1. PREMESSE DESCRIZIONE SINTETICA DEL METODO CALCOLO DELLA PAVIMENTAZIONE STRADALE... 8

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2 INDICE 1. PREMESSE DESCRIZIONE SINTETICA DEL METODO CALCOLO DELLA PAVIMENTAZIONE STRADALE Traffico di progetto W 80 prog Traffico ammissibile W Allegato: - Sezione tipo Sovrastruttura stradale

3 1. PREMESSE La presente relazione è relativa al pre-dimensionamento della sovrastruttura stradale all interno dell intervento di Riqualificazione di via Cornigliano, in Comune di Genova. Il calcolo è effettuato, per questa fase di progetto definitivo, senza dati sperimentali e di rilevamento relativi alla caratterizzazione geo-meccanica del sottofondo e al traffico medio giornaliero TGM. Nelle successive fasi progettuali sarà necessario effettuare delle indagini in sito sullo stato della pavimentazione esistente. A tale proposito, le prove da espletare son dettagliatamente riportate sui documenti emanati dal CSS ANAS nel novembre 2008 "Gestione delle pavimentazioni stradali Linee guida di progetto e norme tecniche e prestazionali" e dal AIPCR nell'ottobre 2006 "Quaderno tecnico CT C4.2 Monitoraggio delle caratteristiche e delle azioni di traffico veicolare per il progetto e la manutenzione delle pavimentazioni stradali". Il calcolo delle pavimentazioni ha come finalità il dimensionamento degli spessori dei diversi strati che costituiranno la sovrastruttura stradale atti a garantire un adeguato indice di efficienza del manto stradale e di prevederne, in via teorica, i relativi limiti di durata temporale. Il metodo di calcolo utilizzato è l AASHTO "Guide for design of pavement structure" del 1993, con parametrazione riferita al documento emanato dal CNR, BU NT n 178/1995 "Catalogo italiano delle pavimentazioni stradali". 2. DESCRIZIONE SINTETICA DEL METODO Il metodo è empirico-statistico, basato su osservazioni sperimentali di vari parametri opportunamente correlati da funzioni di regressione. Il metodo consiste nel determinare il numero di assi standard 1 che la pavimentazione può sopportare raggiungendo un fissato grado di ammaloramento finale PSIf. Tale valore è funzione di vari parametri, quali: caratteristiche meccaniche dei materiali; spessore degli strati; portanza del sottofondo; grado di ammaloramento finale che, per questioni di confort e sicurezza, la pavimentazione può raggiungere; coefficiente di sicurezza, fissato attraverso l affidabilità, ovvero la probabilità che la pavimentazione resista al traffico che transita durante la vita utile prefissata. 1 L asse standard è l asse singolo con ruote gemelle da 18 kips = 80 kn.

