PROGETTO INTEGRATO DELLE PAVIMENTAZIONI AEROPORTUALI, Tesi di laurea di Infrastrutture Viarie

Scarica PROGETTO INTEGRATO DELLE PAVIMENTAZIONI AEROPORTUALI e più Tesi di laurea in PDF di Infrastrutture Viarie solo su Docsity! - 1 - Sommario Premessa ....................................................................................................... - 5 - Le pavimentazioni aeroportuali ....................................................................... - 8 - 1.1. Introduzione ............................................................................................ - 8 - 1.2. Tipologie .................................................................................................. - 8 - 1.2.1. Terreno di sottofondo .................................................................................. - 9 - 1.2.2. Sovrastrutture rigide .................................................................................. - 11 - 1.2.3. Sovrastrutture flessibili .............................................................................. - 22 - 1.2.4. Criteri di scelta del tipo di sovrastruttura .................................................. - 30 - 1.3. Sollecitazioni indotte dagli aeromobili .................................................... - 32 - 1.4. Dimensionamento ................................................................................. - 37 - 1.4.1. Carichi di traffico ........................................................................................ - 38 - 1.4.2. Dimensionamento pavimentazione rigida ................................................. - 44 - 1.4.3. Dimensionamento pavimentazioni flessibili .............................................. - 51 - 1.5. Gestione della sovrastruttura aeroportuale ............................................ - 60 - 1.5.1. Introduzione ............................................................................................... - 60 - 1.5.2. Le pavimentazioni aeroportuali ................................................................. - 61 - 1.5.3. Moderno approccio alla manutenzione delle pavimentazioni .................. - 63 - 1.5.4. La gestione dello stato di ammaloramento superficiale ............................ - 67 - 1.5.5. Ammaloramenti superficiali ....................................................................... - 72 - - 2 - 1.6. Metodo ACN/PCN per la valutazione della capacità portante delle piste aeroportuali ................................................................................................. - 92 - 1.6.1. Generalità sul metodo ................................................................................ - 93 - 1.6.2. Gli aspetti fondamentali del calcolo ........................................................... - 94 - 1.6.3. La Circolare AC 150/5335-5B e il potenziale impatto nel contesto aeroportuale italiano ........................................................................................... - 96 - Le tecniche di A.I. basate sull’uso dei GA per il progetto e la gestione della sovrastruttura .............................................................................................. - 99 - 2.1. A.I.: definizione e fondamenti teorici ...................................................... - 99 - 2.1.1. Brevi cenni storici ..................................................................................... - 101 - 2.1.2. Vita artificiale e automi cellulari .............................................................. - 102 - 2.2. Algoritmi genetici: introduzione ........................................................... - 105 - 2.2.1. Confronto con altre tecniche di ottimizzazione ....................................... - 108 - 2.2.2. Concetti fondamentali e terminologia ..................................................... - 114 - 2.2.3. La programmazione di un algoritmo genetico ......................................... - 115 - 2.2.4. Analisi del funzionamento di un algoritmo genetico: teorema degli schemi ....- 137 - 2.2.5. Campi di applicazione .............................................................................. - 143 - 2.3. Applicazione alle problematiche stradali e aeroportuali ........................ - 144 - Progetto integrato delle sovrastrutture aeroportuali ................................... - 154 - 3.1. Proposta di un modello di ottimizzazione ............................................. - 154 - 3.1.1. Fase 1: definizione della banca dati ......................................................... - 160 - - 5 - Premessa L’impetuoso sviluppo del trasporto aereo negli ultimi decenni è avvenuto in un quadro di modifiche tecniche e organizzative di gran rilievo che hanno reso possibile il soddisfacimento di una domanda crescente e sempre più differenziata. L’intensificarsi degli scambi economici e culturali tra aree geografiche diverse e la necessità di effettuare spostamenti in tempi contenuti ha determinato uno sviluppo sempre più rapido del sistema di trasporto aereo (sia passeggeri che merci) sulle medie e lunghe distanze. Le sovrastrutture aeroportuali sono soggette, nel tempo, ad un processo d’invecchiamento e di degrado delle funzioni originarie, per cui diventa necessaria l’esecuzione d’interventi con lo scopo di conservarne o ripristinarne le caratteristiche originarie ed eventualmente potenziarle, e ciò anche nella consapevolezza delle difficoltà ambientali e finanziarie, legate alla realizzazione di nuove infrastrutture. Inoltre, il continuo aumento del traffico aereo amplifica, su tutto il sistema infrastrutturale, i problemi di durabilità delle opere. L’affidabilità di viaggio è la qualità prioritaria che viene richiesta ad un’infrastruttura di trasporto: nel senso che essa è tanto più affidabile quanto più è alta la probabilità che la circolazione veicolare si svolga in sicurezza. Durante il moto, il veicolo scambia con la superficie viaria un sistema di forze che gli consente di avanzare e di mantenere le corrette caratteristiche di direzionalità; è pertanto facile intuire come qualsiasi situazione di deterioramento pregiudicante la corretta conformazione del piano viario, possa indurre a problemi di insicurezza e di rischio per la circolazione. A tale inconveniente, si può porre rimedio solo con una corretta ed oculata gestione della manutenzione durante l’esercizio. - 6 - La gestione dell’infrastruttura aeroportuale rappresenta un vasto campo di ricerca, che coinvolge svariate problematiche e competenze. In poche parole, il problema principale, che si pone ai gestori, è quello dell’ottimizzazione della ripartizione dei fondi disponibili per le opere di progettazione e di manutenzione, al fine di massimizzare il beneficio dell’infrastruttura stessa. A tal riguardo, l’applicazione dei criteri della matematica finanziaria alla progettazione e gestione dell’infrastruttura aeroportuale, risulta indispensabile per ottenere la massima efficienza nell’impiego delle risorse. La descritta problematicità dello status quo infrastrutturale, la multidimensionalità degli obiettivi strategici nel campo dei trasporti ed i limiti di bilancio delle amministrazioni stradali, sollecitano da un lato urgenti interventi di manutenzione dell’esistente, dall’altro lo sviluppo di un nuovo modo di concepire la manutenzione stessa, che sia in grado di rimediare all’inefficacia ed agli sprechi del passato e di confrontarsi con la totalità dei fattori in gioco. L’obiettivo del presente studio è stata la creazione di un modello di ottimizzazione della progettazione integrata della pista di volo di un aeroporto internazionale. Si è iniziato con una fase di studio di tutte le dinamiche che stanno alla base del problema; in particolare i temi approfonditi riguardano le caratteristiche, i criteri di dimensionamento e le attività di manutenzione delle pavimentazioni flessibili in campo aeroportuale, la pianificazione dei progetti integrati delle infrastrutture e la teoria dell’intelligenza artificiale, rivolgendo particolare attenzione all’applicazione degli algoritmi genetici nei processi di ottimizzazione. A questa prima fase è seguito lo studio teorico del modello di ottimizzazione da implementare, nel quale si sono definiti tutti i passaggi e le regole su cui si basa la procedura. Quindi, grazie alla collaborazione della SAC (Società Aeroporto Catania) che ha fornito documentazione e assistenza necessarie durante lo sviluppo di questo - 7 - studio, si è passati all’applicazione ad un caso reale, applicandolo appunto all’Aeroporto Internazionale di Catania-Fontanarossa. E’ stato cioè calibrato il modello in esame utilizzando i dati delle rilevazioni effettuate negli anni passati sulla pista, facendo riferimento anche al terreno presente in sito e alle dimensioni reali della pista di Catania. Infine sono stati analizzati i risultati ottenuti dallo studio di più scenari ottenuti con l’applicazione del processo di ottimizzazione degli algoritmi genetici. Confrontando i diversi scenari si è giunti alle conclusioni finali del caso. - 10 - L’esigenza di utilizzare un piano di posa idoneo per la sovrastruttura rappresenta un problema che nel campo delle costruzioni aeroportuali assume notevole rilievo sia per la vastità delle zone interessate dalla piattaforma che per l’ubicazione della medesima. Poiché la scelta del sito viene condizionata da fattori riguardanti soprattutto la funzionalità della base dal punto di vista dell’inserimento nel territorio difficilmente, in tale fase della progettazione, è possibile tener conto delle caratteristiche geologiche, geomorfologiche e geotecniche della zona interessata, motivo per la cui scelta dell’area idonea viene indirizzata, da necessità operative, verso ampie zone pianeggianti; di conseguenza l’ammasso costituente il sottofondo normalmente è formato da depositi recenti di varia natura, per cui il più delle volte si rendono necessarie opere di bonifica e di sistemazione di notevole entità al fine di garantire l’inalterabilità nel tempo della portanza del piano di posa. Il principale ostacolo al mantenimento di un’idonea portanza del sottofondo è individuabile nella presenza d’acqua nell’ammasso; infatti, nei terreni a matrice limo-argillosa, le variazioni di umidità sono accompagnate da fenomeni di ritiro e rigonfiamento oppure da cedimenti più o meni significativi che, in assenza di provvedimenti limitanti l’entità dei medesimi, risultano la causa principale di dissesti delle sovrastrutture. L’insieme di questi fattori impone l’accertamento della stabilità del piano di posa della sovrastruttura con uno studio completo delle condizioni dell’ammasso servendosi di sondaggi e di ricerche geotecniche e in situazioni particolari, nelle quali il sottofondo risulta costituito da strati molto compressibili, occorre scegliere la soluzione ottimale ponendo in atto provvedimenti migliorativi che possono talora rivelarsi decisamente onerosi. In talune circostanze , infatti, può rivelarsi sufficiente l’asportazione dello strato non idoneo (ad esempio torboso o fortemente cedevole) sostituendole con materiale di apporto granulare sempre che - 11 - non si tratti di spessori eccessivi oppure, laddove possibile, trattando lo strato con calce idrata, specialmente se in presenza di terreni argillosi ad elevato indice di plasticità. In altri casi, viceversa, si deve necessariamente procedere ad interventi migliorativi profondi. 