a misura di aeroporto

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1 60 Pavement Management System PMS innovativo Gianfranco Battiato Lorenzo Cosimi Gruppo Rodeco a misura di aeroporto la tradizione dell innovazione rodeco in materia di pms trova conferma nei recenti aggiornamenti - effettuati alla luce delle nuove linee guida enac in materia di gestione della manutenzione delle pavimentazioni AEROPORTUALI - del software specifico, IN versione apms, aeroportuale. PRESENTIAMO i principi del PMS raccontati anche attraverso alcune applicazioni nazionali ed estere. in uno dei prossimi numeri passeremo in rassegna alcuni esempi di tecnologie di manutenzione preventiva e riqualifica delle pavimentazioni. (Prima Parte) di un Pavement Management System (PMS) è quello di garantire il corretto esercizio delle pavimentazioni aeroportuali, progettando e pianificando inter L obiettivo venti migliorativi a breve, medio e lungo termine, tenendo anche conto dell esigenza di ottimizzare le risorse disponibili, non sempre adeguate alle necessità. Il software RO.MA. APMS, sviluppato da Rodeco, risponde a tali requisiti, fornendo uno strumento di gestione delle pavimentazioni aeroportuali, mediante lo sviluppo di un piano pluriennale di manutenzione e di riqualifica, basato sulla pianificazione degli interventi sulle infrastrutture aeroportuali. Da parte dell Enac (Ente Nazionale dell Aviazione Civile) sono state sviluppate le linee guida sull implementazione del sistema di gestione della manutenzione delle pavimentazioni aeroportuali. Come riporta testualmente la normativa, il sistema di gestione delle pavimentazioni è un insieme di procedure sistematiche e obiettive per: istituire e manutenere un inventario delle pavimentazioni; monitorare le loro prestazioni, pianificare e programmare le attività di manutenzione e riabilitazione; valutare l efficacia ed i costi delle attività di manutenzione da svolgere nonché di quelle effettuate nel passato. Il software RO.MA. APMS, grazie ai suoi continui aggiornamenti derivanti all esperienza internazionale acquisita dalla Rodeco nel campo del Pavement Evaluation and Management System, va incontro alle nuove direttive proposte da Enac, pemettendo all ente gestore di: 1 7/2015 lestrade

2 61LS 1 Prove di portanza in aeroporto 2. Rilievi di Regolarità IRI all aeroporto di Malta 2 creare un archivio delle pavimentazioni, aggiornabile; fornire una metodologia per valutare lo stato della pavimentazione (parametri superficiali e strutturali) mediante la definizione dell indicatore di Pavement Quality Index (PQI); definire un programma degli interventi ottimali di manutenzione ( Programmata) con una lista di priorità degli interventi da eseguire. Rilievo delle pavimentazioni (Pavement Evaluation) Il punto di inizio per lo sviluppo di un sistema di gestione della manutenzione consiste nel rilievo delle caratteristiche funzionali e strutturali delle pavimentazioni, effettuato mediante l impiego di sistemi ad alto rendimento, che consentono di creare ex novo, oppure aggiornare, il database dei parametri riferiti alle condizioni attuali delle pavimentazioni investigate. I parametri più importanti da rilevare sulle infrastrutture ed utilizzati dal software sono: quelli legati alla portanza (misurata con HWD), ovvero moduli elastici dei diversi strati, vita residua e indice PCN, ricavati attraverso backcalculation; quelli riferiti alla regolarità longitudinale e trasversale, ovvero indice IRI, BBI e pendenza trasversale; l indice PCI (Pavement Condition Index), riferito all ammaloramento superficiale della pavimentazione; l indice legato all aderenza. Particolare attenzione è stata dedicata, nello sviluppo del software, alla semplificazione e alla flessibilità delle procedure di ingresso dati, in modo da ridurre il numero di informazioni necessarie all ottenimento dei risultati del PMS. Le applicazioni nazionali e internazionali effettuate da Rodeco, quali ad esempio Lamezia Terme, Malta, Lione e Larnaca, hanno messo in evidenza concretamente come un sistema efficiente di PMS possa ottimizzare gli interventi di manutenzione e riqualifica su base pluriennale, riducendo sostanzialmente i costi complessivi di gestione delle infrastrutture aeroportuali. Il RO.MA. APMS è stato progettato per elaborare dati provenienti dall analisi dei risultati della fase di Pavement Evaluation (prove sul campo), organizzati in termini di sezioni omogenee (il cui calcolo è descritto nel paragrafo seguente). Per la valutazione delle caratteristiche strutturali e superficiali delle pavimentazioni, si svolgono diverse tipologie di indagini con sistemi ad alto rendimento, che permettono di acquisire in maniera veloce tutti i parametri richiesti al fine di una corretta valutazione del PMS. Come riportato nel documento Airport Pavement Management System - Linee guida sulla implementazione del sistema di gestione della manutenzione delle pavimentazioni - Appendice B - Dati sullo stato prestazionale e strutturale, la fase di monitoraggio delle condizioni delle sovrastrutture aeroportuali si suddivide in diversi rilievi, dei quali i principali sono: Determinazione della capacità portante delle pavimentazioni mediante FWD/HWD e definizione dei parametri ACN e PCN; Rilievo dell andamento plano altimetrico e della regolarità dei profili longitudinali e trasversali mediante Profilometro Laser; Rilievo della macro e micro tessitura della pavimentazione; Rilievo delle condizioni superficiali della pavimentazione, stato di ammaloramento e valutazione del PCI; Indagini Georadar e carotaggi per la stratigrafia; Rilievo del coefficiente di aderenza con GripTester. HWD (Heavy Falling Weight Deflectometer) Le proprietà strutturali delle pavimentazioni vengono analizzate mediante l Heavy Falling Weight Deflectometer (HWD), deflettometro