Aeroporto L. da Vinci - Fiumicino (RM) Implementazione di un Sistema di Gestione delle Pavimentazioni Aeroportuali (Pavement Management System)

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1 Aeroporto L. da Vinci - Fiumicino (RM) Implementazione di un Sistema di Gestione delle Pavimentazioni Aeroportuali (Pavement Management System)

2 AGENDA PREMESSA COS E UN PMS FASE 0 INDIVIDUAZIONE INDICATORI DI STATO STUDIO FASE 0 FASE 1 INDIVIDUAZIONI SEZIONI OMOGENEE FASE 2 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI FASE 1 FASE 2 FASE 3 TIPOLOGIE DI INTERVENTO FASE 3 FASE 4 - SCELTA DEL TIPO DI MANUTENZIONE FASE 4 CONCLUSIONI 2

3 PREMESSA- COS E UN PMS Sistema di gestione che permette di valutare le alternative di manutenzione e riqualifica delle pavimentazioni a medio e lungo termine in maniera oggettiva nel rispetto dei vincoli di sicurezza, certificazione oltreché economici e/o prestazionali: il suo utilizzo ottimale permette di avere le giuste indicazioni sulle decisioni di intervento, le tempistiche, ma anche valutare le condizioni dell infrastruttura, non solo nel presente, ma anche predire quelle future Dove Safety Come Quando INTERVENIRE PMS Con Quanto Pianificazione Investimenti Certificazione Aeroportuale La procedura del Pavement Management System è recepita all interno del manuale di aeroporto, e come tale contribuisce al mantenimento della certificazione aeroportuale. La mancata esecuzione delle attività previste da tale procedura può portare alla revoca del certificato di aeroporto 3

4 FASE 0 INDIVIDUAZIONE INDICATORI DI STATO STUDIO FASE 0 1. Tenere sottocontrollo in modo sistematico, oggettivo e ripetibile le condizioni attuali delle pavimentezioni 2. Stabilire eventuali strategie di manutenzione 3. Garantire un adeguata ed oculata pianificazione degli interventi manutentivi Tutto ciò è reso possibile attraverso l elaborazione di dati provenienti dall esecuzione periodica delle seguenti indagini, che individuano una serie di indicatori di stato Modulo elastico equivalente di ogni strato (E1, E1 a 20 C, E2, E3) espresso in MPa Valore indice PCI (Pavement Condition Index) calcolato per ogni sample units Valore IRI (International Roughness Index) Valore Rut Depth BSN (Breaking Slip Number) 4

5 FASE 1 INDIVIDUAZIONI SEZIONI OMOGENEE FASE 1 PISTA DI VOLO 16L/34R Modulo elastico c.b. E1 E2 E3 Spessore c.b. H1 H2 H3 Volume di traffico T1 T2 T3 Sezioni omogenee S1 S2 S3 S4 S5 E1 H1 T1 E2 H1 T1 E2 H2 T1 E3 H3 T2 E3 H3 T3 5

6 FASE 1 INDIVIDUAZIONI SEZIONI OMOGENEE FASE 1 SYSTEM: RWY SYSTEM 2 BRANCH: RWY 07/25 SECTION: FCORWY E1, conglomerato bituminoso E2, fondazione in misto granulare E3, sottofondo 6

7 FASE 2 CARATTERISTICHE DEI MATERIALI FASE 2 Al fine di tenere sotto controllo lo stato di degrado delle pavimentazioni è necessario implementare, per ogni materiale definito, la propria curva di decadimento. Lo studio dell andamento di tale curva permette così l ottimizzazione della tipologia e dei tempi di intervento. Indagini strutturali Indagini visive Indagini funzionali Indagini aderenza 7