1.2.2. Sovrastrutture rigide Le pavimentazioni rigide per piste e piazzali sono costituite essenzialmente da uno strato di fondazione, a diretto contatto con il sottofondo, e da un rivestimento superficiale realizzato con piastre in calcestruzzo. Fig. 1.1 – Strati pavimentazione rigida L’inserimento di uno strato di fondazione tra il sottofondo e la sovrastante struttura rigida risponde alla esigenza di disporre sotto quest’ultima un sostegno di sufficiente capacità portante che assicuri la possibilità di un contatto continuo ed uniforme. Gli strati di fondazione adatti possono realizzarsi in terra-cemento o terra-calce oppure con un misto granulometrico stabilizzato; in taluni casi si è fatto ricorso ad una fondazione a doppio strato: uno, inferiore, in terreno granulare stabilizzato ed uno, superiore, in misto legato a cemento o a calce. L’esperienza acquisita ha confermato, in ogni caso, che i migliori risultati si ottengono con l’inserimento di uno strato in misto cementato il quale fra l’altro rappresenta, per le proprie caratteristiche meccaniche, un ottimo collegamento tra la soprastante - 12 - struttura rigida ed il terreno di sottofondo, limitando il fenomeno del pumping in corrispondenza dei giunti. L’effetto pumping emerge quando, al passaggio dei carichi in corrispondenza del giunto, il bordo della piastra subisce degli spostamenti verticali che causano la degradazione del sottostante piano d’appoggio [2]. Il sovrastante rivestimento in calcestruzzo viene realizzato mediante una serie di piastre quadrate (generalmente non armate) con lato di 5-7 metri, separate fra loro da giunti longitudinali e trasversale che consentono la riduzione delle fessurazioni per effetto del ritiro o delle variazioni di temperatura. La compattazione del calcestruzzo, per spessori ≤ 30 cm, viene eseguita per mezzo di una trave vibrante la quale, imprimendo delle vibrazioni sulla superficie, riesce ad addensare il materiale con sufficiente uniformità. L’energia di compattazione trasmessa al di sotto della superficie è funzione della frequenza di vibrazione della trave; la resistenza del calcestruzzo aumenta col numero dei cicli. Generalmente si adoperano frequenze prossime a 70 Hz, soprattutto per non incorrere nell’inconveniente determinato dal passaggio dell’impasto dallo stato di gel a quello di sol; poiché la densità conseguibile diminuisce con la profondità per spessori >30 cm, è consigliabile procedere alla stesa per strati successivi. Gli spessori comunemente adottati variano fra 30 e 40 cm; la resistenza a rottura per flessione a 28 giorni generalmente richiesta al calcestruzzo è di 45-55 kg/cm2. 1.2.2.1. Caratteristiche e componenti di un calcestruzzo per sovrastrutture rigide aeroportuali Fra le proprietà richieste a un calcestruzzo per garantire la riuscita di una pavimentazione aeroportuale si ritengono di fondamentale importanza la resistenza meccanica, la lavorabilità, la tissotropia, la resistenza all’usura e al gelo. - 15 - d) Resistenza all’usura ed al gelo e additivi Le piastre, in ogni caso, devono possedere superficialmente una buona resistenza all’usura e questa può essere migliorata usando inerti provenienti da rocce compatte e con elevato coefficiente di qualità ( la prova Los Angeles, per tipi A e B, deve fornire valori ≤25%). Per contro l’inconveniente più diffuso che si riscontra nelle sovrastrutture rigide degli aeroporti è rappresentato dalle fessurazioni, più o meno diffuse, più o meno capillari. Per ottenere un sensibile miglioramento di resistenza alla fessurazione sono state studiate ed applicate diverse tecniche che, in sostanza, consistono nell’impiego di additivi antievaporanti che evitino un’essiccazione troppo rapida dell’impasto e nell’aprire i giunti 12-16 ore dopo il getto, ossia nel momento in cui il calcestruzzo, per quanto sufficientemente indurito, non ha raggiunto una rigidezza tale da essere soggetto a microfessurazioni. La qualità dell’impasto, comunque, può essere esaltata riducendo la quantità d’acqua nel medesimo in quanto, con tale riduzione, si aumentano le resistenze meccaniche a flessione ed a compressione, diminuisce la porosità capillare della pasta cementizia ed aumenta l’impermeabilità del calcestruzzo; si consegue anche l’ulteriore vantaggio di ridurre le variazioni dimensionali per variazioni igrometriche (ritiro) o per applicazioni di carichi costanti (fluage). Per contro è opportuno rammentare che il contenuto d’acqua gioca un ruolo determinante al fine della lavorabilità dell’impasto; al di sotto di certi valori del rapporto acqua/cemento, di conseguenza, l’impossibilità di eseguire un buono stendimento ed un idoneo costipamento finisce con l’annullare tutti i vantaggi che la riduzione di tale rapporto comporta. Questa problematica ha stimolato la ricerca di efficaci additivi fluidificanti che consentano la riduzione della quantità d’acqua d’impasto senza per altro influenzarne la lavorabilità. - 16 - Gli additivi aeranti, che provocano l’inglobamento nel calcestruzzo di una certa quantità d’aria, variabile dal 3 al 6%, migliorano la lavorabilità dell’impasto aumentando la resistenza del calcestruzzo all’azione del gelo. La formazione di ghiacci all’interno di un materiale poroso genera uno stato di coesione nel materiale che a volte può superare il valore limite di resistenza del medesimo, dando inizio alla degradazione del calcestruzzo. Inoltre cicli ripetuti di gelo e disgelo provocano effetti cumulativi; una riduzione del rapporto acqua/cemento riesce, in parte, a contenere tale azione ma non va dimenticato che a questa riduzione si accompagna una minore lavorabilità dell’impasto. L’inglobamento, mediante additivi aeranti, di microbolle omogeneamente distribuite, produce un benefico effetto nel calcestruzzo al fine della resistenza all’azione disgregatrice del gelo ma, affinché l’introduzione di aria risulti efficace, occorre che tali microbolle si rivelino sufficientemente stabili e diffuse, onde evitare la formazione di canali continui intercomunicanti in grado di pregiudicare l’impermeabilità del calcestruzzo medesimo. Per questi motivi, unitamente all’impiego di additivi aeranti, si adottano additivi riduttori d’acqua in modo che sia possibile raggiungere un maggior effetto globale per la diminuzione della quantità d’acqua potenzialmente congelabile e, nel contempo, compensare la lieve riduzione di resistenza che il solo aerante provocherebbe. e) Sollecitazioni a fatica Lo studio di una sovrastruttura in calcestruzzo va affrontato anche in relazione alle proprietà visco-elastiche del materiale ed alla resistenza del medesimo offerta alle sollecitazioni ripetute. Relativamente alle proprietà visco-elastiche è opportuno distinguere il fenomeno del fluage da quello del rilassamento. Tale duplice aspetto della viscosità è messo in evidenza da due diversi tipi di prova: nelle prove di fluage il provino viene - 17 - sottoposto a un carico costante e si registrano le deformazioni in funzione del tempo, mentre nelle prove di rilassamento, mantenendo invariata la deformazione, si rilevano le cadute di tensione che si verificano nel materiale. Le prove a fatica consistono nel sottoporre un provino ad una serie di cicli di carico e scarico definiti da una curva tensione-tempo, generalmente di tipo sinusoidale. La tensione si fa variare tra un valore massimo (σmax) ed un valore minimo (σmin) mentre la quantità 0.5 (σma - σmax) rappresenta l’ampiezza A del ciclo. Lo stato di sollecitazione indotto può essere di compressione oppure di trazione per flessione; l’ultimo caso è quello che maggiormente interessa nello studio del comportamento del calcestruzzo per piastre aeroportuali. Il numero N di cicli che provoca la rottura è funzione principalmente dell’ampiezza A e del valore della σmax. Per resistenza a fatica R si intende l’ampiezza A che, in determinate condizioni, causa l’insorgere di fenomeni di rottura dopo un numero finito di cicli, mentre il limite di fatica L è la massima ampiezza A che può essere applicata per un numero illimitato di cicli senza che nel materiale venga superato il limite elastico. Le curve di fatica o di Wohler indicano la relazione tra R e N e da queste può determinarsi il limite L di fatica [3]. - 20 - - variazioni stagionali, che, verificandosi in periodi lunghi, interessano le proprietà viscose del materiale; - variazioni giornaliere, la cui escursione termica si manifesta con una frequenza più elevata. Nel caso di variazioni stagionali la struttura viene interessata in maniera uniforme per tutto Io spessore manifestando fenomeni di dilatazione o di contrazione, mentre per variazioni giornaliere, data la rapidità con la quale queste si manifestano, le superfici superiore e inferiore della piastra vengono portate a diversi livelli termici trovandosi soggette ad ingobbimento. Durante il giorno, infatti, a motivo dell'irraggiamento solare, la superficie inferiore della soprastruttura viene a trovarsi ad una temperatura minore rispetto quella del piano medio mentre il contrario si verifica per la superficie superiore; la piastra tende quindi ad incurvarsi con convessità verso l'alto; viceversa, durante la notte, poiché il raffreddamento della superficie superiore avviene più rapidamente, l'ingobbimento si manifesta con convessità verso il basso. A motivo di tali fenomeni nelle pavimentazioni in calcestruzzo viene richiesta l'esecuzione di giunti onde interrompere la continuità dello stendimento limitando, così, le dimensioni della piastra. La loro presenza, tuttavia, rappresenta un punto debole della soprastruttura in quanto da un lato vengono ridotti la scorrevolezza in superficie ed il comfort di marcia mentre dall'altro una non accurata esecuzione può essere causa d’infiltrazioni dell'acqua superficiale sul piano di posa. In funzione della loro posizione, nel senso dell'avanzamento della macchina stenditrice, i giunti possono distinguersi in trasversali e longitudinali; in relazione invece alla loro funzione si hanno giunti di ritiro (o di contrazione), di costruzione e di dilatazione. I giunti di contrazione assumono maggiore importanza, consentendo di ridurre o, almeno, di regolare la fessurazione del calcestruzzo provocata dal ritiro; i giunti di - 21 - costruzione, viceversa, si rendono necessari tra una ripresa e il precedente stendimento, mentre i giunti di dilatazione hanno la funzione di ridurre gli effetti delle variazioni termiche, per quanto si conferisca ai medesimi un'importanza sempre più limitata. La tecnica tradizionale prevede in corrispondenza dei giunti l’applicazione di armature metalliche per il trasferimento dei carichi tra una piastra caricata e quelle ad essa adiacenti ma la tendenza è comunque quella di procedere sempre più all'esecuzione di giunti non armati per via della maggiore semplicità costruttiva affidando al piano di posa opportunamente irrigidito (misto cementato) ed all'attrito fra piastre adiacenti la funzione del trasferimento del carico. 