4 Il numero di assi standard calcolati sono confrontati con il traffico commerciale 2 che si stima transiterà durante la vita utile della pavimentazione sulla corsia più carica. 3 Poiché il traffico commerciale che transita sulla strada è costituito da veicoli che si differenziano per numero di assi, carico per asse e per tipologia di assi 4, è necessario determinare il numero di assi standard che determinano lo stesso danno alla pavimentazione provocato dagli assi dei veicoli reali. Il danno alla pavimentazione viene identificato in termini di riduzione di confort e sicurezza percepiti dall utente. Tali parametri vengono misurati attraverso il PSI. Per determinare il numero di assi standard che transiteranno, è necessario stabilire preliminarmente i coefficienti di equivalenza tra ciascun asse reale e quello standard. Tali coefficienti sono funzioni di alcuni parametri, quali: caratteristiche meccaniche dei materiali; spessore degli strati; grado di ammaloramento finale che la pavimentazione può raggiungere; carico per asse e tipologia di asse. Noti i coefficienti di equivalenza di ciascun asse dei veicoli che compongono il traffico reale, è necessario determinare il coefficiente di equivalenza medio, che è funzione della composizione del traffico sulla strada in esame ovvero dello spettro di traffico o della frequenza relativa dei vari tipi di veicoli. Per determinare il numero di assi equivalenti sulla corsia più carica si moltiplica il coefficiente di equivalenza medio per il numero di veicoli commerciali che si stima transiteranno durante la vita utile della pavimentazione sulla corsia più carica. Traffico ammissibile W 80 Per traffico ammissibile W 80 si intende il numero di passaggi di assi standard singoli da 80 kn sopportabile dalla pavimentazione. Di seguito si riporta la funzione di regressione per la determinazione del traffico ammissibile che è funzione del grado di affidabilità R, delle caratteristiche strutturali della pavimentazione SN, dell indice di servizio iniziale PSI i e finale PSI f, delle caratteristiche del sottofondo M R. Affidabilità R L affidabilità R rappresenta la probabilità che il numero di passaggi di assi singoli equivalenti W 80 che la pavimentazione può sopportare prima di raggiungere un prefissato grado di ammaloramento finale PSI f, sia maggiore o uguale al numero di passaggi che realmente si verifica sulla corsia più carica durante la vita utile della pavimentazione n, comprendendo sia l errore di stima del traffico di progetto W 80 prog sia la variabilità delle prestazione della pavimentazione. 2 Veicoli con carico per asse o set di assi superiori a 10 kn. 3 Si dimensiona la corsia più carica in quanto il traffico pesante non è equiripartito tra le corsie. 4 Singolo, tandem e

5 Sperimentalmente si è dimostrato che la suddetta variabile aleatoria è una normale 5 con media non negativa e varianza S 0 6 compresa tra 0,40 e 0,50. E facilmente dimostrabile che il Fattore di Affidabilità di Progetto F R è: indicando con Z R l ascissa della distribuzione standard ridotta che è funzione dell affidabilità R. I valori dell affidabilità R da assumere dipendono dal tipo di strada e dalla sua ubicazione. Nella metodologia di calcolo adottata si assumono i valori consigliati dal catalogo italiano delle pavimentazioni stradali. Indice di servizio PSI L indice assunto dall AASHTO per valutare il decadimento nelle delle sovrastrutture è il PSI (Present Serviceability Index). Esso viene definito in funzione della media delle variazioni dei pendenza del profilo, della profondità delle ormaie, della superficie delle buche e dei rattoppi, o di lesioni di determinate caratteristiche riferite all unità di superficie. La formula per calcolare il PSI è di seguito riportata. indicando con: SV C P RD la media delle variazioni di pendenza del profilo longitudinale; l area delle buche e dei rappezzi, per unità di superficie; l area fessurata o lesionata con particolari caratteristiche, per unità di superficie; la media delle misura di profondità delle ormaie. I valori di PSI variano da valori teorici ottimi pari a 5 all inizio della vita utile a valori limite nulli quando l efficienza della pavimentazione è nulla. Tuttavia livelli inferiori a non sono in genere accettabili poiché sarebbero compromessi i livelli di servizio e la sicurezza della strada. 5 Distribuzione Gaussiana 6 S 0 rappresenta la deviazione standard nella predizione del traffico e della prestazione attribuita alla pavimentazione.

