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Sintesi tratta dalla rivista "Rassegna del bitume" n. 57/07

Analisi delle prestazioni dei rinforzi per pavimentazioni stradali flessibili

L’impiego della tecnica del rinforzo nelle pavimentazioni flessibili, associata a problematiche connesse con la manutenzione delle pavimentazioni stradali, oggi è utilizzata per poter incrementare le prestazioni della pavimentazione e dovute anche agli incrementi dei carichi di traffico. Sulla base di tali considerazioni, l’Università e l’Amministrazione Provinciale di Parma hanno condotto una sperimentazione per valutare le prestazioni di una pavimentazione flessibile in funzione dell’impiego di tre tipologie di rinforzo e della loro collocazione all’interno della sezione stradale.
Il campo di prova in scala reale è stato realizzato sulla nuova S.P. 106 dei Cento Laghi in località Bosco di Corniglio (Parma). Il tratto sperimentale è stato pensato con lo scopo di poter installare in sito la strumentazione per il monitoraggio in tempi successivi alla stesa e poter poi periodicamente effettuare il rilievo delle deformazioni e le successive manutenzioni all’attrezzatura elettronica senza intervenire in modo invasivo sulla pavimentazione.
Il tratto di prova è costituito da 10 lotti strumentati lunghi ciascuno da 20 a 25 m circa. In questa fase della ricerca sono stati analizzati solo 4 lotti di pavimentazione: uno non rinforzato utilizzato come riferimento e tre che ospitano le tipologie di rinforzo indicate, poste negli strati superficiali. Per evitare che gli effetti dei singoli rinforzi non interferiscano tra loro, ogni tratto è stato separato dal successivo tramite una zona non rinforzata.
L’intervento è stato realizzato attraverso la stesa dello strato di base, la posa dei rinforzi per tratti di circa 20÷25 m ciascuno e successiva stesa dello strato di binder e usura per complessivi 8 cm; le operazioni si sono concluse con il posizionamento della strumentazione per il rilievo delle temperature e delle deformazioni.
Le tipologie di rinforzo adottate sono tre (rete metallica, rete in fibra di vetro e rete in poliestere) e sono state poste in opera in una posizione “superficiale” (interfaccia base-binder) e in una posizione “profonda” (interfaccia fondazione-base). La rete metallica in acciaio è a maglie esagonali, di diametro di 2,4 mm, irrigidita da barre di diametro 4,4 mm con interasse di 18 cm. La rete in fibre di poliestere è composta da una geogriglia in filamenti di poliestere ad alta tenacità con il rivestimento a matrice bituminosa a maglie di 30x30 mm. La rete in fibre di vetro è ad alta resistenza e rinforzata con un rivestimento di polimeri modificati a maglie di 25x25 mm.
La pavimentazione impiegata è quella flessibile utilizzata nella viabilità provinciale, avente le seguenti caratteristiche:

STRATO SPESSORE
(cm)
%
(penetr. in mm)
BITUME
(pezzat. in mm)
INERTI % di FILLER
Base 10 4,5 % 80/100 0/40 7 %
Binder 5 5 % 80/100 0/25 7 %
Usura 3 5,5 % 50/70 0/15 5,5 %