1.2.2.3. Piastre armate e piastre precompresse La realizzazione di soprastrutture rigide in calcestruzzo semplice, come visto, comporta l'interruzione della continuità dello stendimento mediante giunti al fine di ovviare al fenomeno della fessurazione: un’alternativa a tale procedura è rappresentata dall’impianto di piastre armate; un calcestruzzo armato è infatti in grado di offrire una maggiore resistenza alle tensioni indotte dalle variazioni di lunghezza della struttura consentendo così di adottare maggiori spaziature fra i giunti. Le piastre ad armatura continua sono ottenute disponendo una rete metallica entro la massa del calcestruzzo ed un insieme di barre di ripartizione in corrispondenza dei giunti per il trasferimento del carico; grazie a tale applicazione si riescono a ridurre i giunti a quelli di costruzione e a quelli di dilatazione. La quantità d’armatura impiegata (considerata come area dei tondini di ferro) deve risultare ≥ 0.7% dell'area della sezione trasversale essendo disposta ad una profondità compresa fra il piano medio e il piano, a questo parallelo, posto ad una quota pari a 1/3 dello spessore della piastra, con un ricoprimento minimo di 6 cm. Attraverso tale provvedimento lo spessore delle piastre può ridursi all’80% di quello delle pavimentazioni convenzionali. - 22 - La lunghezza delle piastre armate, non più di forma quadrata, può arrivare a 100÷150 m e ciò costituisce un vantaggio economico in quanto viene a ridursi l'onere della manutenzione dei giunti. Per contro con l'armatura continua vengono eliminate solo le lesioni di una certa entità, manifestandosi invece fessurazioni diffuse rappresentate da micro-incrinature le quali, pur tollerabili nella struttura, ne riducono la scorrevolezza in superficie. La tecnica della precompressione, più opportunamente, consente un'ulteriore riduzione del numero di giunti consistendo nell'assoggettare la piastra ad uno stato di compressione in modo da contenere le tensioni di trazione indotte dai carichi, dal ritiro e da variazioni termiche. La precompressione si realizza tramite l'impiego di armature pre-tese che per aderenza trasferiscono al calcestruzzo gli sforzi di compressione; oppure comprimendo la piastra con martinetti contrastanti con le piastre adiacenti o con opportune spalle in calcestruzzo. Uno stato di precompressione nelle piastre si ottiene anche adottando dei calcestruzzi espansivi in cui particolari additivi solfo-alluminati di calcio anidro, trasformandosi in ettringite con forte aumento di volume, provocano durante il processo d’indurimento una dilatazione della struttura. Opportunamente contrastata, tale variazione di volume si traduce in uno stato di compressione a tutto vantaggio della riduzione del fenomeno della fessurazione. 1.2.3. Sovrastrutture flessibili Le sovrastrutture flessibili aeroportuali, dal punto di vista tipologico, si rivelano simili, in sostanza, a quelle adottate per le costruzioni stradali: anche in questo caso, infatti, la soprastruttura è costituita dalla sovrapposizione di strati di materiali di diversa natura e caratteristiche meccaniche differenti, ossia: strato di fondazione, di base e superficiale [1]. - 25 - da trattare rendono sovente convenienti soluzioni del tipo rispetto a quella che prevede l'approvvigionamento di un terreno idoneo proveniente da cave distanti dal cantiere. b) Strato di base La base è costituita, solitamente, da un unico strato in misto bitumato oppure da due strati, di cui quello inferiore in misto cementato e quello superiore in misto bitumato. Il misto bitumato è un conglomerato bituminoso a masse aperte, ossia nel quale la porosità conserva, dopo l’azione di costipamento, valori più elevati rispetto a quello dello strato superficiale. Gli inerti (sabbia, graniglia e pietrisco) devono risultare quanto possibile privi di materie eterogenee e la loro curva granulometrica deve rientrare in determinati fusi, uno dei quali è riportato in Tab. 1.2; talune prescrizioni prevedono per gli inerti un coefficiente di frantumazione ≤150÷200 oppure, riferendosi alla prova Los Angeles (usando miscele di tipo A o B) un coefficiente di qualità ≤ 30%. Il bitume impiegato nella miscela (4÷4.5% in peso degli inerti) è del tipo 180÷200 (valori della penetrazione in decimi di millimetro a 25 °C). - 26 - Tab. 1.2 - Fusi granulometrici degli inerti per conglomerato bituminoso: manto di usura, binder, misto bitumato per strato di base. Per la preparazione dell'impasto si utilizzano impianti speciali che assicurano l'essiccamento e la depolverizzazione degli inerti, nonché il riscaldamento degli stessi e del bitume e la loro miscelazione nelle prestabilite proporzioni. La % di bitume da impiegare, il cui valore va scelto in relazione alle caratteristiche granulometriche degli inerti, viene determinata preventivamente in laboratorio con la prova Marshall (la stabilità Marshall deve risultare ≥ 500÷700 kg). Per lo stendimento si adoperano spanditrici finitrici; la temperatura del conglomerato durante tale operazione viene mantenuta ≥ 100°C; gli spessori del materiale sciolto per ogni singola passata devono essere di 8÷11 cm corrispondenti a 5÷8 cm di spessore finito. Per il costipamento sono sufficienti alcuni passaggi di rullo compressore statico o dinamico a ruote metalliche lisce sempre che tale operazione segua immediatamente quella dello stendimento, ossia prima che il conglomerato raffreddi. Il controllo del costipamento si esegue determinando in - 27 - laboratorio, su tasselli estratti dallo strato già steso e compattato, la porosità, che deve risultare ≤ 8÷10%. c) Strati superficiali Gli strati superficiali sono costituiti dal binder (o strato di collegamento) steso sopra la base e dal manto (o strato di usura) steso sopra il precedente; i due strati superficiali differiscono sostanzialmente per la scelta granulometrica degli inerti (Tab. 1.3) e di conseguenza per il contenuto in bitume. Nel binder la % del filler è compresa entro 3÷6% mentre nello strato di usura sono preferibili valori ~ 8÷10%, fatto che rende quest'ultimo molto più chiuso, ossia con valori molto bassi di porosità (< 4%). Tab. 1.3 - Qualità degli inerti, caratteristiche del bitume e di resistenza del conglomerato consigliabili per strati di base e strati superficiali di soprastrutture flessibili aeroportuali. - 30 - manutentivi che, nel caso di piste e piazzali, costituiscono comunque un grosso problema per l’inagibilità delle zone da ripristinare. Relativamente all'accettazione della qualità della superficie del manto le prescrizioni per soprastrutture aeroportuali impongono, in genere, che la pavimentazione non debba presentare rialzi o avvallamenti > 4 mm (rispetto a un regolo rettilineo con faccia inferiore piana di 3 m di lunghezza comunque disposto sulla superficie). Essendo generalmente impossibile ottenere l'ottimizzazione contemporanea di tutte le caratteristiche richieste, è consigliabile che la messa in opera di un conglomerato sia preceduta da un studio esaustivo sulla composizione e sui componenti, accompagnato da una serie di controlli prima e dopo il costipamento. Risulta pertanto necessario ricorrere a numerose prove di laboratorio i cui risultati assumono valore significativo quanto più le condizioni sperimentali riflettono quelle reali cui verrà sottoposto Io strato dopo la messa in opera. 1.2.4. Criteri di scelta del tipo di sovrastruttura Le sovrastrutture aeroportuali, come visto, possono essere rigide o flessibili e la scelta dell'uno o dell'altro tipo rappresenta uno dei problemi più interessanti nella progettazione specifica; tale scelta, infatti, viene condizionata da diversi fattori di natura tecnica ed economica pur non essendo sempre possibile ottemperare alle diverse esigenze in maniera soddisfacente. Generalmente, infatti, si accetta la soluzione standard di realizzare le zone critiche con soprastrutture rigide e quelle non critiche con sovrastrutture flessibili; tale criterio trova giustificazione nell'opportunità di prevedere, laddove gli aeromobile stazionino o si muovano a velocità ridotta (gravando quindi sulla pavimentazione con tutto il loro peso) ossia piazzali, testate e vie di circolazione un rivestimento - 31 - che contrasti efficacemente le maggiori sollecitazioni imposte e offra una maggiore resistenza ad un traffico di tipo canalizzato. Il conglomerato bituminoso delle soprastrutture flessibili, per via del suo comportamento visco-elastico, è soggetto a deformarsi sotto l'azione di carichi statici prolungati o ripetuti e inoltre, come fatto notare, risulta particolarmente sensibile alla temperatura del soffio dei reattori ed all'aggressività del kerosene che, durante i rifornimenti o le soste in generale, per gocciolamento raggiunge la pavimentazione. Per le zone critiche la sovrastruttura più indicata appare quindi quella rigida la quale, fra l'altro, può essere opportunamente rigata in superficie offrendo così la possibilità di ridurre il fenomeno dell'aquaplaning e di garantire una buona aderenza. La rugosità superficiale del conglomerato bituminoso invece non si conserva nel tempo, soprattutto a causa delle deformazioni determinate dall'aumento di temperatura dovuto al calore che si sviluppa nelle fasi di frenatura sulle superfici di contatto con le ruote del carrello. Per contro la costruzione di una pavimentazione rigida si presenta sempre meno semplice rispetto a quella di una flessibile, sia per via della particolare tecnica di stendimento del calcestruzzo per piastre sia per le difficoltà spesso create dai giunti la cui non perfetta esecuzione può rivelarsi causa di continui martellamenti al passaggio delle ruote del carrello sui bordi conducendo a lesioni e degradazioni tali da interessare buona parte delle piastre; di conseguenza, laddove è stato possibile, nelle zone meno sollecitate (non critiche) si è preferito ricorrere ai rivestimenti bituminosi. Il progredire della tecnologia della messa in opera di soprastrutture e l'evolversi dì talune situazioni di mercato, tuttavia, hanno rimesso in discussione tale indirizzo al punto che non mancano esempi dì piste di volo interamente in calcestruzzo o di piazzali e piste in conglomerato bituminoso. - 32 - Dal punto di vista tecnico la principale opposizione alle pavimentazioni bituminose, ossia la disgregazione del manto a seguito del gocciolamento del kerosene e del calore dei getti dei motori, tende ad essere ridimensionata con l'adozione dei trattamenti di cui si è discusso; così come le principali difficoltà della messa in opera del calcestruzzo per pavimentazioni vengono ormai superate utilizzando i moderni sistemi di lavorazione e la nuova tecnologia. Per contro, tenendo presente che le soprastrutture di un aeroscalo occupano enormi superfici, non si può prescindere, nella scelta del rivestimento, dal considerare i risvolti economici conseguenti nonché la necessità di garantire nel tempo la massima utilizzabilità della pavimentazione ricorrendo solo eccezionalmente ad opere di manutenzione straordinaria; operazioni del genere, infatti, specialmente sulle piste di volo, obbligano interruzioni di traffico più o meno prolungate per l'inagibilità totale o parziale delle piste stesse, con conseguenze di carattere economico non sottovalutabili. 