Misurare conduttività termica e capacità termica volumetrica di una fondazione stradale al variare dell’umidità: un esercizio poco praticato, dato che la caratterizzazione termica delle infrastrutture si è concentrata quasi sempre sui materiali di superficie. Van Nam Pham, Toshihiro Sakaki e Ken Kawamoto lo hanno condotto su miscele di aggregato riciclato da calcestruzzo e granuli di calcestruzzo cellulare autoclavato (AAC) per strati di base stradali in Vietnam, pubblicando i risultati su Construction Materials (doi: 10.3390/constrmater6010010).
Conduttività e capacità termica: i parametri del trasporto di calore
La conduttività termica (\lambda) e la capacità termica volumetrica (C_v) sono le due grandezze con cui si descrive il trasporto di calore in un mezzo poroso. La prima regola la propagazione del flusso termico; la seconda esprime quanta energia serve a innalzare la temperatura di un dato volume di materiale. Entrambe compaiono nelle analisi dell’effetto isola di calore urbana, l’UHI, poiché la comprensione del comportamento termico degli strati infrastrutturali passa proprio da questi parametri.
Il punto critico è un altro: gli studi disponibili hanno affrontato quasi esclusivamente i materiali di superficie, lasciando in ombra quelli del letto stradale. La ricerca sposta quindi la caratterizzazione termica sulla fondazione, un livello dell’opera in cui i dati sperimentali scarseggiano.
Aggregato riciclato e granuli di AAC: la miscela in prova
La base del programma sperimentale è l’aggregato riciclato da calcestruzzo, al quale vengono addizionati granuli di autoclaved aerated concrete, il calcestruzzo cellulare autoclavato. Su tutti i campioni sono state misurate (\lambda) e (C_v) per diversi valori del contenuto d’acqua volumetrico (\theta), coprendo un ampio intervallo di condizioni di umidità. Le diverse dosazioni di AAC permettono inoltre di isolare il contributo del materiale cellulare sul comportamento termico della fondazione.
Umidità crescente: andamenti lineari e azione selettiva dell’AAC
I dati misurati seguono una regola comune. Per tutti i campioni, sia la conduttività termica sia la capacità termica volumetrica aumentano linearmente al crescere del contenuto d’acqua volumetrico. L’aggiunta di granuli di AAC agisce invece in modo distinto sulle due proprietà: abbassa i valori di (\lambda) sull’intero intervallo di (\theta) esplorato, mentre lascia la (C_v) misurata sostanzialmente invariata, che conserva una crescita lineare in funzione dell’umidità. In pratica, dosare il materiale cellulare modifica la trasmissione di calore della miscela senza toccare in misura apprezzabile la sua capacità di accumulo termico.
Prevedere (\lambda) e (C_v): Archie con n = 0,7 e il modello di de Vries
Accanto alle misure, il lavoro verifica la capacità di due modelli consolidati di riprodurre i dati sperimentali, uno per ciascuna proprietà.
La seconda legge di Archie per la conduttività
Per la conduttività termica, un modello fondato sulla seconda legge di Archie, con l’esponente di saturazione modificato al valore (n = 0{,}7), riproduce bene i valori misurati su tutti i campioni provati.
Il modello classico di de Vries per la capacità termica
Per la capacità termica volumetrica, la previsione affidabile arriva dal modello classico di de Vries, che descrive correttamente i dati misurati.
Dal confronto discende l’indicazione operativa del lavoro: il modello basato sulla seconda legge di Archie si presta come strumento di valutazione dei parametri di trasporto termico per i materiali di fondazione stradale di questo tipo.
Il valore del risultato sta nell’accoppiamento tra dati e strumento di calcolo. Chi deve stimare il comportamento termico di una fondazione realizzata con riciclato e AAC dispone di valori sperimentali di (\lambda) e (C_v) estesi all’intervallo di umidità e di una formulazione predittiva calibrata sugli stessi, un riferimento per le analisi di trasporto di calore negli strati sotto la pavimentazione.
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