dinamico a massa battente, in grado di simulare adeguatamente le condizioni reali di carico di un aeromobile. Per ogni punto di misura dell HWD, mediante il software RO.ME. (Road Moduli Evaluation) sviluppato da Rodeco, che si avvale del processo di backcalculation, vengono stimati: i valori dei moduli E1, E2, E3 rispettivamente degli strati in conglomerato bituminoso, di fondazione e del sottofondo nelle condizioni di prova; il valore del modulo dello strato in conglomerato bituminoso riferito a 20 C; la vita residua a fatica delle pavimentazioni in anni; lo strato più critico; il rinforzo a fatica teorico necessario per sopportare il traffico di progetto; calcolo dei valori ACN/PCN secondo la normativa ICAO. Dalle prove sulle pavimentazioni rigide (bordi e centro lastra) vengono ricavati: il modulo del sottofondo (MPa) il modulo di reazione del sottofondo(mn/m 3 ) la deflessione differenziale tra le lastre in micron e il trasferimento di carico tra lastre adiacenti (%) la vita residua della pavimentazione e lo spessore teorico di rinforzo a fatica. Dai dati di deflessione, è inoltre possibile ricavare gli indicatori che rappresentano e sintetizzano le caratteristiche di deflessione, quali ad esempio gli indici D0, SCI (Surface Curvature Index), BCI (Base Curvature Index) eccetera, dai quali partire per la definizione delle sezioni omogenee. Oltre alle pavimentazioni aeroportuali un controllo molto importante riguarda le verifiche di portanza sulle fasce di sicurezza strip, come indicato dalla circolare Enac del Lo scopo dei rilievi è la valutazione del comportamento del terreno (sottofondo) in previsione di un evento eccezionale di fuoriuscita di un velivolo dalla pista e/o del transito dei mezzi di soccorso. Le strips devono avere portanza sufficiente a sostenere il peso corrispondente all uscita eccezionale dell aereo di progetto. La verifica avviene ricavando, mediante prove con il LWD il valore limite del modulo del sottofondo in grado di sostenere il peso dell aereo. Profilometro Laser Il Profilometro Laser viene usato per il rilievo della regolarità, dei profili longitudinali e trasversali della pavimentazione e per la definizione dell indice IRI (International Roughness Index), misurato in mm/metro. L IRI è un indice standardizzato che racchiude l informazione necessaria a definire la regolarità di una superficie aeroportuale, come definito dal World Bank Technical Paper n. 45. La irregolarità di una pavimentazione è il risultato di un numero infinito di lunghezze d onda che compongono il profilo longitudinale di una pavimentazione. Il Profilometro è in grado di rilevare il profilo reale della pavimentazione nelle coordinate XY (relative), ove X è la progressiva chilometrica misurata dall odometro e Y rappresenta il profilo plano alti 7/2015

3 62 metrico della pista di volo. Tipicamente il sistema è in grado di memorizzare il profilo reale mediato ogni 100/200 mm di sezione. La conoscenza dell ampiezza dell irregolarità per onde corte (1 3.3 m), medie (3.3 m 13 m) e lunghe (13 m 60 m) è molto importante per individuare infatti la causa delle irregolarità. Quando l irregolarità è dovuta alle onde corte è presumibile che la causa sia da ricercare negli strati superficiali della pavimentazione (ammaloramenti e stesa irregolare), mentre l irregolarità dovuta alle onde medie e lunghe può essere dovuta a problemi di assestamento anomali degli strati di fondazione o del sottofondo della struttura stradale o aeroportuale. Il software permette, mediante simulazione, di effettuare un analisi filtrata dei risultati per ottenere i valori di irregolarità alle lunghezze d onda desiderate. Dal profilo reale vengono stimati i seguenti parametri di regolarità mediati per sezioni di lunghezza prestabilita: IRI (International Roughness Index) medio in mm/m; le irregolarità filtrate per onde corte da 1 a 3.3 m, in mm/m; le irregolarità filtrate per onde medie da 3.3 a 13 m, in mm/m; le irregolarità filtrate per onde lunghe da 13 a 60 m, in mm/m; la simulazione dello straightedge di 3 m per il calcolo della freccia massima, come prescritto dalle norme ICAO; la freccia massima su sezioni di 45 m ed il numero di irregolarità che all interno di tale sezione superano i mm come prescritto dalle norme ICAO; pendenza trasversale (%). L apparecchiatura comprende: diversi sensori Laser (classe 1+) in grado di misurare la pendenza trasversale per una larghezza di circa 3 m e il profilo longitudinale (IRI), con frequenza di campionamento ogni 5 mm; n. 3 accelerometri e n. 2 giroscopi di altissima precisione; software completo per l elaborazione dei dati per la determinazione dei profili trasversali, ormaie, profili longitudinali dell indice I.R.I., irregolarità per onde corte, medie e lunghe; n. 2 sensori laser ad alta frequenza (64 KHz) per la misura della macrotessitura. Survey Distress: analisi del PCI (Pavement Condition Index) Il rilievo dell ammaloramento superficiale sulle pavimentazioni rigide e flessibili è necessario per: monitorare il degrado superficiale e la sua evoluzione nel tempo; individuare aree che necessitano di interventi urgenti; predisporre interventi di manutenzione preventiva e curativa per rallentare o bloccare il processo di degrado e quindi prolungare la vita utile della pavimentazione; limitare i costi di manutenzione ordinaria delle sovrastrutture: una buona conservazione delle caratteristiche superficiali delle pavimentazioni ha una notevole influenza sulla scelta delle tipologie di manutenzione a medio e lungo termine. A tale scopo Rodeco ha sviluppato e brevettato tecnologie avanzate per il rilievo automatico dell ammaloramento superficiale: mediante la tecnologia ADE (Automatic Distress Evaluation), su tutte le sovrastrutture aeroportuali vengono rilevate, ogni 4 metri, immagini digitali ad alta