1.3. Sollecitazioni indotte dagli aeromobili Le sovrastrutture aeroportuali, ai fini del dimensionamento, vengono distinte in due categorie in base alla loro utilizzazione, riguardanti le manovre di atterraggio e di decollo, oltre a tutte le altre operazioni a terra che riguardano, ad esempio, il trasferimento dalle piste di volo ai piazzali di sosta, di sbarco, imbarco e rifornimento [4]. Durante le operazioni di trasferimento a terra gli aeromobili si muovono a basse velocità e lungo traiettorie “canalizzate” (piste di rullaggio, vie di circolazione), oppure sostano in aree ben precise (piazzali, piazzole scaldamotori). Queste zone si chiamano critiche in quanto la sovrastruttura e particolarmente sollecitata. - 35 - Per le pavimentazioni rigide un calcolo approssimato di Qes è stato proposto dalla F.A.A. e si basa sui valori di interasse e scartamento tra le ruote delle gambe di forza: Il termine η si valuta attraverso il grafico: Fig. 1.6 – Procedura F.A.A. – Pavimentazioni rigide (gamba di forza a ruote gemelle) in funzione del rapporto st/l tra scartamento e raggio di rigidità relativa e del rapporto ΣA/l2 tra area di impronta dei pneumatici e raggio di rigidità relativa. La determinazione di Qes, nel caso di pavimentazioni flessibili, risulta più complessa in quanto ci si trova in presenza di più strati aventi spessori e caratteristiche meccaniche differenti. Non esiste un carico unico che riproduce su tutti gli strati lo stesso effetto delle ruote della gamba di forza. Per risolvere il problema si ipotizza che il piano critico coincida con quello a contatto con il sottofondo. Quindi si può ridefinire il carico equivalente su ruota singola come quel carico che riproduce sul terreno di sottofondo le stesse tensioni massime di quelle indotte dalle ruote - 36 - dell’aeromobile. Si introduce quindi il metodo di Boyd e Foster che, basandosi sulla teoria di Boussinesq, permette di valutare la trasmissione del carico al variare della profondità. Fig. 1.7 – Trasmissione dei carichi con la profondità Per calcolare la distanza tra le pareti interne delle ruote componenti la singola gamba di forza, d, si ipotizza che l’area di contatto sia ellittica con semiassi a e b, posto . Se Qr è il carico sulla ruota (Qr = Qg/r) si ha: ⁄ da cui segue √ ⁄ dove: p: pressione di gonfiaggio; Ricavato b si può trovare la distanza d come: √ ⁄ Trovato d si può calcolare il carico equivalente su ruota singola come: dove, indicato con r il numero di ruote che costituiscono la gamba di forza, - 37 - - per - ( ) per - per con t = st per ruote gemelle e t = sd per ruote doppio tandem. 1.4. Dimensionamento Per dimensionamento di una sovrastruttura aeroportuale si intende l’insieme di quelle operazioni volte alla progettazione degli strati della pavimentazione presupposta la durata di servizio e il traffico complessivo. Il processo comprende l’identificazione e la raccolta dei dati di progetto, la schematizzazione del comportamento della pavimentazione durante la sua vita, la scelta dei materiali per la composizione degli strati ed infine la definizione dei loro spessori [4]. Il corretto dimensionamento deve considerare le seguenti peculiarità dell’ambito aeroportuale: 1. non omogeneità delle caratteristiche degli aerei: diversità del peso, della disposizione delle ruote, della pressione di gonfiaggio; 2. diversità del carico in relazione alle condizioni operative: uno stesso aeromobile presenta diverso carico se in fase di decollo, atterraggio, etc.; 3. differente sollecitazione della pavimentazione: a causa della variazione di velocità e della diversa canalizzazione del traffico; 4. assolvimento a diversi scopi funzionali e strutturali: perdite di carburante o getto caldo dei motori, tipologie di sforzi di sollecitazione. Ai fini del dimensionamento è utile effettuare la seguente distinzione tra le diverse zone pavimentate dell’aeroporto: - 40 - Fig. 1.8 – Distribuzione del carico dell’aeromobile Risultando generalmente ⁄ è possibile effettuare il dimensionamento della pavimentazione considerando il solo treno principale di atterraggio con carico gravante pari a 0.95G. Occorre inoltre considerare il numero di ripetizioni di carico che interessa ogni singola zona dell’aeroporto. Importante è quindi considerare il grado di dispersione delle traiettorie ovvero la distribuzione trasversale del traffico su una pavimentazione. Essa è funzione della larghezza pavimentata, della velocità, del tipo di operazione e del velivolo. Valutata attraverso la deviazione standard, è massima sulle piste di volo e minima sulle vie di circolazione. - 41 - Fig. 1.9 – Distribuzione degli spostamenti dell’asse del carrello dall’asse pista Il dimensionamento delle infrastrutture di volo viene eseguito normalmente con riferimento all’aereo critico, definito come l’aereo più gravoso tra quelli che utilizzeranno con maggior frequenza la sovrastruttura in progetto. Per tener conto del numero di ripetizioni di carico dell’aereo critico, occorre definire un criterio di equivalenza per gli aerei di caratteristiche differenti, considerando anche la distribuzione del carico lungo la sezione trasversale della pista. Ogni aereo, in base alle sue caratteristiche (peso, pressione di gonfiaggio, disposizione delle ruote), impegna parte della capacita strutturale della pavimentazione. Si introduce un fattore di equivalenza, definito come il rapporto tra la capacità strutturale utilizzata da un dato aereo e quella relativa al mezzo di riferimento: - 42 - ⁄ capacità strutturale utilizzata per ogni movimento dell’aereo “i”; ⁄ capacità strutturale utilizzata per ogni movimento dell’aereo critico; Ni numero di passaggi dell’aereo “i” senza che insorgano deformazioni permanenti; Ns numero di passaggi dell’aereo “i” senza che insorgano deformazioni permanenti. Si definisce un fattore di equivalenza: ⁄ ⁄ tale che un passaggio delle mezzo “i” equivalga a Fi passaggi dell’aereo critico. La capacità di resistenza strutturale utilizzata nel tempo dal traffico previsto è: ∑ ∑ dove si considerano k tipi di aereo e ni rappresenta il numero di passaggi previsto per ciascun tipo “i” di aereo. Da questa si può ricavare il numero equivalente di passaggi dell’aereo critico: ⁄ ∑ Come è stato detto non tutte le zone della sovrastruttura sono interessate dalla stessa distribuzione trasversale del carico. Nelle aree di stazionamento dei piazzali i carichi sono applicati circa nello stesso punto. Nelle vie di circolazione e nelle testate delle piste di volo, il traffico risulta molto canalizzato e si può ritenere concentrato in una fascia centrale larga 12 m. Nella parte centrale delle piste di volo il traffico e meno canalizzato ed e distribuito su una fascia larga circa 20 m. Dalla figura ----- si evince quanto segue: - un traffico canalizzato si svolge per il 75% nell’ambito di una striscia di 2,50 m (scarto quadratico medio δ = 0,5÷1,00 m); - 45 - Fig. 1.10 – Valori del carico di rottura al variare dell’area di contatto Poiché la qualità strutturale della pista è rappresentata dalla posizione della curva nel piano (A,Q), e non da un singolo punto, ne consegue che è possibile attribuire un indice di portanza costante per tutti i punti appartenenti alla stessa curva. Pertanto, a ciascuna curva si può assegnare un numero che ne individua la posizione nel diagramma rispetto alle altre. Quindi si definisce una curva standard che tenga conto dei più diffusi tipi di aereo e ne calcoli i carichi su ruota e le relative aree di contatto. - 46 - Tab. 1.4 – Definizione della curva standard di classificazione (LCN) Per il tracciamento della curva si selezionano le coppie di valori (A,Q) tali che raccordandoli ne viene un andamento regolare. Fig. 1.11 – Curva standard di classificazione dei carichi L’indice di portanza della sovrastruttura è dato dal carico corrispondente al punto di intersezione della curva standard con quella relativa alla sovrastruttura stessa (tenendo conto di un opportuno coefficiente di sicurezza che le norme ICAO fissano - 47 - pari a 1,5 senza distinzione tra zona critica e non critica). Tale indice rappresenta il numero LCN della pista. Il numero LCN della sovrastruttura è, quindi, un indice che ne quantifica la resistenza strutturale per diverse combinazioni di carico ed aree di contatto. Il numero LCN relativo alla pista deve essere confrontato con quello degli aerei, ricavato allo stesso modo, al fine di verificare l’idoneità della sovrastruttura che deve accogliere il velivolo. La procedura di dimensionamento è iterativa, in quanto il numero LCN è funzione della tipologia della pavimentazione e dello spessore s. Si utilizza la formula di Teller e Sutherland per il caso di carico applicato all’angolo: [ ( √ ) ] da cui segue: √ [ ( √ ) ] dove: - σc è la tensione ammissibile del calcestruzzo; - Qes è il carico equivalente su ruota singola; - a è il raggio dell’area di impronta; - l è il raggio di rigidità relativa. La procedura di dimensionamento si articola così:  si fissa uno spessore s;  si determina il corrispondente numero LCN dell’aereo tipo prescelto (aereo