6 Per tener conto delle inevitabili imperfezioni costruttive, nel caso delle pavimentazioni flessibili, si assume PSI i pari a 4,2. Per PSI f si assumono i valori riportati nella tabella del Catalogo Italiano delle Pavimentazioni. Numero strutturale SN e modulo resiliente MR Il numero strutturale della pavimentazione SN (structural number) è determinato sommando il contributo di ciascun strato i-esimo che costituisce la sovrastruttura stradale. Il contributo di ogni singolo strato alla prestazione complessiva della pavimentazione è dato dalla seguente formula: indicando con: s i lo spessore in mm dello strato i-esimo; d i il coefficiente di drenaggio 7 dello strato i-esimo; a i il coefficiente strutturale 8 dello strato i-esimo. Per determinare gli a i si utilizzano i nomogrammi forniti dall AASHTO. Poiché in Italia si utilizza lo strato superficiale costituito da usura e binder, con conseguente minore rigidezza a parità degli altri fattori quali spessori degli strati e materiale, si riducono del 5-10% i valori ottenuti dai suddetti nomogrammi per gli strati in conglomerato bituminoso. 7 Il coefficiente di drenaggio assume i seguenti valori: - 1 per gli strati legati in misto granulare; - 0,98 per il misto cementato; - 0,95 per il misto granulare. 8 Il coefficiente strutturale dipende dal materiale ed è funzione della Stabilità Marshall a 50 colpi per gli strati legati quali il conglomerato bituminoso e il misto cementato e del CBR per gli strati non legati. Poiché in Italia la Stabilità Marshall viene misurata su provini costipati a 75 colpi utilizza la seguente relazione empirica: SM 75=1.2 SM 50

7 Per calcolare il SN si tiene conto anche del contributo fornito dal sottofondo SNSG (structural number of subgrade). Le caratteristiche del sottofondo vengono considerate nella formula di dimensionamento proposta dall AASHTO attraverso il modulo resiliente M R. In linea generale, è possibile tenere conto della variabilità della capacità portante del sottofondo (al variare del suo contenuto d acqua), utilizzando il modulo resiliente effettivo M R definito come quel valore del modulo resiliente del sottofondo, costante durante tutto l anno solare, per il quale si avrebbe nella pavimentazione una variazione della funzionalità (ΔPSI) uguale a quella che si produce in presenza dei diversi valori assunti dal modulo resiliente nelle varie condizioni climatiche, che si hanno nell anno. La portanza viene valutata per ogni periodo (stagione) in cui essa si può supporre costante. In genere si possono definire almeno 4 periodi stagionali j-esimo caratterizzato dal modulo resiliente M Rj. Il modulo resiliente M Rj può trovarsi, in mancanza di misure dirette, mediante la seguente correlazione: indicando con CBR (California Bearing Ratio) [%] l indice di portanza del sottofondo. Si osserva che quando il M Rj assume valori particolarmente bassi, inferiore rispettivamente a 40 MPa per le strade di minore importanza e a 50 MPa per le autostrade, bisogna predisporre un risanamento con materiale opportuno per aumentare la portanza del sottofondo. Nel nostro caso trattandosi prevalentemente di intervento su sottofondo già esistente e in servizio, si ipotizza nel calcolo di valori di M R pari a 90 MPa (tale valore dovrà essere confermato da indagini in sito). Per la determinazione del modulo resiliente effettivo M R si calcolo il danno apportato in ciascun periodo stagionale dal modulo resiliente: Noti i valori del parametro U j si calcola il danno medio:

8 Il modulo resiliente effettivo M R è data dalla formula: Tenendo conto che Si calcola il contributo del sottofondo mediante le seguenti formule: Il valore di SN della sovrastruttura viene calcolato con la seguente espressione: Traffico di progetto W 80 PROG Nella metodologia proposta dall AASHTO i carichi di traffico sono rappresentati dal numero cumulato di assi standard da 80 kn (W 80 prog ). Per stimare il numero di veicoli commerciali che transiterà, generalmente, sulla corsia più carica della pavimentazione durante la vita utile, si utilizza la seguente formula:

9 Dove si intende con: TGM il traffico giornaliero medio nel primo anno di vita utile; gg il numero di giorni commerciali per anno; p d l aliquota di traffico per direzione più carica; p percentuale di veicoli commerciali; p l aliquota di veicoli commerciali sulla corsia di marcia normale; d coefficiente di dispersione delle traiettorie; C eq coefficiente di equivalenza dell asse standard; n a numero medio di assi per veicolo commerciale; r tasso di incremento del traffico durante la vita utile; n vita utile della pavimentazione in anni. Poiché il TGM è il traffico giornaliero bidirezionale si introduce il p d per determinare il traffico monodirezionale. Il coefficiente d viene introdotto in quanto la traiettoria seguita dalle ruote non è sempre la stessa, ma si disperde nell intorno di una valore medio. Il coefficiente C eq tiene conto della distribuzione dei carichi del traffico commerciale per asse che determina livelli di sollecitazione differenti. Per omogeneizzare i risultati si ricorre al concetto di asse equivalente che la progressione del danno prodotto varia in modo esponenziale con il carico stesso. Recentemente le ricerche hanno mostrato la seguente relazione: con: x y il carico sull asse preso in considerazione; l asse standard con carico 80 kn. La dipendenza dalla 4 a potenza è stata studiata con riferimento all asse standard ed è riconosciuta valida a livello internazionale. Il n a tiene conto del diverso numero di assi per le varie tipologie dei veicoli commerciale.

10 3. CALCOLO DELLA PAVIMENTAZIONE STRADALE Procedendo dal piano d appoggio verso la superficie viabile, gli strati della pavimentazione stradale sono stati dimensionati come di seguito specificato: Fondazione in misto granulare stabilizzato non legato spessore medio 15 cm; Strato di base bitumata spessore di 15 cm; binder in conglomerato bituminoso per uno spessore di 7 cm; tappeto di usura in conglomerato bituminoso per uno spessore di 3 cm. L intera sovrastruttura ha pertanto uno spessore totale di 40 cm. Per la verifica del dimensionamento della pavimentazione stradale vengono stimati il traffico di progetto (W 80 prog ) e il traffico ammissibile (W 80 ) Traffico di progetto W 80 prog Nel paragrafo si stima il traffico di progetto W 80 prog, espresso in assi standard da 80 kn, che transiteranno, generalmente, sulla corsia più carica della pavimentazione durante la vita utile. I dati di ingresso utilizzati per il calcolo sono riportati nella tabella seguente. Classificazione strada D Numero spettro di traffico (Catalogo Italiano delle pavimentazioni) 6 Di seguito si riportano rispettivamente le tabelle 2 Tipi di veicoli commerciali, numero di assi, distribuzione dei carichi per asse e 3 Tipici spettri di traffico dei veicoli commerciali il tipo di strada ricavati dal Catalogo Italiano delle Pavimentazioni.

11 Si passa dallo spettro di traffico a quello degli assi nota la composizione degli assi che formano ciascuno dei 16 tipi di veicoli commerciali. Il prodotto di ciascun elemento della tabella riportante la distribuzione dei carichi per asse per il vettore delle frequenze, con cui si presentano i veicoli commerciali, consente di valutare le frequenze parziali di ciascun asse.

12 Il passaggio di 100 veicoli commerciali determina il transito di 204,8 assi di differente peso, che corrispondono al passaggio di 154,5 assi equivalenti da 8 t. VALORE DI CALCOLO W Assi da 8t 3.2. Traffico ammissibile W 80 Nel paragrafo si calcola il traffico ammissibile W 80, espresso in assi standard da 80 kn, che la pavimentazione è in grado di sopportare. Ricordando che il traffico ammissibile è funzione del grado di affidabilità R, delle caratteristiche strutturali della pavimentazione SN, dell indice di servizio iniziale PSI i e finale PSI f, e delle caratteristiche del sottofondo M R, nelle tabelle seguenti si riportano: il calcolo del numero strutturale della sovrastruttura ipotizzata e il modulo resiliente determinato partendo dal CBR del sottofondo, che dovrà essere garantito prima delle esecuzione delle opere

13 Il calcolo del grado di affidabilità per la categoria della strada interessata al progetto è il seguente: Gli indici di servizio iniziale e finale considerati sono: Le verifiche sono pertanto le seguenti:

14 Catalogo Italiano delle pavimentazioni Schema 6F

15 Catalogo Italiano delle pavimentazioni Schema 6SR

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