risoluzione, dalle quali vengono ricavate, a 3 livelli di severità ciascuna, le principali tipologie di ammaloramento, come ad esempio fessurazioni longitudinali, fessurazioni trasversali, fessurazioni reticolari, rappezzi, sgranature, sfondamenti, ormaie. Dai rilievi ADE vengono determinati i coefficienti PCI (Pavement Condition Index) per ogni singola Sample Unit, identificata come riportato nel documento ASTM D Dai rilievi sono dedotti: la necessità e le priorità di interventi di manutenzione di sigillatura ed altri interventi superficiali localizzati; l area o i metri lineari di intervento; la tipologia di intervento ottimale; stima del costo degli interventi. Le immagini della pavimentazione, rilevate mediante il sistema ADE, vengono elaborate in post processing con un software specifico Automated Distress Evalutation attraverso il quale è possibile, in modo semiautomatico, riconoscere e codificare, su una banca dati, le diverse tipologie di ammaloramento presenti nelle pavimentazioni monitorate. Tutti i siti ammalorati, così individuati, col riferimento della progressiva metrica e della coordinata geografica, integrati con i dati forniti dalla piattaforma inerziale, vengono inseriti all interno del database, elaborati e quindi resi conformi alla piattaforma del software RO.MA. APMS. La scala di merito del PCI (tra 0 a 100) è la seguente: 70 PCI < 100 adeguato; 55 < PCI < 70 ammaloramento medio; PCI 55 ammaloramento elevato. Indagini con Georadar Mediante l impiego della tecnologia Georadar, è possibile rilevare in continuo la stratigrafia della pavimentazione: lo scopo principale è quello di fornire gli spessori dei diversi strati della pavimentazione, in quanto dato di input per il processo di backanalysis per la determinazione dei moduli elastici, ricavabili dalle prove HWD. L output del rilievo consiste in tabelle numeriche e/o grafiche che forniscono lo spessore dei diversi strati della pavimentazione aeroportuale. Rodeco dispone di sistemi radar a diverse frequenza, attrezzati per il rilievo in continuo della stratigrafia delle sovrastrutture aeroportuali: le antenne sono installate su un veicolo opportunamente attrezzato, insieme all unità di ricezione, un computer di processo, un video a colori ad alta risoluzione e un odometro per la misura della progressiva dei rilievi. Il veicolo è in grado di rilevare in continuo la stratigrafia ed in particolare gli spessori dei diversi strati che compongono la pavimentazione, fino ad una profondità variabile, con la frequenza dell antenna, da 1 a 3 m. I dati raccolti possono essere rappresentati su video in tempo reale o elaborati per produrre tabelle e grafici. Coefficiente di Aderenza con GripTester La misura dell aderenza delle pavimentazioni riveste particolare importanza ai fini dei livelli di sicurezza del traffico aereo. Con i sistemi di misura ad alto rendimento è possibile rilevare praticamente in continuo, ogni 5, 10 metri di pavimentazione il Coefficiente di Aderenza. Il GripTester, approvato dall ICAO, è uno strumento molto semplice, costituito da un carrello di misura collegato a un veicolo di traino per mezzo di un gancio; il carrello è munito di due ruote laterali di sostegno e di una ruota centrale, frenata durante il movimento, che effettua la misura. La ruota frenata durante le prove è costantemente innaffiata con acqua per mezzo di un distributore collegato ad un serbatoio installato sul veicolo trainante. Il flusso d acqua è regolato con una pompa elettronica in modo da garantire lo spessore 3a 6

4 63LS 3b Esempio di rilievi ADE 4. Valutazione stratigrafica con radar 5. Output prove con GripTester 6. GripTester in aeroporto voluto (per es. 1 mm d acqua) tra pneumatico e pavimentazione, indipendentemente dalla velocità di misura. Durante il movimento del carrello due estensimetri misurano lo sforzo longitudinale Fo (che si oppone al moto) e il carico verticale Fv, dato dal peso del carrello. Il rapporto Fv/Fo è il Coefficiente di Aderenza Longitudinale (Grip Number). Gli estensimetri sono collegati ad un sistema elettronico di acquisizione dati che registra il valore misurato del Coefficiente di Aderenza ogni 10 m su un computer di bordo. Le prove vengono eseguite con apparecchiatura Findlay Irvine - GripTester MK2 secondo le prescrizioni della normativa ICAO (Annesso 14 - Aerodromes Vol. I - Aerodrome Design), alla velocità di 65 e 95 km/h. L elaborazione dei dati consente di ottenere in forma tabellare e grafica i valori puntuali e medi su ogni terzo di pista, così come prescritto dalle norme ICAO (figg. 5 e 6). Le misure vengono effettuate lungo 4 linee di misura, alla distanza di ±3 e ±6 dall asse della pista di volo. Sezioni omogenee Uno degli aspetti più delicati nell interpretazione ed elaborazione dei dati è quello relativo alla scelta delle sezioni aventi caratteristiche omogenee, ossia dei tratti di pavimentazione per ognuno dei quali si può supporre che i parametri caratteristici siano praticamente costanti su tutta la lunghezza calcolata. La procedura di determinazione delle sezione omogenee prevede quindi l individuazione dei tratti di pavimentazione aventi caratteristiche simili: in pratica, una volta individuate le sezioni omogenee, esse non potranno essere ulteriormente suddivise in sottosezioni a comportamento significativamente diverso. La suddivisione di un elemento della rete aeroportuale in sezioni omogenee può basarsi su vari parametri. I parametri considerati per l individuazione delle sezioni omogenee possono essere ad esempio: IRI; PCI; parametri caratteristici dei bacini di deflessione misurati (D0, SCI e BCI); volumi di traffico; numero di strati del modello considerato nelle procedure di backanalysis. Esistono varie tecniche statistiche disponibili per dividere una serie di dati in parti omogenee. Una di queste