critico) e si ricava il valore di Qes;  si sostituisce tale valore nell’espressione di s e si ricava lo spessore della piastra;  il valore ottenuto si confronta con quello fissato. La procedura si itera fino a quando i due valori di s risultano pressoché uguali. - 50 - decollo dell’aereo critico (t) e il numero di decolli annuali equivalenti dell’aereo critico (1200, 3000, 6000, 15000, 25000). Si utilizzano nomogrammi per determinare lo spessore della in calcestruzzo. Lo spessore st della piastra risultante dai grafici si utilizza nelle zone più direttamente interessate dal traffico in partenza (larghezza 15 m a cavallo dell’asse della pista); uno spessore di 0,9 st si adotta per le zone interessate dal traffico in arrivo e per i raccordi percorsi ad alta velocità; uno spessore di 0,75 st per le zone in cui si prevede un traffico occasionale (fasce laterali delle piste). Tab. 1.5 – Classificazione F.A.A. dei sottofondi - 51 - Fig. 1.14 – Curve di progetto F.A.A. per pavimentazioni rigide. Aerei a ruota singola 1.4.3. Dimensionamento pavimentazioni flessibili I metodi di dimensionamento delle pavimentazioni flessibili si dividono in metodi empirici e metodi razionali. I metodi di dimensionamento empirici sono fondati su ipotesi poco corrispondenti con il reale comportamento della sovrastruttura. Sono ricavati, infatti, da osservazioni sperimentali eseguite su diverse tipologie di pavimentazione sottoposte ad un traffico selezionato. La generalizzazione dei risultati ottenuti è molto complessa, in quanto si prescinde da parametri fondamentali, come la frequenza d’applicazione dei carichi e la temperatura, che intervengono nei materiali visco-elastici come i conglomerati bituminosi. I procedimenti razionali di progetto consentono, invece, una più rispondente analisi del rapporto sforzi-deformazioni facendo intervenire le caratteristiche meccaniche dei singoli strati che compongono la pavimentazione, ed in particolare i relativi moduli di elasticità E. - 52 - 1.4.3.1. Metodo L.C.N. Come nel caso di pavimentazioni rigide, il metodo è iterativo. Si fissa uno spessore complessivo s, si ricava il valore di LCN dell’aereo tipo (aereo critico) e, in funzione del CBR del sottofondo, si ricava lo spessore necessario che va confrontato con quello fissato. La procedura si arresta quando i due spessori non si discostano di molto [5]. Fig. 1.15 – Nomogramma per il calcolo dello spessore di una pavimentazione flessibile con metodo LCN (zona critica), in base all’indice CBR del sottofondo 1.4.3.2. Metodo F.A.A. Il metodo è analogo a quello delle sovrastrutture rigide per quanto riguarda l’input del traffico annuale equivalente riferito ai soli decolli [4]. Altri dati sono: - carico massimo al decollo dell’aereo di progetto; - 55 - Fig. 1.17 – Nomogramma per la definizione dello spessore minimo da assegnare allo strato di base in funzione dello spessore totale della sovrastruttura (zona critica) secondo la F.A.A. 1.4.3.3. Cenni sui metodi razionali La metodologia razionale di dimensionamento delle pavimentazioni è ampiamente nota e frequentemente utilizzata in campo stradale. La sua applicazione alle pavimentazioni aeroportuali presenta alcune peculiarità degne di approfondimento [8]. Le sovrastrutture aeroportuali sono di solito di spessore significativamente maggiore di quello delle pavimentazioni stradali. - 56 - Il traffico si differenzia in maniera sostanziale da quello stradale per pesi, pressioni di gonfiaggio, configurazione dei carrelli e numero di ripetizioni. Inoltre tali caratteristiche del traffico cambiano a seconda della destinazione d’uso della zona in progetto (pista di volo, vie di circolazione, piazzali, ecc.). In campo aeroportuale è molto limitata la variabilità delle condizioni ambientali che invece è abituale lungo lo sviluppo di una strada in relazione all’eventuale presenza di vegetazione e manufatti, all’esposizione e ad altri fattori che possono avere influenza sul regime igro-termico della sovrastruttura e del sottofondo (vento, irraggiamento sola re, livello di falda, penetrazione del gelo). Tale uniformità di condizioni ambientali, unitamente alla migliore conoscenza dei fattori climatici (in ogni aeroporto esiste di norma una stazione meteorologica), offre maggiori garanzie per la scelta dei dati di progetto. Una tipica procedura razionale piò essere divisa in quattro fasi distinte: 1. analisi delle condizioni igro-termiche della pavimentazione e del sottofondo; 2. analisi del traffico e della distribuzione delle traiettorie degli aeromobili; 3. calcolo delle sollecitazioni e delle deformazioni indotte dai carichi di traffico nelle diverse condizioni climatiche; 4. verifica del danno cumulato della pavimentazione. Nella prima fase viene calcolata la temperatura della pavimentazione a diverse profondità, considerando i valori dei fattori climatici nei diversi periodi dell’anno. La capacità di resistenza ai carichi di traffico di una pavimentazione è infatti influenzata dalle condizioni climatiche per due diversi aspetti: - 57 - - il regime termico della pavimentazione, in relazione al comportamento termosuscettibile dei conglomerati bituminosi e alle deformazioni termiche che si generano negli strati legati a cemento; - il regime di umidità, in relazione all’influenza di questa sulle proprietà dei materiali. I fattori climatici che possono influenzare il regime termico delle sovrastrutture sono: - la temperatura dell’aria, - la radiazione solare, - il vento. Esistono numerosi modelli per la determinazione delle temperature all’interno delle sovrastrutture. Una soluzione, basata sulla teoria generale della conduzione del calore in corpi solidi e che risolve il problema specifico di un corpo semindefinito con superficie orizzontale a contatto con l’aria, è stata offerta da Barber. Definite le temperature della pavimentazione a diverse profondità si possono calcolare i moduli dei conglomerati bituminosi o i gradienti termici nelle lastre di calcestruzzo in diversi periodi dell’anno. Ai fini pratici del dimensionamento può essere sufficiente dividere l’anno in 3 o 4 periodi corrispondenti alle stagioni climatiche. Il fattore climatico che invece può influenzare il regime di umidità è la piovosità. La variazione di umidità e l’innalzamento del livello di falda possono causare la riduzione della capacità portante dei materiali granulari e del terreno di sottofondo. Un altro fattore climatico da considerare nel progetto di una pavimentazione è il gelo che, pur essendo una conseguenza del regime termico e di quello di umidità, - 60 - 1.5. Gestione della sovrastruttura aeroportuale 1.5.1. Introduzione Nel moderno approccio al tema della manutenzione delle infrastrutture aeroportuali costituisce un requisito imprescindibile la disponibilità e l’uso di strumenti avanzati per la gestione razionale delle sovrastrutture che sia in grado di garantire un adeguato livello di servizio per la sicurezza degli aeromobili preservando, al contempo, le risorse economiche disponibili. Tali strumenti, denominati nella letteratura tecnico-scientifica di settore Pavement Management Systems (PMS) rispondono alle esigenze poiché contengono al loro interno una serie di procedure in grado di associare agli indicatori di stato riguardanti le caratteristiche funzionali e strutturali della pavimentazione, i parametri economici necessari alla quantificazione delle risorse utili per mantenere l’infrastruttura ai prefissati livelli di servizio e di sicurezza [9]. Tra gli indicatori di ammaloramento maggiormente considerati vi è il Pavement Condition Index (PCI) che rappresenta un indice di degrado e che si valuta mediante la sola analisi visiva della superficie della sovrastruttura; esso si pone come primo passo verso una più approfondita analisi dello stato di degrado che si completa con campagne di rilievi ad alto rendimento che offrono ulteriori dati e strumenti di analisi e valutazione dello stato di ammaloramento. La determinazione di tale indicatore di stato deve essere accompagnata dalla disponibilità di notevoli risorse economiche per la copertura delle spese tecniche che ogni 2-3 anni devono essere sostenute al fine di eseguire l’ispezione visiva delle infrastrutture da parte di tecnici qualificati. Tuttavia, per garantire un maggior livello di servizio, sorge la necessità di disporre di sistemi di valutazione del degrado delle pavimentazioni che possano essere attivati con maggior frequenza ma con un ridotto dispendio di risorse. - 61 - 1.5.2. Le pavimentazioni aeroportuali Un sistema viario aeroportuale si configura, da un punto di vista meramente costruttivo, come una comune infrastruttura stradale ovvero costituito da una sovrastruttura dimensionata e realizzata con lo scopo di consentire in sicurezza la circolazione degli aeromobili a terra, di resistere alle componenti di sollecitazione verticale (massa del velivolo) e tangenziale (azioni di accelerazione e frenatura) e di trasferire i carichi al piano di posa, in ovvia relazione alle sue capacità portanti. E’ lampante l’evidente differenza di utenza tra la strada e il complesso di vie che contraddistinguono un aeroporto ma è proprio da questa diversità che si susseguono tutta una serie di discrepanze che implicano al progettista, gestore e manutentore di adottare specifiche prescrizioni e modus operandi che sono assai lontani dalle dinamiche progettuali, manutentive e gestionali tipiche del settore stradale. Da qui si comprende bene l’esigenza di avere a disposizione una sovrastruttura in grado di consentire le operazioni in piena sicurezza e durante tutti i periodi dell’anno; occorre pertanto che venga garantito un moto perfettamente regolare, senza perdita di aderenza, con basse resistenze al rotolamento e, requisito essenziale per non incorrere in danni alle delicate strutture e strumentazioni dei velivoli, con il minor numero di azioni impulsive indotte dal contatto a forte velocità del treno di atterraggio con il piano viabile. Anche sotto l’aspetto normativo si notano grandi differenze inerenti le attività di costruzione, manutenzione e gestione degli aeroporti in quanto sono regolate da standard di gran lunga più restrittivi e cogenti che derivano da regolamenti comunitari di valenza internazionale, come lo sono le prescrizioni ICAO. Esiste poi un aspetto economico non trascurabile in quanto le pavimentazioni aeroportuali rappresentano un vero e proprio patrimonio in grado di generare utili molto elevati alle società di gestione ed alle stesse compagnie aeree. A fronte di ciò - 62 - si viene quasi automaticamente ad associare alla loro vita un sistema di management che influenza in modo assai marcato le scelte dei