Pavimentazioni nelle infrastrutture aeroportuali

Pavimentazioni

Una pavimentazione è composta da una successione di strati costituiti da materiali di caratteristiche fisiche e meccaniche diverse, definite in base alla funzione che tali strati svolgono all’interno della struttura e a seconda del tipo di sollecitazione prevalente a cui sono sottoposti.

Le funzioni delle pavimentazioni sono molteplici:

• Formare una struttura stabile nel tempo e poco deformabile in grado di sopportare carichi ripetuti applicati dai carrelli degli aeromobili;
• Ridurre le tensioni trasmesse al sottofondo ad un livello compatibile con la sua capacità portante, in modo che il terreno non subisca deformazioni eccessive;
• Garantire la sicurezza della circolazione in relazione ai problemi di aderenza pneumatico-pavimentazione in presenza di agenti inquinanti, come acqua, fango, neve, depositi di gomma ecc.;
• Realizzare una superficie sufficientemente regolare tale da assicurare un adeguato comfort di marcia.

Le pavimentazioni possono essere di 3 tipologie.

Le pavimentazioni rigide, quindi composte da uno strato superficiale di CLS, possono essere armate in 4 modi differenti. Le tecniche più utilizzate sono la a e la b, ovvero pavimentazione non armata, ma provvista di barre di compartecipazione che servono a trasferire il carico da una lastra all’altra di CLS, provviste anche di tie bar, ovvero barre messe in maniera perpendicolare alle barre di compartecipazione, e pavimentazione armata, uguale a quella precedentemente descritta, ma in più presenta una rete elettrosaldata superiormente con meno barre di compartecipazione, disposte a distanza di 10/15 m.

La pavimentazione armata con armatura continua non presenta invece barre di compartecipazione e i giunti raffigurati sono disposti in maniera casuale, mentre l’ultima pavimentazione è prefabbricata, costituita da un’armatura precompressa.

Altra tipologia di pavimentazione, non fortemente consigliata in ambito aeroportuale, è quella costituita da masselli autobloccanti, utilizzata raramente in qualche area cargo. Se dovesse rompersi un massello, si dovrebbe intervenire subito poiché, in caso di trascuratezza, si inizierebbe a rompere tutta la pavimentazione.

Cosa cambia tra la pavimentazione stradale ed aeroportuale?

Innanzitutto la distribuzione del carico: infatti nelle macchine il carico viene distribuito al terreno tramite le 4 ruote, e quindi le ruote posteriori passano sopra allo stesso punto in cui sono passate le ruote anteriori. Invece, in ambito aeroportuale, gli aerei scaricano il loro carico tramite le ruote del carrello principale, non passando quindi più volte sullo stesso punto e quindi sollecitando punti differenti della pavimentazione, a differenza delle strade.

Cambia quindi anche la trasmissione del carico tramite le ruote, poiché se quelle delle macchine devono avere buona aderenza all’asfalto, quelle degli aerei devono avere meno superficie di contatto possibile tra pneumatico e pavimentazione.

Anche la velocità è un parametro fondamentale da considerare, poiché gli aerei in pista arrivano anche a 300 km/h, mentre le macchine viaggiano a velocità molto più basse. Ciò consente alle macchine di avere delle deviazioni di traiettoria più basse, e quindi di passare più volte su uno stesso punto, mentre invece gli aerei, a quelle velocità, hanno deviazioni di traiettoria più alte.

Essendo però molto più grandi e prive di vegetazione nei loro dintorni, le pavimentazioni aeroportuali sono più soggette all’influenza delle condizioni meteorologiche.

Periodo di analisi e vita utile

Devono essere definiti in generale due parametri: periodo di analisi e vita utile, che spesso vengono confusi:

• Il periodo di analisi è il periodo di cui noi andremo a studiare la pavimentazione e gli effetti dei carichi su di essa.
• La vita utile è invece il periodo che passa tra l'istante in cui la pavimentazione viene aperta al traffico e il raggiungere del limite di progetto, e quindi sostanzialmente l'istante in cui si ha la necessità di effettuare il primo intervento di manutenzione.

La vita utile può essere inferiore al periodo di analisi.

Concetto di vita utile, ripreso nel decreto CAM, quindi per la realizzazione delle infrastrutture sostenibili in campo di strade, ed è in fase di elaborazione per le piste degli aeroporti. Il periodo di vita utile di una strada deve essere pari a 20 anni, ciò significa che in questo lasso di tempo non devono essere fatte grandi opere di rifacimento, ma solo piccole opere di manutenzione ordinaria come rifacimento della pavimentazione ai fini dell'aderenza piuttosto che della regolarità o altre tipologie di interventi minori.

Per quanto riguarda gli aeroporti è più complesso, poiché è più difficile fare lavori di rifacimento importanti, poiché significherebbe interrompere l’uso di una o più piste e, di conseguenza, meno aerei ed una perdita economica.

Quando effettuo un dimensionamento di una pavimentazione, il concetto del periodo di analisi e il concetto di vita utile sono due dei dati che io devo possedere e che devo definire. Tante volte sono definiti e sono posseduti in funzione delle richieste del committente.