tecniche è il metodo della somma cumulativa (algoritmo COSUM), introdotta a partire dagli anni 50 nel controllo della qualità industriale, e successivamente ripreso nell AASTHO Design guide for Design of Pavement Structures. Tale metodo risulta essere il migliore tra quelli presenti in letteratura nell individuazione delle sezioni omogenee, ma al tempo stesso si presenta di difficile traduzione in un algoritmo di calcolo. È stato quindi utilizzato un altro metodo, basato sulla dicotomizzazione delle misure, proposto dal LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussèes) nel Il metodo dicotomico consiste nella scomposizione di una serie di dati misurati in sezioni per le quali viene definita la media e la varianza, ma che contemporaneamente presentano scarti tra i valori medi significativi. La suddivisione avviene tramite un procedimento che si sviluppa su due punti fondamentali: 1. Il primo consiste in un criterio che definisce e verifica l omogeneità della sezione; 2. Il secondo consiste in un metodo che identifica il punto all interno della serie di dati non omogenei, in cui si verificano variazioni sensibili nella sequenza dei dati stessi. Per quanto riguarda il criterio di verifica dell omogeneità delle sezioni, assumendo che i dati siano distribuiti con legge normale standard, esso consiste in un test basato sulla media dei quadrati delle differenze successive. Assunta una variabile (u) distribuita come una variabile aleatoria normale standard, saranno definite come omogenee quelle sezioni caratterizzate da valori di tale variabile compresi in un intervallo di confidenza al 95% (u 5% u u 95% ). Se la sezione risulta non essere omogenea, si definisce una funzione f(i) e si ricerca il valore massimo di tale funzione: tale valore identifica la fine di una sezione omogenea e l inizio della successiva. L unione dei due punti così definiti permette la creazione di un algoritmo, il quale si sviluppa nelle seguenti fasi: 1. Sul tratto di cui si hanno le misure si effettua il test di omogeneità (punto 1): se è verificato, esso è un unica sezione, definita da un valor medio e dalla varianza, altrimenti è necessario individuare il primo punto di frontiera; 2. Se u > u 95%, si applica il frazionamento della tratta (punto 2), andando a individuare il massimo della funzione f(i); 3. Si applica il test di omogeneità alle due sotto sezioni individuate; se entrambe soddisfano il test, sono due sezioni omogenee, con media e varianza definite, altrimenti saranno sottoposte nuovamente al frazionamento (punto 2); 4. Il procedimento si arresta quando tutte le sotto sezioni individuate soddisfano il criterio di omogeneità, o al limite hanno una lunghezza inferiore a quella di attivazione degli interventi di manutenzione (definibile dall utente). Definite dunque le sezioni omogenee per ogni parametro analizzato, sono successivamente individuate le sezioni omogenee definitive come intersezione dei risultati parziali precedentemente ottenuti. Sviluppo di PMS aeroportuale Il software RO.MA. APMS, specializzato per gli impieghi aeroportuali, è uno strumento in grado di fornire ai decisori, nell ambito di una gestione delle sovrastrutture aeroportuali, le strategie di intervento ottimali, individuate attraverso chiare e predefinite procedure. Il programma, partendo da un database di dati riferiti alle condizioni della pavimentazione in esame e ad una sua successiva suddivisione in sezioni omogenee, valuta le strategie alternative per ogni singola sezione omogenea, in un periodo di riferimento di 10 anni, andando a considerare quella che presenta il maggior rapporto efficacia/costi. In definitiva, il programma è in grado di operare sia a livello di rete che a livello di progetto. Nel primo caso, considerando l intero patrimonio delle pavimentazioni aeroportuali, è possibile andare a determinare gli elementi che richiedono interventi di manutenzione o riabilitazione, dopo aver determinato le prestazioni delle pavimentazioni in esame mediante sistemi ad alto rendimento; nel secondo caso, è possibile prendere in esame una singola sezione omogenea, e stabilire diverse strategie di intervento, andando a scegliere quello avente il rapporto efficacia/costi più alto. Lo schema secondo il quale opera il software è rappresentato in fig. 7: partendo dai dati dei rilievi effettuati (Vita Residua, IRI e PCI), si procede all individuazione di sezioni omogenee, con il metodo in descritto, per tutti i parametri considerati. Successivamente è possibile costruire un database di dati riferiti alle sezioni omogenee precedentemente individuate, il quale 7/2015

5 64 andrà arricchito negli anni effettuando varie tipologie di prove (portanza, regolarità e individuazione dei distress superficiali). Definite quindi le sezioni omogenee per la rete analizzata, il software opera seguendo quattro fasi consequenziali tra loro, le quali saranno successivamente approfondite singolarmente: 1. Database dei parametri riferiti alle condizioni attuali della pavimentazione e livelli di priorità per gli elementi delle reti; 2. Curve di degrado nel tempo dei parametri (IRI, PCI e RL) e soglie di intervento funzione dei livelli di manutenzione; 3. Tipologia degli interventi predefiniti, e loro caratteristiche; 4. Definizione della strategia ottimale per ogni singola sezione omogenea, nel caso di vincoli di budget e non. Prendendo a riferimento le linee guida Enac, si nota come il software RO.MA. APMS rispecchi a pieno lo schema proposto. Database parametri e individuazione priorità La prima fase dell utilizzo del software consiste nel determinare un database, nel quale sono riportate tutte le caratteristiche delle pavimentazioni esaminate. In primo luogo, è necessario andare ad identificare, all interno della rete globale aeroportuale, gli elementi alle quali sarà