materiali, gli intervalli di manutenzione e le fasi di progettazione e realizzazione. Tutto questo porta inevitabilmente a definire in un vero e proprio punto di break even tra tecnica ed economia che si pone come riferimento per individuare le strategie da compiere per convergere ad un buon mantenimento delle infrastrutture sia in termini di resa economica che di sicurezza nelle operazioni. Realizzare ex-novo, per esempio, una pista o ricondizionarla a vita utile raggiunta, non è mai cosa possibile da un punto di vista economico, d’impatto ambientale e, nel caso di aeroporti dotati di una sola via di corsa o di rullaggio, di operatività. Diventa perciò necessario organizzarsi al fine di non arrivare all’estremo; in Fig. 1.18 si può notare quale sia il ciclo di vita di una pavimentazione tipo e, dato ancora più clamoroso, si possono desumere i costi approssimativi (espressi $/yd2 ovvero $/0,84m2) per gli interventi di manutenzione [9]. Fig. 1.18 – Ciclo di vita e costi per la manutenzione di una pavimentazione tipo Gestire in modo oculato significa quindi evitare grossi impegni finanziari su strutture esistenti consentendo così di sfruttare queste risorse in azioni di adeguamento infrastrutturale volte al progresso sempre più avanzato in ambito - 65 - Fig. 1.19 – Schema a blocchi di un PMS - 66 - Le principali fasi di cui si compone un programma di gestione delle pavimentazione, valido in campo aeroportuale, sono le seguenti:  raccolta dei dati della pavimentazione ed elaborazione delle condizioni effettive, ovvero realizzazione di una banca dati e sua continua implementazione;  accertamento delle necessità di interventi manutentivi che consistono nell’individuazione dell’aeromobile critico, nella stima dei futuri flussi di traffico e nella creazione di un modello ad hoc con cui simulare i fenomeni di decadimento prestazionale;  valutazione dell’effetto degli interventi di manutenzione e di riabilitazione effettuati sulla singola sezione in rapporto al comportamento strutturale dell’intera sovrastruttura;  ottimizzazione a livello di infrastruttura che si concretizza nella definizione di una strategia univoca di manutenzione valida per ogni sezione mediante un sistema di specifici algoritmi. Il risultato finale, derivante dell’applicazione di un sistema di gestione delle pavimentazioni, è la redazione del piano manutentivo delle aree di movimento che di fatto rappresenta quello strumento utile per pianificare e programmare le strategie di manutenzione e di riabilitazione, volte a risolvere le criticità emerse dal sistema e in grado di offrire il raggiungimento di standard operativi tali da garantire livelli di servizio sempre più alti ed in linea con le previsioni economiche e di traffico. Realizzare un piano di manutenzione airside allora può apparire quanto mai lineare. Infatti seguendo le periodicità di prove impostate e partendo dall’analisi dei risultati ottenuti dall’elaborazione del programma di PMS a livello di sezione e di infrastruttura è possibile definire in modo accurato le modalità degli interventi - 67 - da eseguire, le scadenze entro le quali realizzarli ma, soprattutto, la consistenza economica necessaria per sostenerli. Tuttavia la manutenzione di un’infrastruttura complessa, quale è l’area di movimento di un aeroporto, è costituita anche da continue ispezioni e prove empiriche che spesso mettono in luce anomalie non programmate alle quali occorre porre immediato rimedio, sia in termini pratici sia di aggiornamento del sistema di gestione. Per tanto un buon piano di manutenzione deve necessariamente prevedere che esperienza e tecnologia si affianchino, concretizzandosi nella necessità di disporre di tecnici ed operatori esperti, visto che, per quanto sia sofisticato un programma, senza un apporto umano competente, la sua opera sarebbe del tutto inutile o addirittura fuorviante. L’osservazione diretta in campo da parte dei tecnici e l’osservazione continua dei flussi di traffico sono delle prerogative imprescindibili per realizzare una corretta ed attualizzata pianificazione della manutenzione la quale deve avvalersi anche dell’apporto prezioso di dati ed output forniti dall’elaboratore. 1.5.4. La gestione dello stato di ammaloramento superficiale Al Capitolo X dell’Annesso 14 ICAO si tratta della manutenzione degli aerodromi ma nello specifico, al paragrafo 10.2.2 si parla della superficie della pista che”…deve essere mantenuta e manutentata al fine di prevenire la formazione di eventuali irregolarità dannose.” Ma per arrivare alla manutenzione, per così dire, preventiva, devono svolgersi tutta una serie di procedure volte a definire in modo continuativo lo stato di ammaloramento in cui grava la superficie. - 70 - consiste in un odometro manuale, detto in gergo “bicicletta”, utile per valutare l’estensione delle non conformità più ampie, un rigone o staggia di lunghezza pari a 3 m per valutare le differenze di quota presenti nella sezione ed un tradizionale doppio metro per definire l’apertura delle fessure e la profondità delle ormaie. Per ogni sezione analizzata andrà compilato un rapportino di indagine (Fig. 1.21), ove vengono inserite la tipologia le dimensioni o la quantità di degrado individuato e, soprattutto, la criticità espresse secondo tre livelli (Low -L, Medium -M, high -H); caratteristiche e limiti sono stabiliti da un “catalogo” delle anomalie che deve essere compreso e seguito con molto scrupolo. Le famiglie di anomalie sono codificate e l’elenco è posto, di norma, accanto ai dati relativi al carattere funzionale dell’area analizzata, il numero della sezione ed il numero della sezione campione; inoltre l’operatore dovrà riportare uno schizzo rappresentante la sezione e la direzione di indagine espressa rispetto a capisaldi facilmente rintracciabili, come per esempio il verso di analisi stabilito facendo riferimento all’orientamento della pista. Al termine verrà poi riportata una valutazione complessiva delle severità individuate e, sulla base di questa, verrà poi svolto il calcolo vero e proprio dell’indice PCI che si articola in 4 passaggi:  determinazione dei valori dedotti (DV);  determinazione del numero massimo di valori dedotti (m) mediante la formula ove HDV è il massimo valore dedotto presente nella sezione;  definizione del numero di valori dedotti con valore superiore a 5 (q);  calcolo del valore dedotto totale TDV ottenuto come somma di tutti i valori dedotti;  valutazione in relazione a q e a TDV del valore dedotto corretto CDV mediante interpolazione su un grafico tipico per la tipologia di riferimento;  si procede con i punti 3, 4 e 5 fin tanto che q non è pari a 1 ovvero sostituendo ricorsivamente ai valori dedotti con valore maggiore di 5 il valore 5 partendo dal DV inferiore; - 71 -  calcolo dell’indice: PCI=100-MCDV ove MCDV è il massimo valore dedotto corretto rintracciabile al termine delle sostituzioni ricorsive. In conclusione il valore dell’indice PCI relativo ad uno specifico insieme di sezioni omogenee sarà pari alla media algebrica degli indici delle singole sezioni. Se da un lato l’indice PCI garantisce la possibilità di ottenere, anche in modo automatizzato, riscontri oggettivi e precisi con campi di validità molto ampi visto il riconoscimento ufficiale da parte delle convenzioni internazionali, i limiti propri di questo indice si riassumono nella necessità di delegare ad aziende terze l’esecuzione dei rilievi in quanto occorrono tecnici dotati di esperienza. Questo limite, che essenzialmente è di natura economica, presuppone la necessità di svolgere le campagne di rilievo con periodi superiori all’anno e quindi non consente di effettuare con continuità ed attenzione la valutazione dello stato di degrado delle infrastrutture. A tutto questo si devono necessariamente affiancare anche una serie di procedure volte a condurre un’attenta ed efficace gestione ed analisi delle infrastrutture nel quotidiano. Al contempo, tali metodologie devono essere in grado di fornire una valutazione preliminare dello stato di servizio del sistema pavimentato che verrà poi suffragato dalle successive e programmate campagne di prove ufficialmente riconosciute dal programma pluriennale di controllo e manutenzione. Fig. 1.21 – Modello di ispezione - 72 - 1.5.5. Ammaloramenti superficiali Con il termine ammaloramento si intende, qualsiasi forma di danno che interessa la pavimentazione, in seguito alle azioni dirette dei carichi di traffico, delle condizioni ambientali o meteorologiche e dei difetti costruttivi, e che può farne decadere la funzionalità al punto tale da influenzare negativamente la sicurezza ed il comfort della circolazione, con conseguente incremento dei costi di trasporto e dei tempi di percorrenza. È bene premettere che non tutti i tipi d’ammaloramento sono tali da pregiudicare nell’immediato la funzionalità dell’opera: il prodursi, per esempio, di una fessurazione isolata può, in un primo momento, non avere alcun effetto sulla circolazione. Tuttavia, l’assenza di un intervento di risanamento può determinare, a lungo termine, un’evoluzione del danno (nel caso specifico della fessurazione, una “rottura a blocchi”) le cui conseguenze possono essere nocive per la circolazione e, soprattutto, per la sicurezza. Il monitoraggio continuo della pavimentazione è, pertanto, indispensabile per poter pianificare i successivi interventi di manutenzione. Infatti, se la manutenzione può essere il risultato di scelte contingenti, o estemporanee, motivate dalla stessa necessità (manutenzione “curativa”), è anche vero, però, che essa deve essere oggetto d’oculata programmazione, al fine di ottimizzare i luoghi, i tempi, i modi ed i costi della sua effettuazione (manutenzione “preventiva”). Nel caso di strati legati a bitume possiamo distinguere due tipologie di ammaloramenti che si presentano con maggiore frequenza [10]:  ammaloramenti dovuti a fatica;  ammaloramenti dovuti a deformazioni visco-plastiche. Gli ammaloramenti da fatica possono presentare diversi aspetti: - 75 - spesso i primi non sono perfettamente uniti alla seconda; in questo modo alla base degli strati di rafforzamento vengono indotte dal traffico sollecitazioni di trazione molto più elevate di quelle che nascerebbero, più in basso, se il pacchetto lavorasse come un tutto unico. La rigidezza influisce per via del fatto, che le deformazioni sono imposte dal pacchetto originario e possono essere superiori o vicine al limite di rottura del conglomerato di rafforzamento. Questo tipo di degradazione si manifesta con lesioni reticolari diffuse, le quali, a processo avanzato, s’infittiscono provocando, specialmente nelle stagioni piovose, distacchi parziali del tappeto con