ambientali e socio – economiche legate alla costruzione di nuove infrastrutture viarie, impongono la progettazione e costruzione di strade che combinino ad elevati standard prestazionali, la riduzione dell’impatto ambientale in fase realizzativa e manutentiva. Quanto detto avvalora il crescente utilizzo di materiali bituminosi modificati con polimeri ed additivati con cere. I primi conferiscono alla miscela maggiore elastoplasticità, incrementandone la durabilità e la resistenza a fatica. Nei secondi la presenza del materiale paraffinico contribuisce a ridurre la viscosità del bitume, il che consente il notevole abbassamento della temperatura di produzione e stesa della miscela. Numerosi studi inoltre hanno dimostrato che le caratteristiche meccaniche della pavimentazione sono fortemente influenzate dal grado di ossidazione delle componenti organiche del bitume, ovvero dal fenomeno dell’invecchiamento o aging. Risulta pertanto fondamentale affiancare allo studio reologico del bitume, prove di simulazione dell’ invecchiamento nel breve e lungo termine. Nel corso della seguente ricerca si provvederà pertanto ad analizzare leganti modificati ed additivati secondo la teoria della viscoelasticità, simulando le reali condizioni di carico ed invecchiamento alle quali il bitume è sottoposto. Tutte le prove di caratterizzazione reologica avanzata prevederanno l’utilizzo del DSR (Dynamic Shear Rheometer) in varie configurazioni di prova e si simulerà l’invecchiamento a breve termine mediante RTFOT (Rolling thin film oven test). Si proporrà inoltre una nuova procedura di aging invecchiando il bitume alla temperatura di equiviscosità o Twork , ovvero a quel valore della temperatura tale per cui, in fase di messa in opera, si avrà una distribuzione molecolare omogenea del modificante all’interno del bitume. Verranno quindi effettuate ulteriori prove reologiche sui leganti invecchiati a tale temperatura. Si darà infine supporto ai risultati della ricerca effettuando prove chimiche con la tecnica analitica FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), analizzando i cambiamenti molecolari avvenuti nel bitume a seguito dell’aggiunta del modificante e dell’invecchiamento.

Synthesis, characterization and catalytic performances of ruthenium-based catalysts for the acceptorless dehydrogenative coupling of butanol

A growing interest towards new sources of energy has led in recent years to the development of a new generation of catalysts for alcohol dehydrogenative coupling (ADC). This green, atom-efficient reaction is capable of turning alcohol derivatives into higher value and chemically more attractive ester molecules, and it finds interesting applications in the transformation of the large variety of products deriving from biomass. In the present work, a new series of ruthenium-PNP pincer complexes are investigated for the transformation of 1-butanol, one of the most challenging substrates for this type of reactions, into butyl butyrate, a short-chain symmetrical ester widely used in flavor industries. Since the reaction kinetics depends on hydrogen diffusion, the study aimed at identifying proper reactor type and right catalyst concentration to avoid mass transfer interferences and to get dependable data. A comparison between catalytic activities and productivities has been made to establish the role of the different ligands bonded both to the PNP binder and to the ruthenium metal center, and hence to find the best catalyst for this type of reaction.

Lavorabilità del conglomerato bituminoso con Fresato e Additivo

L'obiettivo della tesi è il confronto tra tre diverse miscele di conglomerato bituminoso attraverso un set di prove in laboratorio. Le prove di tipo iniziali consistono in procedure che determinano la prestazione della miscela di conglomerato bituminoso rappresentativo del prodotto. Le prove di laboratorio ed i campionamenti dei materiali sono state eseguite secondo le prescrizioni del metodo di prova richiamato nella UNI EN 13108-20. • Progetto Il parametro fondamentale di interesse è la lavorabilità del conglomerato. Le miscele esaminate sono: - Binder 0/18 100% Vergine; - Binder 0/18 30% RAP con stesso tenore di bitume finale. Le prove devono determinare la temperatura di compattazione e la % di additivo ottimale in corrispondenza dei quali il prodotto finito Binder 30% RAP è del tutto simile a quello 100% Vergine. Il parametro proposto per il confronto è il tenore di vuoti ad un numero di giri prefissato. Bisogna ricordarsi di scaldare inerti ad una temperatura inferiore (onde evitare l’evaporazione dell’additivo). Il prodotto avrebbe il duplice obiettivo di utilizzare più fresato ed abbassare la temperatura di produzione. - Compattazione 3 campioni Binder 0/18 100% Vergine a 3 differenti temperature per un totale di 9 campioni attraverso Pressa Giratoria - Compattazione 3 campioni Binder 0/18 30% RAP a 3 differenti temperature per un totale di 9 campioni attraverso Pressa Giratoria - Determinazione dei vuoti - ITS (Prova di Trazione indiretta)

Investigation on performance characteristics of dense graded hot mix asphalt with RAP and Crumb Rubber

The use of recycled materials in asphalt mixtures such as reclaimed asphalt pavements (RAP) have become widely accepted as a replacement for virgin asphalt binder or virgin aggregates. In this study, the RAP content was 30%, and CR additives were blended with the soft unmodified binder by using dry processes. The objective of this study was to investigate and evaluate the engineering properties of dry method application of crumb rubber influences on reclaimed asphalt pavement (RAP) mixtures. To evaluate the effect of rubber-bitumen interaction on the mixture’s mechanical properties, a laboratory investigation has been conducted on a range of dense graded and 30% RAP by dry process crumb rubber modified (CRM) asphalt mixtures containing 0% (control), 1% crumb rubber by the total aggregate mass. The experimental program in this research include the binder extraction for estimating the amount of aged binder in the both fine and coarse RAP material. Before extracting the binder the RAP sieve analysis, have been done to provide the Black grading curve. In continue after the binder extraction the material sieved again to providing the white curve. The comparison of Black and White curve indicated that there is a remarkable difference between the aggregate grading even for the fine RAP. The experimental program was continued by fabricating 12 specimens in different 4 types of mixtures. For the first group no RAP, no rejuvenator and no crumb rubber were used. For the second group 30% of virgin aggregates substituted by RAP material and the third group was similar to the second group just with 0.01% rejuvenator. the forth group was the group, which in that the specimens contain RAP, rejuvenator and crumb rubber. Finally the specimens were tested for Indirect tensile strength. The results indicated that the addition of crumb rubber increased the optimum amount of binder in the mixture with 30% RAP.