assegnata una priorità di intervento. La banca dati da implementare all interno del software viene suddivisa per elementi: partendo dalla rete aeroportuale, sarà possibile definire i vari rami (ad esempio la pista di volo o una taxiway), le sezioni componenti ogni singolo ramo (ovvero le sezioni omogenee), e le sample units, definite come le unità elementari utilizzate per i rilievi degli ammaloramenti. Il software fa riferimento, come unità principale, alle sezioni omogenee: solamente per quanto riguarda il calcolo del PCI si considerano le sample unit, le quali apparterranno alle diverse sezioni omogenee calcolate. Per ogni sezione omogenea, sarà dunque necessario riportare i seguenti dati: ID identificativo, il quale permetta di collocare la sezione omogenea all interno di una determinata rete, con progressive di inizio e fine; Traffico circolante: è possibile discretizzare in maniera qualitativa il traffico circolante in tre categorie (alto, medio, basso), in modo da associare a ogni classe una priorità, decrescente con il diminuire del traffico (dati di inventario); Numero degli strati del modello, con tipologia di materiale utilizzato e spessori, moduli medi E1, E2, E3 (MPa) rispettivamente dell insieme degli strati in conglomerato bituminoso a 20 C, della fondazione e del sottofondo; Valori medi di IRI, PCI, RL calcolati per la sezione omogenea; Valore medio del parametro PQI (Pavement Quality Index), il quale esprime la situazione globale della pavimentazione. Questo parametro è calcolato come sommatoria dei vari parametri analizzati (IRI, PCI e RL), ad ognuno dei quali è associato un coefficiente moltiplicativo w i tale che: w i = 1. con i valori massimi e minimi di ogni singolo parametro che dipendono dalle curve di degrado utilizzate; Parametri geometrici, quali larghezza, lunghezza ed area della sezione omogenea, e parametri rilevati tramite il profilometro, quali pendenza trasversale e straight edge; Anno in cui vengono effettuati i rilievi e al quale si riferiscono i valori medi dei parametri calcolati. Una volta ultimato il database, verrà calcolata per ogni sezione la priorità di intervento ad essa associata, necessaria per definire l elenco temporale delle strategie di intervento. Previsioni di degrado e soglie di intervento (trigger) All interno del software sono presenti modelli di decadimento per l IRI, il PCI e la RL in funzione della classe di traffico circolante sulla rete aeroportuale. Per ogni parametro, basandosi sull esperienza, è stata determinata una curva di degrado per le condizioni di traffico più gravose (classe traffico alto); successivamente è stato determinato un coefficiente moltiplicativo in funzione delle altre classi di traffico previste. Tali leggi di decadimento sono esplicitate in funzione del tempo, in modo da poter calcolare il valore di un determinato parametro in un qualsiasi momento della vita della pavimentazione analizzata. È possibile, da parte dell utente, stabilire tali curve di degrado a partire dai dati appartenenti a un database già esistente, in modo da avere una precisione maggiore nella taratura delle curve stesse. Col variare dei singoli parametri, è possibile calcolare, riportando i parametri ad uno stesso arco temporale (da 10 a 20 anni), l andamento del PQI, utilizzando la formula riportata nel capitolo precedente. Grazie a tali modelli, il gestore può predire le condizioni future delle pavimentazioni, valutando di conseguenza come possono modificarsi i parametri in funzione degli interventi manutentivi da applicare. Per ogni parametro è necessario determinare più soglie di intervento (trigger), in funzione dei tre livelli di manutenzione in La formula del PQI è la seguente: PQI = 100 (IRI max IRI min ) (IRI max IRI) w IRI (PCI max PCI min ) (PCI PCI min) w PCI (RL max RL min ) (RL RL min) w RL 7. Schema a blocchi del software RO.MA. APMS 7 7/2015 lestrade

6 65LS Legge di decadimento del parametro IRI funzione del livello di traffico 9. Individuazione di diverse strategie per ogni sezione omogenea dividuati, comprensivi degli interventi che l Ente Gestore prevede di poter utilizzare concretamente: A) preventiva: interventi che possono ripristinare esclusivamente il PCI; B) correttiva di parziale ricostruzione: interventi mirati al ripristino di PCI, IRI e RL in maniera inferiore rispetto alla totale ricostruzione; C) di riabilitazione: interventi che ripristinano tutti i parametri alle condizioni ottimali, paragonabili alle condizioni di progetto (risanamento profondo o di riqualifica strutturale). Di conseguenza, in funzione di tali livelli di manutenzione, sono state determinate tre soglie per i parametri IRI e PCI; per quanto riguarda la RL, sono stati considerati 4 livelli di intervento, considerando per l ultimo livello la strategia di non intervento (DN = Do Nothing). Catalogo degli interventi Per quanto riguarda gli interventi previsti all interno del software, è stato inserito un catalogo degli interventi formato da 9 interventi, distinti per classe di manutenzione di appartenenza (vedi classificazione precedente). In accordo con l utente si possono aggiungere o modificare gli interventi previsti, tenendo conto delle realtà presenti in ogni singolo paese (regione) e delle tecnologie disponibili. Stabiliti gli interventi e le loro soglie di attivazione (trigger), è possibile costruire l albero degli interventi, il cuore del software RO.MA. APMS: tale albero permette di stabilire in che modo si modificano i singoli parametri, per ogni singola sezione omogenea, all applicazione di una determinata strategia di intervento. Ad ogni singolo intervento è collegato: un predefinito modello di costo, strettamente legato al costo unitario per la realizzazione: tali costi rientrano dunque nella categoria dei costi capitali, e sono gli unici realmente