In ogni tratta di studio sono stati sistemati 4 estensimetri HBM LY41 – 100/120, di lunghezza 100 mm, due per ogni punto di rilevamento e tra loro ortogonali, in modo da valutare il comportamento tensionale e deformativo della pavimentazione nelle due direzioni. Le deformazioni registrate si basano su una base di misura pari alla lunghezza dell’estensimetro stesso.
Dopo una prima fase di monitoraggio sotto l’azione del traffico reale, si è scelto di allestire una metodologia a traffico controllato, in quanto non risultava immediato assegnare a ogni tipo di veicolo in transito la deformazione da esso indotta. Si è scelto un veicolo standard di 1745 kg e interasse tra le ruote di 1,8 m ed è stato fatto transitare e sostare sui punti di rilievo secondo due procedure: “transito e sosta” e “di solo transito”. Nel primo caso è possibile evidenziare in modo chiaro le deformazioni viscose indotte dal carico statico trasmesso dal veicolo fermo, mentre nel secondo si registrano le deformazioni indotte dal passaggio dei singoli assi del veicolo in movimento.
L’acquisizione dati è tuttora in corso. I primi risultati hanno consentito l’analisi dell’entità delle deformazioni indotte da un carico noto se posto a distanze diverse dal punto di monitoraggio. Sono state confermate quindi alcune considerazioni già effettuate dalla letteratura tecnica di riferimento e cioè che l’area minima di pavimentazione stradale rinforzata necessaria per descrivere compiutamente l’effetto globale che i rinforzi apportano si esaurisce in un’area di circa 50 cm.
Il comportamento di un conglomerato bituminoso è definibile analizzando carote di diametro relativamente piccolo, in funzione delle dimensioni degli inerti: in questo caso, in relazione al materiale utilizzato per lo strato di base, con inerti di dimensioni massime di 35 mm, è sufficiente un diametro di 15 cm. Tali dimensioni però non risultano essere compatibili con quelle dei rinforzi impiegati, per cui è stato necessario individuare l’ampiezza dell’area “di influenza” delle deformazioni indotte dai carichi stradali nelle pavimentazioni rinforzate.
A tal scopo sono state messe in relazione le deformazioni della pavimentazione con la posizione dell’asse del veicolo di riferimento. In particolare l’attenzione è stata posta sul tratto rinforzato con rete metallica, in quanto le maglie hanno dimensioni superiori rispetto alle altre tipologie analizzate e quindi sono soggette ad effetti di scala.
Analizzando le letture di due estensimetri, posizionati longitudinalmente rispetto all’asse stradale e a distanza di circa 2 metri l’uno dall’altro, è emerso che il passaggio del veicolo a velocità costante di circa 1,5 m/s determina una sollecitazione nella pavimentazione contenuta in un’area inferiore alla distanza a cui erano posti gli estensimetri.
Successivamente è stato eseguito un ulteriore rilievo in tre fasi:

- il veicolo si porta con le ruote anteriori sul primo strain gage e rimane fermo per 30 secondi;
- il veicolo si porta con le ruote anteriori sul secondo strain gage e rimane fermo per 30 secondi: in questa configurazione le ruote posteriori sono a una distanza minore di 50 cm dal primo estensimetro;
- il veicolo si porta con le ruote posteriori sul secondo strain gage e rimane fermo per 30 secondi.

In relazione al tratto rinforzato con rete metallica, l’effetto del carico applicato può essere considerato contenuto in un’area di 50x50 cm.
L’analisi dei dati registrati durante la prova definita di “transito e sosta” ha evidenziato che la strumentazione registra la presenza del carico veicolare cogliendo la variazione dello stato deformativo a seguito dell’arrivo del veicolo, della permanenza dello stesso per 60 secondi sul punto di rilievo e della sua rimozione. A parità di temperatura e a parità di carico, i diversi rinforzi utilizzati inducono nel conglomerato bituminoso sollecitazioni diverse: nei tratti con le reti più rigide (acciaio e fibre di vetro), il materiale risulta sottoposto a trazione, mentre nella pavimentazione non rinforzata o con rete in fibre di poliestere, il materiale risulta compresso (le misure e le acquisizioni sono state effettuate nell’intervallo di temperatura 19°÷26° C, con media di circa 25°C ).
La coerenza tra i risultati ottenuti e la loro differenziazione costituisce il principale risultato della sperimentazione. Il sistema di monitoraggio utilizzato dello stato deformativo (causato sia da sollecitazioni di tipo statico che da sollecitazioni di tipo dinamico indotte da un carico veicolare) conferma le ipotesi che ne hanno guidato l’allestimento.
I rinforzi inseriti negli strati superficiali di una pavimentazione flessibile determinano, a parità di carico applicato e temperatura, una significativa riduzione delle deformazioni dello strato di conglomerato in funzione delle caratteristiche del rinforzo impiegato.
Incrementando il numero dei dati, attraverso l’incremento delle osservazioni nelle diverse condizioni di temperatura si giungerà ad una descrizione precisa del meccanismo di funzionamento delle pavimentazioni stradali rinforzate.

Si consiglia di consultare l’articolo “Analisi in scala reale delle prestazioni di rinforzi per pavimentazioni flessibili” di Antonio Montepara, Gabriele Tebaidi, Arianna Costa (Università degli Studi di Parma) ed Ermes Mari (Amministrazione Provinciale di Parma) pubblicato a pag. 49 sulla rivista "Rassegna del bitume" n. 57/07 per una lettura maggiormente esaustiva.

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