8 FASE 3 TIPOLOGIE DI INTERVENTO FASE 3 Sulla base dei materiali definiti, sono state individuate una serie di interventi di manutenzione tipo ed il relativo costo, per le quali, in base profondità d intervento, deve essere stabilito un miglioramento degli indicatori di stato. TIPOLOGIA DI INTERVENTO MIGLIORAMENTO PRESTAZIONALE COSTI Intervento superficiale (MILL INLAY 1) IRI: Ruth Depth: PCI: da 1,5 mm/m 1 mm/m da 5 mm 1 mm da Costo: 14,78 /mq Intervento semistrutturale (ASPHALT REHAB.) IRI: Ruth Depth: PCI: da 3,0 mm/m 1 mm/m da 20 mm 1 mm da Costo: 63,85 /mq Intervento Strutturale 1 (HEAVY REHAB. 1) IRI: Ruth Depth: PCI: da 5,0 mm/m 1 mm/m da 25 mm 1 mm da Costo: 75,26 /mq 8

9 FASE 4 - SCELTA DEL TIPO DI MANUTENZIONE FASE 4 Una volta note le curve di decadimento dei parametri implementati e stabilite le tipologie di interventi manutentivi, è necessario poter disporre di modelli che permettano scegliere, tra varie tipologie di manutenzione, quella che individua la strategia più efficace in termini di analisi benefici/costi. Questo procedimento può essere eseguito per ogni singola sezione, fornendo nel corso degli anni, una serie di interventi di manutenzione che allungano la vita utile della pavimentazione individuando il parametro critico rilevato tra quelli strutturali o funzionali, o per l intera rete infrastrutturale, definendo, una volta assegnato un determinato budget per ogni anno, gli interventi prioritari di manutenzione. 9

10 FASE 4 - SCELTA DEL TIPO DI MANUTENZIONE FASE 4 COSTI CAPITALI (CAPITAL COSTS) Il sistema di pavimentazioni relativo alle infrastrutture aeroportuali rappresenta un Capitale che le operazioni di manutenzione hanno l obiettivo di preservare ed il cui valore può essere quantificato. L assenza di operazioni di manutenzione provoca un progressivo degrado delle pavimentazioni e, conseguentemente, una riduzione del valore intrinseco delle pavimentazioni. All interno del sistema APMS è necessario tenere conto che la progressiva riduzione della capacità portante delle pavimentazioni del sistema infrastrutturale genera una riduzione dal Capitale che rappresenta un costo (se per assurdo si intendesse vendere un aeroporto le condizioni delle pavimentazioni e le esigenze di manutenzione entrerebbero in gioco come fattore determinante per la quantificazione del suo valore). Di questo fattore viene opportunamente tenuto conto calcolando la riduzione del capitale come funzione della perdita di capacità portante espressa dalla riduzione di spessore equivalente (cioè lo spessore di overlay necessario per mantenere la capacità portante iniziale della pavimentazione). COSTI DI AGENZIA (AGENCY COSTS) Rientrano in questa voce tutti i costi direttamente sostenuti dall ente gestore per l applicazione delle soluzioni manutentive. Questi costi, sia relativi agli interventi di riqualificazione, sia relativi alle semplici operazioni di riparazione (rappezzi, sigillature dei giunti, ecc.) vengono inseriti dall utente e devono essere tenuti costantemente aggiornati. COSTI UTENTI (VEHICLE OPERATING COSTS) Questi costi possono essere quantificati dal sistema e calcolati come funzione delle caratteristiche di aderenza e di regolarità delle pavimentazioni. Le costanti relative alla quantificazione di questo danno possono essere calibrate per ciascun tipo di velivolo presente nello spettro di traffico, tenendo conto anche dello specifico tasso annuale di incremento dei movimenti di ciascun tipo di velivolo. 10