valutabili dall Ente Gestore; la vita utile attesa per l intervento; il miglioramento di ogni singolo parametro della pavimentazione; il tempo di realizzazione dell intervento. La strategia per ogni sezione omogenea Per strategia si intende un piano di azione che comprende uno o più specifici interventi manutentivi progettati al fine di assicurare il mantenimento o miglioramento delle caratteristiche prestazionali delle pavimentazioni alle quali si applicano. L elaborazione può essere eseguita sia a livello di rete che a livello di progetto, considerando, in entrambi i casi, il criterio di ottimizzazione del rapporto efficacia/costi. Il software è in grado di elaborare una singola sezione omogenea, oppure uno specifico gruppo, o in alternativa tutte le sezioni precedentemente definite, in particolare se si opera a livello di rete. Si parte quindi dall identificazione degli interventi fattibili su ciascuna sezione, scelti dal set degli interventi prestabiliti, e si prosegue con la formulazione dei criteri di sviluppo delle strategie, cioè delle regole che definiscono gli ambiti nei quali ciascuna serie di interventi può trovare applicazione. Viene utilizzato questo tipo di approccio per il semplice fatto che alcuni interventi hanno una vita utile minore del periodo di analisi sui quale si va a valutare la strategia; impiegando quindi strategie che prevedono l applicazione di più interventi si riesce a coprire l intero periodo di analisi. Come già riportato in precedenza, le strategie vengono stabilite a partire dall albero decisionale costruito partendo dal set di interventi proposto nel passaggio precedente: una strategia sarà dunque formata da uno o più rami dell albero, a seconda della durata dell intervento proposto. Ogni ramo, inoltre, sarà caratterizzato da un anno di intervento, e ciò dipende esclusivamente dalle leggi di decadimento dei singoli parametri: alla fine quello che si ottiene, per ogni singola strategia, è un vettore nel quale sono riportati: l anno o gli anni in cui intervenire; l ID della sezione omogenea alla quale si fa riferimento; il tipo o i tipi di intervento previsti per coprire l intero periodo di analisi. Ogni sezione avrà diverse strategie di intervento poiché dipende da quando si decide di intervenire sulla sezione: ciò è legato strettamente ai valori di soglia dei singoli parametri rappresentanti le condizioni della pavimentazione. Il passo successivo consiste nel determinare l efficacia di ogni singola strategia, il suo costo e il rapporto efficacia/costo, in modo da poter scegliere quale sia la strategia ottimale per ogni singola sezione. In questo caso è necessario provvedere ad esaminare due casi possibili: il caso in cui non si abbiano limiti di budget, e il caso in cui ci siano dei vincoli economici. Analisi senza limiti di budget Per ogni strategia è necessario andare a individuare l efficacia che essa procura sull indice sintetico utilizzato (PQI) e il costo totale degli interventi compresi nella strategia, attualizzati all anno di inizio analisi. Per quanto riguarda il calcolo dell efficacia della singola strategia (E), essa sarà semplicemente individuata dall area compresa tra la curva che delimita la strategia stessa dopo gli interventi e la curva del PQI prima dell applicazione degli interventi stessi. Per quanto riguarda i costi di ogni singola strategia, essi andranno riportati all anno iniziale del periodo di analisi, tramite la formula di attualizzazione (CCA), funzione del tasso di attualizzazione o sconto. Calcolando, per tutte le strategie possibili per ogni sezione omogenea, il rapporto tra l efficacia della singola strategia e il costo totale attualizzato (E/CCA) si potrà considerare la strategia che presenta il valore del precedente rapporto più elevato. Alla fine di questo procedimento, che andrà ripetuto per ogni singola sezione omogenea, sarà possibile stimare il budget complessivo da investire per l attuazione delle strategie migliori individuate. Non intervenendo vincoli di budget, le strategie determinate saranno elencate per indice di priorità di intervento, il quale viene stabilito considerando la priorità assegnata alle varie zone che sono oggetto di manutenzione. Analisi con limiti di budget Il metodo utilizzato per individuare le strategie migliori, in presenza di un budget ben definito nell arco temporale di analisi (10 anni), prende spunto dal processo di semi ottimizzazione e si articola nei seguenti punti: a) Individuazione di tutte le strategie di intervento (combinazione costituita da sezione, intervento e anno) di cui si può prevedere l applicazione nel periodo di analisi; b) Calcolo dell efficacia E di ciascuna strategia di intervento; c) Calcolo del costo totale attualizzato CCA di ciascuna strategia di intervento precedentemente individuata; d) Calcolo rapporto efficacia/costo di ogni strategia (E/CCA); e) Selezione della strategia (sezione, interventi, anno di attuazione) caratterizzata dal migliore valore di E/CCA (valore più 7/2015