formazione di buche. Gli interventi di manutenzione si limiteranno, in questi casi, ad asportazioni con frese della fascia d’usura compromessa con sostituzione a mezzo di un nuovo tappetino d’usura. Deformazioni visco-plastiche (ormaie): hanno origine dal comportamento visco- plastico del conglomerato bituminoso di rafforzamento. Questo comportamento risulta essere esaltato da una serie di fattori concomitanti quali: elevata percentuale di bitumi ad alta penetrazione e forte suscettività termica, aggregati tondeggianti, scarso costipamento dei materiali, elevate temperature d’esercizio, frequenza e velocità dei carichi pesanti. Le deformazioni permanenti possono nascere, sia per l’accumulo di molte piccole deformazioni residue (causate dal comportamento viscoso del materiale), sia per scorrimento del conglomerato al passaggio anche di pochi carichi molto forti, che vincono la resistenza d’attrito del materiale (comportamento plastico). Il fenomeno della formazione delle ormaie può anche essere provocato dall’insufficiente compattazione degli strati. Si presentano purtroppo di frequente i casi in cui, per diverse ragioni, vengono impiegate tecniche di compattazione non - 76 - idonee o insufficienti a garantire il corretto addensamento dei conglomerati; in queste situazioni, il traffico pesante completa successivamente la compattazione delle fasce battute, provocando ormaie da assestamento che, diversamente a quanto accade per altri fenomeni viscosi, una volta raggiunto l’addensamento massimo si stabilizzano. In presenza di questa tipologia d’ammaloramento occorre prevedere, preliminarmente l’estrazione di tasselli trasversali d’adeguate dimensioni, poi dall’esame della sezione del tassello sarà facile determinare gli strati coinvolti. Se la deformazione interessa il solo strato d’usura, l’unico intervento possibile è la sostituzione della stessa con l’impiego delle demolitrici a fresa. Se l’ammaloramento riguarda anche il binder e la base, il provvedimento più adeguato consisterà nell’effettuare una colmatura dell’ormaia superficiale con conglomerati di piccola pezzatura; se il fenomeno di deformazione si esaurisce, cioè non si formano nuove ormaie, è sufficiente poi, a distanza di qualche mese, porre in opera uno strato d’usura su tutta la pista. Nel caso d’ormaie da insufficiente compattazione degli strati, si potrà procedere al tamponamento delle depressioni e successivamente, quando si è raggiunta la certezza che il fenomeno si sia esaurito, procedere alla stesa di un nuovo manto d’usura sull’intera larghezza della carreggiata, sempre curando la sua adesione al manto preesistente. Oltre alle due tipologie d’ammaloramento appena descritte, esistono altri tipi di degradazioni dovute ad altre cause. Ammaloramenti per usura: sono dovuti all’azione abrasiva dei mezzi veloci (ad esempio dovuta ai pneumatici chiodati) su strati d’usura invecchiati o molto aperti. Questo tipo di degradazione è oggi raramente determinante come causa, ai fini - 77 - d’interventi manutentori, in quanto viene quasi sempre anticipata da ammaloramenti dovuti a fenomeni di fatica indotti dal traffico pesante. Gli interventi riparatori si esplicano essenzialmente nella stesa di un nuovo manto d’usura di spessore ridotto (2-3 cm), con particolare attenzione all’ottenimento di una superficie scabra e non scivolosa, oppure di spessore normale (5 cm), conseguendo cosi anche un rafforzamento della sovrastruttura. Lesioni longitudinali: si formano in corrispondenza dei giunti longitudinali di costruzione ove la stesa dei vari strati è stata realizzata in bande affiancate. Nella zona di minor resistenza del giunto si scaricano le sollecitazioni dovute al traffico e, principalmente, quelle dovute alle contrazioni termiche cui è soggetta la sovrastruttura. Se la lesione si presenta continua, anche se molta aperta senza ramificazioni, si deve provvedere alla sigillatura con materiali colabili a base bituminosa o catramosa da saturare con sabbia fina. Se la lesione ha provocato ramificazioni e tassellamenti occorre demolire la fascia d’usura compromessa a cavallo del giunto, sigillare la lesione del sottostante strato e ricostruire l’usura. Gli interventi sui giunti vanno intrapresi sempre tempestivamente, in quanto le penetrazioni d’acqua attraverso la lesione possono ridurre di molto la vita utile della sovrastruttura. Scivolosità: è dovuta fondamentalmente a due cause:  risalita di malta bituminosa;  lucidatura delle frazioni più grosse degli inerti. - 80 -  probabilmente il motivo più comune è la perdita del supporto della base, della fondazione o del sottofondo, causato dal disgelo o da cattiva efficienza dei sistemi di drenaggio. L'acqua sotto la pavimentazione induce generalmente i materiali sottostanti a diventare più deboli;  aumenti di carico (cioè, la pavimentazione è caricata più pesantemente di quanto era stato previsto in fase di progetto);  disegno strutturale inadeguato (cioè, la pavimentazione è stata sottostimata per i carichi previsti). Riparazioni: una pavimentazione frantumata per fatica, dovrebbe essere inizialmente ben analizzata per determinare la causa della frattura. L’analisi si dovrebbe svolgere scavando un pozzo o estraendo la parte centrale dalla pavimentazione, per determinare la sua composizione strutturale, riuscendo cosi anche a controllare se l’umidità si è propagata al di sotto della superficie. La riparazione può essere di due tipi:  nel caso di piccole fratture indicative di una perdita di supporto: si rimuove la zona frantumata della pavimentazione, si sostituisce la zona del sottofondo che si trova in cattive condizioni e se necessario si migliora il drenaggio di quella zona;  nel caso di grandi fratture indicative di cedimento strutturale generale: si effettua un ricoprimento HMA sull’intera superficie della pavimentazione. Questo ricoprimento deve essere strutturalmente forte per sopportare i carichi di traffico, poiché la pavimentazione frantumata sottostante, conferisce molto probabilmente poca o nessuna resistenza. 2. Fessurazioni longitudinali (Longitudinal Cracking) Descrizione: si formano delle fratture parallele all’interasse della pavimentazione, di solito dovute a rottura per fatica. - 81 - Cause possibili: cattiva costruzione o disposizione dei giunti (i giunti sono generalmente l’area meno spessa della pavimentazione, quindi, devono essere costruiti al di fuori del passaggio delle ruote, cosi che non siano frequentemente caricati). Ma anche dovuti a deflessione eccessiva degli strati superficiali per l’effetto dei carichi o a difetti di portanza del sottofondo. Riparazioni: le strategie manutentive dipendono dalla severità e dall’estensione delle fratture:  nel caso di bassa severità delle fratture (< 1/2 inch di larghezza e fratture non frequenti): si effettuano trattamenti superficiali per prevenire l’entrata dell’umidità nel sottofondo attraverso le fratture. Uno strato in conglomerato bituminoso può fornire anni di servizio soddisfacenti anche quando si stanno sviluppando piccole fratture;  nel caso di alta severità delle fratture (> 1/2 inch di larghezza e fratture numerose): si rimuove e si riposiziona lo strato di pavimentazione fratturato con un ricoprimento. Fig. 1.23 – Fessurazioni longitudinali, dovute a rottura per fatica (sinistra e centro) o cattive esecuzione dei giunti (destra) - 82 - 3. Fessurazioni trasversali (Transversal Cracking) Descrizione: si formano delle fratture perpendicolari all’interasse della pavimentazione, di solito dovute a contrazioni termiche degli strati superficiali. Possibili cause: contrazione dello strato superficiale dovuto alle basse temperature o all’indurimento del binder asfaltico . Riparazioni: identiche a quelle usate per le fessurazioni longitudinali. Fig. 1.24 – Fessurazioni trasversali 4. Fessurazioni a blocchi (Block Cracking) Descrizione: si formano delle fratture, collegate tra loro, che dividono la pavimentazione in parti rettangolari. Il blocco che si spezza si forma normalmente su una grande parte della superficie della pavimentazione, ma a volte si può formare soltanto nelle zone di non-traffico (esempio aree di parcheggio). Cause Possibili: causato tipicamente da rottura per fatica per errato dimensionamento strutturale o da un'incapacità del binder asfaltico di espandersi e contrarsi con i cicli di temperatura giornalieri a causa di:  invecchiamento del legante asfaltico;  scelta sbagliata del legante asfaltico nel progetto della miscela . - 85 - 2. Buche Descrizione: si formano piccole depressioni sulla superficie della pavimentazione, che penetrano tutto lo spessore dello strato superficiale fino allo strato di base. Generalmente hanno bordi taglienti e lati verticali vicini alla cima del foro. E’ più probabile che si formino buche su strade con strato superficiale sottile (25-50 mm), mentre raramente si formano su strade con grande spessore superficiale. Cause Possibili: generalmente, le buche sono il risultato finale delle fratture reticolari. Quando le fratture reticolari diventano estese, le piccole fratture collegate interessano piccoli tratti della pavimentazione, che si possono distaccare, quando i veicoli gli passano sopra. Il rimanente foro, dopo che il pezzo di pavimentazione si è staccata, è chiamata buca. Riparazioni: si usano le tecniche di rattoppamento. Fig. 1.28 – Buche 3. Risalita di bitume Descrizione: si evidenzia una pellicola del binder asfaltico sulla superficie della pavimentazione. Genera solitamente una pavimentazione lucida come il vetro, una superficie riflettente che può diventare appiccicosa, quando è asciutta, e sdrucciolevole, quando è bagnata. - 86 - Cause Possibili: la risalita di bitume avviene, quando il legante asfaltico riempiendo i vuoti degli aggregati, durante il caldo consolidamento del traffico o del tempo, si espande sulla superficie della pavimentazione. Le cause probabili sono:  legante asfaltico eccessivo nello strato superficiale HMA;  basso contenuto di vuoti dell'aria dello strato superficiale (per esempio, non abbastanza spazio vuoto affinché sia occupato dall’asfalto), probabilmente un problema di progetto della miscela. Riparazioni: le tecniche di riparazione possono eliminare o ridurre la pellicola del legante asfaltico sulla superficie della pavimentazione, ma non possono correggere il problema sottostante che ha causato la risalita, comunque le più utilizzate sono:  nel caso di minima risalita può spesso essere corretto applicare una sabbia eccedente sul legante asfaltico;  nel caso di maggiore risalita si può eliminare l’asfalto eccedente. Se la superficie risultante è eccessivamente irregolare può essere necessario rifarla. Fig. 1.29 – Risalita di bitume - 87 - 4. Levigatura degli aggregati lapidei Descrizione: si nota un’area della pavimentazione dove la porzione d’aggregati è estesa al di sopra del binder asfaltico o non ci sono particelle aggregati regolari o angolari. Cause possibili: applicazioni ripetute di traffico. Generalmente, quando una pavimentazione invecchia si producono delle particelle irregolari o angolari, che diventano levigate. Questo si può verificare rapidamente, se gli aggregati sono suscettibili all’abrasione o soggetti ad eccessiva usura delle gomme. Riparazioni: si applica un microtappeto a freddo resistente all’attrito o un ricoprimento superficiale. Fig. 1.30 – Levigatura degli aggregati lapidei 5. Sgranamento degli aggregati Descrizione: si nota una progressiva disintegrazione dello strato superficiale HMA, dalla superficie verso il basso, con risultato il distacco di particelle degli aggregati. - 90 -  ormaie profonde (come risultato di un inadeguata struttura della pavimentazione);  inappropriato progetto o esecuzione del mix-design (eccessivamente alto contenuto d’asfalto, di filler minerale o insufficiente contenuto di particelle angolari degli aggregati). Riparazioni: una pavimentazione pesantemente interessata da ormaie devono essere analizzata per determinare le cause alla base della rottura (insufficiente costipamento, ormaiamento del sottofondo, cattivo mix design). Nel caso di piccole ormaie (profondità < 1/3 inch) possono generalmente essere non trattate. Le pavimentazioni con ormaie più profonde devono essere livellate e ricoperte. 