11 FASE 4 - SCELTA DEL TIPO DI MANUTENZIONE FASE 4 Sono state implementate 5 diverse strategie di ottimizzazione: Cheapest Questa strategia non tiene conto delle informazioni relative ai budget disponibili ed ai costi dell utenza, individuando la soluzione più economica per l Agenzia calcolata sul periodo di analisi. In altri termini vengono minimizzati i costi direttamente sostenuti dall Agenzia, indipendentemente dai Capital costs e dagli User costs. Questa strategia non rappresenta una vera e propria ottimizzazione del procedimento a livello di rete ma più semplicemente l individuazione soluzione più economica che compete a ciascuna sezione appartenente alla rete. Decrement Questo metodo individua un piano di manutenzione caratterizzato dal minimo valore per i costi complessivi, includendo Agency costs, User costs e Capital costs. In molti casi è lecito attenderci che il risultato non soddisfi i limiti imposti dalla disponibilità di budget per qualcuno degli anni del periodo di analisi. In questi casi viene pertanto utilizzato un algoritmo basato sul metodo degli effective gradient di Toyoda, con l obiettivo di ricercare quella soluzione che determina i minori costi complessivi, nel rispetto dei vincoli imposti ai valori annuali di budget minori. Il metodo del gradiente efficace Toyoda si basa sulla misura del valore di ciascuna soluzione per unità di costo, rapportandola al complesso delle risorse disponibili. L obiettivo è quello di massimizzare il valore delle soluzioni senza eccedere i vincoli imposti dal budget: 11

12 FASE 4 - SCELTA DEL TIPO DI MANUTENZIONE FASE 4 Per risolvere il problema utilizzando un algoritmo euristico, è necessario assegnare a ciascuna soluzione xj il valore cj ed avere informazioni sulle risorse aj. L importanza di ciascuna soluzione può essere determinata considerando il rapporto cj/aj con il seguente ordine, con il quale si esaminano e si computano le soluzioni di maggiore importanza o maggiore criticità e si procede in modo decrescente fino alla determinazione del risultato finale. Increment Questo metodo è simile a quello "Decrement" ma individua il piano di manutenzione che risulta il meno costoso per l Agenzia (Cheapest), indipendentemente dai Capital e User costs. A causa della natura euristica del problema la procedura Incrementale porterà generalmente ad una soluzione diversa da quella che si ottiene con quella Decrementale. Genetic Questo metodo di ottimizzazione utilizza un algoritmo genetico per applicare miglioramenti ad una soluzione esistente, ottenuta con uno dei precedenti algoritmi. Solitamente viene prima applicata la procedura Decrement e successivamente viene valutata la possibilità di migliorarla con algoritmo Genetic. E possibile utilizzare il codice Genetic anche per ottimizzare soluzioni valutate con i metodi Increment o Cheapest. 12

13 FASE 4 - SCELTA DEL TIPO DI MANUTENZIONE FASE 4 Fit Budget Con questa procedura viene utilizzato un algoritmo genetico per ricercare la soluzione che minimizza la differenza tra il budget disponibile ed i costi calcolati per le attività di manutenzione e riabilitazione per tutti gli anni del periodo di analisi. L obiettivo di minimizzare le differenze di budget (richiesto e disponibile) viene combinato con quello di minimizzare i costi totali. All interno di questa procedura è possibile scegliere il peso da assegnare a ciascuno di questi due obiettivi oltre che il modo di valutazione delle differenze di budget (RMS o normale). Con questa funzione vengono mostrati i grafici relativi alle percentuali di miglioramento dei due singoli obiettivi (budget fitting and mimimization of total costs). 13

14 CONCLUSIONI L operazione di programmazione della manutenzione rappresenta quell operazione in grado di generare, sulla base di precisi vincoli di budget, un programma pluriennale di lavori e di spese nel quale quelle sezioni che avranno necessità di interventi, miglioramenti, riparazioni o ricostruzioni vengono selezionate e opportunamente analizzate. Questo rappresenta un vero e proprio esercizio di pianificazione tattica: il programma di manutenzione produce una stima dei costi da sostenere in ciascun anno del periodo considerato nel piano. Dal momento che le risorse disponibili sono limitate, l aspetto fondamentale del programma di manutenzione è quello di stabilire una priorità dei lavori manutentivi in modo da stabilire il migliore impiego delle risorse disponibili. 14

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