7 66 elevato del rapporto), fino alla saturazione del bilancio preventivo stanziato; f) Calcolo, per la sezione k in esame, del rapporto costo efficacia marginale MCE di tutte le altre k esime strategie previste sulla stessa sezione. Esso è espresso in funzione dell efficacia e dei costi di ogni i esima strategia individuata per la sezione k in esame, paragonati a quelli della strategia selezionata al punto E); g) Se MCE è negativo o Ei < Ev la strategia i esima viene eliminata e non verrà più presa in considerazione negli ulteriori passi, in caso contrario la combinazione di confronto sostituisce quella selezionata al punto e); h) Il processo viene ripetuto fino a che nessun altra strategia può essere selezionata per ciascuna sezione in ciascun anno del periodo di analisi, cioè quando il bilancio preventivo stanziato è stato totalmente impegnato. Tale metodo consente, oltre all individuazione delle strategie migliori da applicare per tutte le sezioni omogenee, di effettuare anche un analisi a diversi livelli di budget: inserendo un valore diverso per il budget preventivo stanziato, sarà possibile verificare in che modo varia la scelta delle strategie, e scegliere di conseguenza il capitale più opportuno da investire. Applicazioni internazionali L Aeroporto internazionale di Malta: risultati del PMS Il software è stato utilizzato per definire la strategia degli interventi di manutenzione preventiva e di riqualifica strutturale dell aeroporto internazionale di Malta, una volta effettuati i rilievi (IRI, PCI, portanza etc) della pavimentazione. Come già riportato nei capitoli precedenti, la flessibilità del programma in termini di adeguamento dei modelli di degrado al caso specifico e un database storico riferito alla tipologia di pavimentazione in sito e alle sue condizioni attuali sono fondamentali affinché il software sia in grado di elaborare dei risultati applicabili. L output dell elaborazione effettuata è un elenco di interventi manutentivi per ogni anno e per ogni sezione omogenea individuata all interno della rete aeroportuale. Nella tabella che si ottiene come risultato dell elaborazione si riporta in particolare: Anno di applicazione degli interventi contenuti all interno delle strategie individuate per ogni sezione omogenea; Inizio e fine della sezione omogenea; Tipo di intervento manutentivo applicato; Superficie di intervento (coincidente con l area della sezione omogenea stessa); Costo unitario di intervento ( /m 2 ); Costo totale di intervento per ogni sezione omogenea ( ). Per ogni anno è stato riportato il costo totale sostenuto dall ente gestore, con il budget totale investito alla fine del tempo di analisi (che, nel caso di budget limitato, deve risultare minore o al massimo uguale rispetto a quello stanziato dall ente gestore). Agendo preliminarmente sul software, è stato possibile inoltre effettuare varie analisi a livelli di budget diversi, ottenendo diverse tabelle, ognuna con un diverso piano di intervento manutentivo sulla rete aeroportuale esaminata. Starà all ente gestore scegliere il piano di intervento che riterrà migliore, sia in base al risultato ottenuto dal programma, sia in base al budget che sarà in grado di stanziare per coprire il periodo di analisi (10 anni). Ottenuti tutti gli interventi, essi saranno disposti per anno di applicazione e per priorità di applicazione; in questo modo è possibile visualizzare in maniera immediata quali siano le sezioni omogenee (e di conseguenza le reti e i suoi elementi componenti) sulle quali intervenire subito, in modo da impostare e programmare i lavori di manutenzione futuri , 11, 12. Esempi di interventi di manutenzione preventiva e curativa: Crack Sealing con routing e rigenerazione Regephalt 7/2015 lestrade

8 67LS 13a 13b 13. Esempio di riqualifica strutturale: posa in opera della geogriglia in fibra di vetro e successiva stesa del conglomerato bituminoso L obiettivo primario di un PMS deve essere quello di pianificare e soprattutto di ottimizzare gli interventi, ossia di garantire il massimo livello delle caratteristiche funzionali e strutturali della pavimentazione con il minimo costo, assicurando un notevole risparmio per l ente che ha la gestione dell aeroporto. È quanto è stato realizzato per il MIA (Malta International Airport) attraverso una strategia che si sviluppa secondo gli obiettivi e le linee seguenti: investire sulla manutenzione preventiva e curativa per prolungare la vita della pavimentazione e ritardare il processo di degrado della sovrastruttura; ricercare nuove soluzioni e tecnologie di riqualifica strutturale in grado di ridurre non solo i costi dell intervento, ma anche e soprattutto i tempi dei lavori con il minimo disturbo alla operatività delle infrastrutture. Interventi di manutenzione preventiva Il primo obiettivo viene raggiunto attraverso interventi di sigillatura (Crack Sealing), con speciali mastici bituminosi ad alta modifica di polimeri, dopo il taglio e l allargamento delle fessure (routing) creando un cassonetto di espansione di circa 1,5 cm x 1,5 cm. Un altro intervento innovativo di manutenzione preventiva è quello denominato Regephalt di ringiovanimento della pavimentazione. Regephalt consiste nell impregnazione delle pavimentazioni mediante una speciale emulsione bituminosa ad alta modifica, in grado di ringiovanire la pavimentazione e di sigillare le micro fessure. La sigillatura e Regephalt fanno parte di un sistema di manutenzione preventiva e curativa di una superficie bituminosa, in grado di aumentare di 4 5 anni la vita della pavimentazione. Interventi di riqualifica strutturale Per migliorare ed adeguare la portanza di una struttura flessibile è fondamentale poter evitare di effettuare interventi profondi di ricostruzione che, coinvolgendo la riqualifica della fondazione e la conseguente stesa dell intero pacchetto degli strati bitumati, risultano penalizzanti sotto il profilo economico e ancor più dei tempi di intervento, che riducono l operatività del traffico aereo. Recenti ricerche condotte in campo internazionale [4], hanno dimostrato che l impiego di particolari griglie a fibra di vetro ad altissima resistenza (100 KPa a rottura) introdotte dopo una parziale scarifica degli strati bitumati, consente, in diverse circostanze, di sopperire a problemi di portanza della fondazione e del sottofondo. È quanto è stato appurato a Malta dall interpretazione dei risultati delle prove di portanza con HWD, mediante programmi di calcolo che consentono di prevedere l incremento della portanza (sul valore del PCN e della vita residua a fatica) dovuto alla presenza della griglia. Lo studio, condotto