2. Corrugamenti e spostamenti longitudinali Descrizione: si nota una sorta di movimento plastico, caratterizzato dall'ondulazione o da un'onda brusca (che spinge) attraverso la superficie della pavimentazione. La distorsione è perpendicolare alla direzione del traffico. Cause Possibili: causato solitamente dalle azioni del traffico unito con:  uno strato instabile di HMA, con bassa rigidezza, causato da contaminazione della miscela, da un errato progetto della miscela, dalla cattiva realizzazione dello strato dalla mancanza d’aerazione delle emulsioni ;  mancanza di correlazione tra lo strato superficiale e quello sottostante;  eccessiva umidità nel sottofondo. Riparazioni: una pavimentazione pesantemente ondulata, dovrebbe essere analizzata per determinare le cause alla base del guasto. Le strategie di riparazioni generalmente utilizzate sono di due tipi: - 91 -  se le zone interessate dall’ondulazione sono piccole: si rimuove la pavimentazione distorta e si rattoppa;  se le zone interessate dall’ondulazione sono grandi: si rimuove la pavimentazione danneggiata e si esegue un ricoprimento. Fig. 1.33 – Corrugazioni e spostamenti longitudinali 3. Depressioni e cedimenti Fig. 1.34 –Depressioni e cedimenti Descrizione: si notano delle aree localizzate della pavimentazione con altezze un po' più basse rispetto alla pavimentazione circostante. Le depressioni sono molto visibili dopo una pioggia, quando si riempiono d’acqua. Cause Possibili: aumento di volume per il gelo o per stabilimento del sottofondo, causato dall’inadeguato costipamento durante la costruzione. Deformazioni - 92 - differenziali del sottofondo, per valori di  molto piccoli, è dovuto a cattiva posa in opera dello strato d’usura o ad instabilità dei conglomerati bituminosi. Riparazioni: una depressione della pavimentazione dovrebbe essere analizzata per determinare le cause alla base del guasto (cioè, compattazione del sottofondo o aumento di volume per il gelo). Le depressioni dovrebbero essere riparate rimuovendo la pavimentazione danneggiata, sostituendo, quindi, la zona del sottofondo interessata dal danno. 1.6. Metodo ACN/PCN per la valutazione della capacità portante delle piste aeroportuali Valutare l’agibilità di una pista significa verificarne l’attitudine ad accogliere un dato tipo di aereo e/o individuare le condizioni limite nelle quali quest’ultimo può usufruire delle infrastrutture. Il sistema attualmente in uso per valutare l’agibilità di una pista e riportarne la capacità portante (Bearing Strength) di una pavimentazione aeroportuale fa riferimento al metodo ACN/PCN, basato sul confronto tra due indici espressi ciascuno secondo una procedura di codifica standardizzata dell’ICAO (International Civil Aviation Organization) e legati, rispettivamente, all’aeromobile (ACN – Aircraft Classification Number) e alla pavimentazione (PCN – Pavement Classification Number) [11]. La corretta valutazione della capacità portante delle pavimentazioni e conseguentemente dei PCN ha dei riflessi diretti sul traffico operante su un determinato aeroporto, in quanto condiziona la tipologia di aeromobili che possono impegnare la pista di volo e le altre aree di movimento, il loro peso operativo ed il numero dei movimenti ammissibili. - 95 - equivalente su ruota singola derivata e la sua determinazione avviene sulla base di predefinite ipotesi: nel caso specifico delle pavimentazioni di tipo flessibile queste consistono nell’assumere una pressione di gonfiaggio degli pneumatici pari a 1.25 MPa ed un numero di ricoprimenti totali equivalenti dell’aereo pari a 10000. Per quanto riguarda il metodo di calcolo del carico su ruota singola, esistono diversi approcci distinguibili essenzialmente in empirici e razionali. Indipendentemente dal metodo adottato, l’obiettivo del calcolo consiste nella determinazione di un carico su ruota singola derivata ammissibile da cui successivamente derivare l’ACN. E’ stato dimostrato, dal confronto di più metodi, come l’utilizzo dell’uno rispetto all’altro possa condurre a valori in termini di PCN molto diversi [14]. Risulta pertanto evidente come la scelta della procedura da adottare rappresenti un fattore determinante ai fini del risultato finale. Nella varietà di metodi disponibili per la valutazione del PCN, quello elaborato e messo a punto dalla FAA è senz’altro il più diffuso e utilizzato in molte parti del mondo, incluso il nostro Paese. La prima versione del metodo è contenuta nella Circolare AC 150/5320-5 dal titolo “Standardized Method of Reporting Pavement Strenght – PCN” [15], emessa nel Giugno 1983 e rimasta in vigore fino al Settembre 2006, allorché venne sostituita dalla AC 150/5335-5A [16] recante alcuni aggiornamenti. Per ciò che attiene i criteri di dimensionamento strutturale delle pavimentazione, le suddette Circolari ne richiamano a loro volta un’altra, la AC 159/5320-6D – “Airport Pavement Design and Evaluation” [17]. Quest’ultima prevede, riferendosi ancora una volta al caso specifico delle pavimentazioni flessibili, un procedimento di calcolo empirico meglio noto come metodo CBR (California Bearing Ratio), che consente di determinare gli spessori dei vari strati della pavimentazione riferiti ad una sezione standard sulla base di nomogrammi sperimentali in funzione dell’indice di portanza del sottofondo. In fase di progetto, la sezione standard deve essere trasformata nella sezione effettiva equivalente attraverso opportuni coefficienti, - 96 - mentre nella valutazione del PCN di una pavimentazione esistente si procede esattamente in senso opposto. Il metodo tradizionale FAA codificato nelle Circolari sopra indicate, definisce anche i criteri per convertire i movimenti di un generico aeromobile in movimenti equivalenti dell’aereo critico, sulla base di fattori di conversione dipendenti dalla configurazione del carrello e dal peso relativo dell’aeromobile considerato. 1.6.3. La Circolare AC 150/5335-5B e il potenziale impatto nel contesto aeroportuale italiano La Circolare AC 150/5335-5B apporta alcuni notevoli cambiamenti anche di carattere concettuali inerenti alle modalità di calcolo del PCN. Tra le novità introdotte se ne possono individuare due particolarmente significative, che vengono di seguito riassunte. La prima riguarda l’introduzione di un nuovo criterio di omogeneizzazione del traffico aereo ad un unico aeromobile di riferimento, mediante l’introduzione di un fattore di danno cumulativo (CDF – Cumulative Damage Factor). Tale fattore deriva dall’applicazione della legge di accumulo lineare di Miner secondo cui il danno prodotto in un elemento strutturale da un dato aeromobile risulta direttamente proporzionale al numero di applicazioni effettive del carico da parte del dato aeromobile rapportato al numero di applicazione del carico che conducono alla rottura a fatica dell’elemento considerato. Applicando tale criterio, la conversione del numero di movimenti di un dato aeromobile in movimenti equivalenti dell’aereo di riferimento avviene eguagliandone gli effetti in termini di danno prodotto. Il fattore di danno accumulato (CDF) relativo ad un’intera flotta composta da N tipologie di aeromobili, omogeneizzata ad un generico automobile di riferimento, risulta pertanto pari a: - 97 - ∑ dove: - CCRTETotal è il numero totale di ricoprimenti equivalenti dell’aereo di riferimento; - CCRTF è il numero di ricoprimenti dell’aereo di riferimento che portano alla rottura della pavimentazione; - CDFCNVI è il fattore di danno corrispondente all’I-esimo aeromobile della flotta. La seconda e forse più importante novità riguarda il sostanziale superamento del concetto di aereo critico. La nuova impostazione metodologica prevede, infatti, che la valutazione della capacità portante della pavimentazione aeroportuale venga ricondotta all’intera flotta e non ad un singolo aeromobile assunto come critico. In pratica, secondo questo nuovo approccio, si procede eseguendo il calcolo del PCN per ciascun aeromobile, omogeneizzando di volta in volta i movimenti di tutti i restanti aeromobili rispetto a questo. Si perviene così alla determinazioni di un insieme di valori PCN in numero corrispondente al numero di aeromobili che compongono la flotta: il PCN da attribuire alla pavimentazione sarà pari al massimo tra quelli così calcolati. La nuova articolazione attraverso cui si sviluppa il calcolo appare innanzitutto più razionale, in quanto vengono presi in considerazione tutti gli aeromobili che operano sullo scalo superando i limiti connessi alla definizione “a priori” di un aereo critico. Inoltre, la sua applicazione può comportare dei notevoli vantaggi nel caso, ad esempio, di aeroporti caratterizzati da una flotta che comprenda aerei “pesanti” ma che operano in modo limitato sullo scalo a fronte di altri aerei più “leggeri” ma contraddistinti da una più elevata frequenza. In tali condizioni, infatti, in ragione del loro limitato numero di movimenti, gli aeromobili di grosse dimensioni possono risultare non critici, per cui l’assunzione di un altro aereo più leggero quale critico conduce alla determinazione di un PCN inferiore. Questa