Costruzione di strade, ferrovie e aeroporti - parte 3

PAVIMENTAZIONI RIGIDE:

Le lastre in conglomerato cementizio assolvono completamente compiti strutturali e funzionali.

Possono essere poggiante direttamente sul sottofondo ma generalmente si preferisce interporre

uno strato di fondazione per un maggiore contributo strutturale sia per il realizzare una superficie

di stesa con caratteristiche omogenee. Le lastre in calcestruzzo risentono in misura maggiore dei

cedimenti differenziali dovute alle caratteristiche del sottofondo.

Si individuano diverse tipologie di pavimentazione rigida, in relazione alla presenza o meno dei

giunti trasversali e di armatura metallica diffusa. Si distinguono in:

- Pavimentazioni con giunti non armate => sono costituite da una successione di lastre

separate aventi lunghezza pari alla spaziatura tra i giunti stessi. Tale lunghezza deve essere

minore di 9 m e non deve essere maggiore di 30 volte lo spessore per evitare la formazione

dello stato fessurativo. Però nella pratica si adottano valori non superiori a 4,5 m in

assenza di barre di compartecipazione e compresi tra 6/6.5 m in presenza di tali.

- Pavimentazioni con giunti armate => sono dotate di armatura metallica diffusa. Questa è

ordita con maglia regolare nelle due direzioni ortogonali, è posta a una profondità dalla

superficie superiore a 1/3 dello spessore (comunque in modo da realizzare un copriferro di

almeno 5 cm) e interrotta in corrispondenza dei giunti trasversali. L’armatura ha il ruolo di

assorbire le tensioni di trazione, impedendo il formarsi delle fessure. I valori ottimali delle

lastre sono compresi tra i 12 e 18 m

- Pavimentazioni rigide ad armatura continua => sono caratterizzate dall’assenza di giunti

trasversali e si presentano come strutture continue lungo la direzione longitudinale della

strada, interrotte solo da giunti di costruzione. Per ridurre e contenere entro i limiti

necessari, lo stato deformativo si utilizza l’armatura metallica pesante, che viene ordita

sempre nelle due direzioni ma disposta in corrispondenza della mezzeria della sezione

della lastra. -

- Pavimentazioni rigide fibrorinforzate => sono una successione di lastre separate aventi

lunghezza pari alla spaziatura tra i giunti. Il rinforzo con fibre è nella miscela del cls.

La scelta tra le pavimentazioni flessibili e rigide dipende da un’analisi tecnica ed economica che

viene fatta in base a diversi fattori. Le pavimentazioni più utilizzate in Italia sono quelle flessibili che

si applicano a tutti i livelli di rete urbana ed extraurbana, sia di nuova costruzione sia per la

riqualificazione di strade esistenti. In più sono versatili e facili da costruire, costano relativamente

poco e possono essere facilmente mantenute.

Al contrario le pavimentazioni rigide sono più utilizzate in aree caratterizzate da condizioni

climatiche più severe e sono vantaggiose in presenza di traffico molto pesante e lento o di carichi

statici, dove l’utilizzo dei conglomerati bituminosi (pavimentazione flessibile) darebbe luogo ad un

eccessivo accumulo di deformazioni permanenti. Hanno dei maggiori costi e le manutenzioni sono

più impegnative.

Il dimensionamento della sovrastruttura è lo stesso di qualsiasi altra struttura civile dove si mira a

verificare la resistenza dei carichi di servizio. La resistenza è rivolta ai fenomeni di degrado durante

il periodo di servizio, generati dalla combinazione del traffico e sollecitazioni di natura termica.

Quindi il dimensionamento e verifica mirano a procrastinare l’insorgenza dei fenomeni di degrado

oltre la vita limite. Si possono individuare 4 principali tipi di dissesto:

1. Fessurazione da fatica

Si manifesta attraverso una serie di fessure interconnesse tra loro e disposte in modo diffuso lungo

le direttrici di impronta degli pneumatici.

Lo stato fessurativo è generato dalla rottura per fatica degli strati in conglomerato bituminoso

dovuta alle sollecitazioni cicliche trasmesse dai veicoli. Il singolo passaggio della ruota determina

nel generico punto un’alternanza di tensioni e deformazioni dove il ripetersi di tale meccanismo

porta ad un progressivo accumulo fino alla rottura.

Le fessurazioni possono essere di tipo BOTTOM-UP e TOP-DOWN a seconda della sovrastruttura in

cui si innescano. La resistenza a fatica dipende da molteplici fattori legati alle proprietà visco-

elastiche del legame bituminoso, dalla composizione della miscela e dalle sue caratteristiche

volumetriche finali.

La caratterizzazione sperimentale avviene mediante opportune prove in laboratorio e/o prove in

sito 2. Ormaiamento

Consiste nella formazione di depressioni (dette ormaie) sulla superficie stradale che si sviluppano

in direzione longitudinale lungo le direttrici di impronta degli pneumatici.

Si genera per un progressivo accumulo di deformazioni permanenti a seguito del ripetuto

passaggio dei veicoli. I materiali impiegati presentano un comportamento lontanamente ideale

cosicché oltre alle componenti elastiche si hanno comportamenti di natura viscosa e plastica.

3. Rottura di origine termica

È legata principalmente alle condizioni ambientali e si verifica attraverso un repentino

abbassamento della temperatura che porta all’insorgenza di uno strato di coazione (ho una

contrazione impedita) che supera la resistenza a trazione degli stessi. Quindi può avvenire anche

dopo un singolo evento termico.