Portanza e sollecitazioni

Altra cosa che dobbiamo definire per il dimensionamento è la capacità di una struttura o di una sovrastruttura di sopportare i carichi, attraverso la stima della portanza della pavimentazione: questa deve essere superiore rispetto alle sollecitazioni con cui la pavimentazione viene caricata di giorno in giorno.

Le sollecitazioni in prima battuta possono sembrare solo quelle del traffico, ma nella realtà non è così. Infatti, si parla sempre di un doppio tipo di sollecitazione:

• Sollecitazioni climatiche;
• Carichi da traffico.

Queste possono agire contemporaneamente, come avviene generalmente, ma qualche volta questi carichi possono essere anche controbilanciati: infatti se realizzo una struttura avente una stratigrafia di pavimentazione con un'alta portanza, quindi vado a massimizzare i parametri di resistenza, automaticamente tenderò a minimizzare quelle che sono le accettazioni delle mie deformazioni sulla struttura.

Portanza alta = capacità di resistenza alta, quindi mi aspetterò deformazioni che si formano nel tempo e fenomeni di fatica che risultano essere pressoché trascurabili. E quindi, tanto più alta sarà la portanza, tanto più alta sarà la vita utile, perché la mia pavimentazione ha una resistenza più elevata e quindi automaticamente avrà anche una vita utile superiore.

Questo non è sempre possibile, noi andremo a scegliere delle soluzioni in funzione anche del budget che abbiamo a disposizione. Quindi, nel momento in cui definiamo di quanti strati si compone la pavimentazione e che caratteristiche devono avere i materiali utilizzati negli strati, dobbiamo in qualche modo scegliere la soluzione che ottimizza il mio dimensionamento: da un lato la capacità di resistere ai carichi, dall'altro lato la capacità del committente di spendere nell'intervento.

Non ha senso spendere milioni se poi la necessità di portanza sono sufficientemente ridotte e quindi avere una pavimentazione che è sovradimensionata nei confronti di quelli che saranno i carichi.

Spesso la sovrastruttura ci è imposta e in qualche caso anche in maniera non propriamente ragionata, perché la struttura potrebbe essere imposta, ma non tollererebbe che fosse imposta in funzione dei livelli di traffico e invece non è propriamente sempre così, e quindi richiedono la verifica di questa struttura e fine.

Altre volte, invece, siamo noi chiamati a scegliere gli spessori e materiali di ciascuno strato, e in questo caso poi dobbiamo fare delle analisi costi-benefici, perché ovviamente la struttura fatta con materiali più performanti generalmente può voler dire uno spessore inferiore, ma un costo di realizzazione più alto.

Analisi dei costi e ciclo di vita

Non potremo fare analisi di costi-benefici estesa all'intero ciclo di vita, ma nel tempo se io ho a disposizione un budget X, spendo oggi X o spendo tra 10 anni lo stesso X, non vuol dire la stessa cosa perché il valore della moneta potrebbe essere cambiato nel tempo.

Quindi riuscire a fare un'analisi dei costi estesa all'intero ciclo di vita vuol dire che io scelgo di spendere il denaro nel momento in cui mi è più conveniente farlo, e quindi c'è tutta una sorta di considerazioni dal punto di vista della matematica finanziaria che è necessario fare.

Inoltre, in un'analisi estesa all'intero ciclo di vita ci sono una serie di parametri da considerare, che sono: i costi di costruzione, i costi per la sicurezza eccetera, ma non vengono considerati i costi sociali legati al disturbo dell'utenza nel momento in cui l'infrastruttura è in opera.

E quindi, con tanta difficoltà, noi dovremmo andare anche a quantificare quanto è economicamente parlando il disturbo che creo mantenendo la pista dell'aeroporto chiusa, in relazione ai voli mancati che non si potranno verificare in quell'intervallo di tempo.

Inoltre, dentro ai costi sociali ci posso mettere anche i costi delle insicurezze, quindi il fatto che c'è un tratto di infrastruttura che viene manutenuta e quindi ci sono degli standard di sicurezza che potrebbero abbassarsi.

Manutenzione e dimensionamento

Tutta questa premessa serve per sapere che, quando facciamo un dimensionamento e andiamo a scegliere lo spessore e i materiali che comporranno la pavimentazione, posso agire principalmente su due fronti:

• Manutenzione uguale a zero: ovvero che ha una vita utile uguale o superiore al periodo di analisi. Durante tutto il periodo non ho bisogno di interventi di manutenzione. E ciò implica che gli spessori tendono ad essere più alti, devono garantire più resistenza e la qualità dei materiali più elevata. I costi di costruzione tenderanno di conseguenza ad essere elevati, ma quelli di manutenzione tenderanno ad annullarsi, a meno che non ci siano specifici fenomeni che non posso prevedere.
• Manutenzione diversa da zero: una vita utile minore del periodo di analisi, conoscerò preventivamente quando devo fare gli interventi di manutenzione e riuscirò in qualche modo a stimare quelli che sono approssimativamente i costi di manutenzione che avrò nel tempo. In termini tecnici, questo vuol dire che la pavimentazione se è a parità di materiali avrà