La rottura termica si manifesta fratture trasversali, nette e ben distinguibili disposte a passo più o

meno regolare. In certi casi, l’apertura delle fessure è tale da compromettere la sicurezza della

giuda, quindi, è necessario procedere alla sigillatura per impedire la penetrazione dell’acqua

all’interno della pavimentazione.

Esiste anche l’esistenza di un meccanismo di rottura per fatica termica legata ai cicli termici

stagionali. 4. Perdita di tessitura superficiale

È dovuta all’azione levigante connessa al passaggio delle ruote che provocano una progressiva

asportazione delle microrugosità dei grani lapidei esposti in superficie e la riduzione delle

macrorugosità del manto, fino a renderlo più liscio. Ovviamente il degrado superficiale della

pavimentazione influenza la sicurezza alla guida perché determina un forte abbattimento

dell’aderenza compromettendo così la funzionalità della pavimentazione stessa.

Per quanto riguarda le pavimentazioni rigide, le forme di degrado possono riguardare:

1. Integrità strutturale della lastra

Ovvero una rottura della lastra che è associata alla formazione di fessure classificabili, dove la loro

formazione può essere legata a cause di varia natura.

Più comunamente il fenomeno è legato a meccanismi di fatica legati al passaggio ripetuto dei

veicoli in combinazione con gli effetti dovuti ai gradienti termici

2. Giunti

Costituiscono un elemento molto vulnerabile nella pavimentazione rigida, dove la progettazione

assume una rilevanza essenziale, perché il collasso di tale struttura compromette la prestazione di

tutta la sovrastruttura.

Un primo fenomeno che riguarda i giunti trasversali è lo scalinamento ovvero la formazione di una

differenza di quota tra i due bordi di lastre continue. Questo perché vi è una insufficiente

collaborazione strutturale tra le due lastre o perché viene a meno il fenomeno l’effetto interlocking

e/o per la presenza di armatura di compartecipazione adeguata.

La presenza dello scalinamento e l’incrinatura della sigillatura provocano una discontinuità nel

sistema. Tale fenomeno è alla base del pumping. Quest’ultimo consiste della fuoriuscita di

materiale fine sciolto misto e acqua, espulso verticalmente per delle sovrapressioni indotte dai

carichi dei carichi veicolari nel sottostante strato non legato saturo.

3. Le caratteristiche superficiali

Anche in questo caso la presenza di aggregati poco-resistenti nei riguardi dell’azione levigante del

traffico unita all’acqua e ai cicli di gelo-disgelo possono portare ad una prematura perdita di

tessitura superficiale, influenzando la risposta funzionale.

Il movimento di un mezzo sul piano viabile dà luogo a un complesso sistema di interazioni che

coinvolgono la struttura, il veicolo e l’ambiente esterno. Il movimento della ruota e il sistema di

forze a essa applicato determinano il livello di sollecitazione trasmesse alle pavimentazioni. Le

sollecitazioni sono a carattere dinamico ed in base all’entità si condiziona l’evoluzione dei

fenomeni di degrado.

Nella pratica correste si fa ricorso a un approccio semplificato secondo cui le caratteristiche

strutturali vengono trattate separatamente da quelle funzionali. Per ciascuna caratteristica si

definisce un modello approssimativo e si analizza la sua risposta alle azioni trasmesse dal traffico

e dall’ambiente circostante. Per quantificare tale risposta si introduce il concetto di prestazione.

La prestazione si correla con l’attitudine a mantenere nel tempo una o più caratteristiche che si

misurano attraverso un parametro che assume il ruolo di indicatore di stato (IS)

Quindi si usa distinguere tra:

- Prestazione strutturale, legate alla durabilità dell’opera

- Prestazioni funzionali, legate alla sicurezza ed al confort

Il livello di danno ad un dato T viene espresso come D(t) = 1- E(t) / Eo dove si considerano raggiunte

le condizioni ultime della pavimentazione in corrispondenza di un valore D= 0.5 pari al

dimezzamento delle proprietà meccaniche iniziali

Stabilito come obiettivo finale quello di realizzare una pavimentazione efficiente e durevole, non

esiste una soluzione univoca ma più alternative da soddisfare per arrivare al raggiungimento

dell’obiettivo.

La soluzione più vantaggiosa non è necessariamente quella con un minore costo iniziale ma bensi

il costo della sovrastruttura valutata su un arco temporale. Il controllo delle prestazioni della

sovrastruttura può riguardare diversi momenti della vita dell’opera:

- In fase di collaudo per verificare la rispondenza delle caratteristiche finali dell’opera a

quelle di progetto

- In fase di monitoraggio periodico tramite la determinazione delle curve di degrado.

POWERPOINT 8

PAVIMENTAZIONE AD ELEMENTI

Per le pavimentazioni storiche occorre conoscere le tecniche costruttive e la tipologia dei materiali

legate a diversi fattori quali l’esperienza dei posatori, i fondi allora disponibili e la geodesia locale in

modo da poter valutare la compatibilità tra le strade esistenti ed il traffico motorizzate moderno e

per poter eseguire manutenzioni e restauro dei centri storici.

Nelle vie dei piccoli borghi, generalmente sprovviste di marciapiede e rivestite dai un semplice

ciottolato, il profilo stradale era convesso con cunette laterali anche essi a ciottolato da ambo lati

oppure concavo e dotato di una cunetta solo lungo l’asse centrale, nella quale potevano ess