in collaborazione con la società francese 6D Solutions, ha consentito di elaborare soluzioni progettuali che prevedono la scarifica, nella maggior parte dei casi, di soli 10 cm di conglomerato bituminoso, la messa in opera di una griglia e la successiva stesa di un binder ad alto modulo dello spessore di 6 cm e di uno SMA ad alto modulo dello spessore di 4 cm. Il primo intervento, basato sulla nuova soluzione, che consente un risparmio di oltre il 60% dei costi rispetto ad un intervento tradizionale di ricostruzione, con tempi di lavorazione estremamente contenuti, è stato eseguito nell aprile 2011 sulla parte più critica del piazzale principale di sosta degli aeromobili (Apron 9). In fig. 13a viene riportata la fase di applicazione della griglia. Le miscele ad alto modulo di binder e SMA sono state progettate e controllate da Rodeco con un laboratorio mobile durante l applicazione. L aeroporto internazionale di Larnaka (Cipro) Il software, in questo caso, è stato applicato a livello di progetto e non a livello di rete, a differenza di quanto fatto per l aeroporto di Malta. La committente ha infatti individuato un area in cui svolgere approfondimenti mediante indagini di portanza (HWD), al fine di investigare le pavimentazioni che manifestavano segni di degrado. Eseguendo dunque le prove di HWD con passo 20 m, sono state investigate diverse aree, raccogliendo i dati utili per la realizzazione di un progetto manutentivo tale da soddisfare le esigenze dell ente gestore e garantire le necessarie caratteristiche di portanza e funzionalità delle pavimentazioni nel periodo dei prossimi anni. Le varie zone sono state suddivise in sezioni omogenee, basandosi sui seguenti parametri: D0, la deflessione misurata al centro della piastra di carico; SCI (Surface Curvature Index), il quale caratterizza gli strati superficiali della pavimentazione; BCI (Base Curvature Index), che caratterizza lo strato di base. Per ogni sezione, sono stati determinati i seguenti parametri, frutto del processo di backanalysis: Modulo elastico dello strato in conglomerato bituminoso a 20 C, e relativo spessore; Modulo elastico dello strato di fondazione, e relativo spessore; Modulo elastico dello strato di sottofondo; Modulo elastico dello strato equivalente; Vita residua a fatica; Overlay necessario per il ripristino delle caratteristiche di portanza della pavimentazione; Coefficienti ACN/PCN. In definitiva, l output dell elaborazione effettuata, è stato: Identificazione sezioni omogenee su cui intervenire; Anno di applicazione degli interventi di riabilitazione sulle sezioni omogenee; Tipo di intervento manutentivo applicato; Superficie totale di intervento; Costo unitario di intervento ( /m 2 ); Costo totale di intervento per ogni sezione omogenea; Costo totale suddiviso per anno di intervento; Costo complessivo sull arco temporale predefinito (non erano presenti vincoli di budget). Le soluzioni adottate, oltre una serie di interventi di manutenzione preventiva e curativa, consistono nella riqualifica della portanza mediante l impiego della stessa griglia utilizzata nell Aeroporto di Malta. Il software disponibile ha consentito di ottimizzare lo spessore di scarifica della pavimentazione e di individuare la profondità in cui inserire la griglia, con l obiettivo di ridurre i tempi ed i costi dell intervento, a parità di risultato finale. 7/2015

9 Definizione del quadro fessurativo dell area investigata 15. Suddivisione in Sample Units e calcolo del PCI 16. Suddivisione in Sample Units e calcolo del PCI - Aeroporto di Lamezia Terme L aeroporto internazionale di Lione Saint Exupéry Come per l Aeroporto di Larnaka, anche all Aeroporto di Lione è stato applicato il software a livello di progetto, su un area specifica scelta dall Ente Gestore. A differenza dei precedenti casi, il software è stato utilizzato in maniera mirata per la definizione del parametro PCI e per l identificazione degli ammaloramenti superficiali, con particolare attenzione rivolta alla quantità delle fessure (longitudinali, trasversali) e degli alligator cracking presenti sulla pavimentazione investigata. In questo caso, tramite la tecnologia ADE precedentemente descritta, è stato possibile determinare il quadro fessurativo della zona esaminata, stimando in maniera accurata i metri lineari totali delle fessure da sigillare, e i metri quadri delle zone da ripristinare localmente (fig. 14). Dopo aver suddiviso l area in Sample Unit, sono state stimati, per ogni classe di severità, le quantità degli ammaloramenti presenti, in particolare fessurazioni longitudinali e trasversali, alligator cracking, patching e raveling. Per ogni Sample Unit, è stato quindi calcolato il PCI. Su planimetria in formato cad e in formato tabellare excel, sono stati successivamente riportati tutti gli ammaloramenti presenti, in particolare le fessurazioni. È stato quindi redatto un progetto di riqualifica, basato soprattutto su interventi di manutenzione preventi va. L output dell elaborazione effettuata è stato il seguente: Identificazione delle Sample Units da manutenere (fig. 15); Anno di applicazione degli interventi di manutenzione preventiva sulle Sample Units, in funzione della prioritizzazione delle aree; Tipo di intervento manutentivo applicato; Superficie o lunghezza totale di intervento; Costo unitario di intervento ( /m 2 o /ml); Costo totale di intervento per ogni Sample Unit; Costo totale di intervento per ogni singolo anno. L aeroporto internazionale di Lamezia Terme In sintonia totale a quanto previsto nelle linee guida dell Enac, è in fase di avanzata implementazione la realizzazione di un completo PMS presso l Aeroporto di Lamezia Terme, che già disponeva non solo di una banca dati storica sulle caratteristiche funzionali e strutturali delle pavimentazioni, ma anche di una serie di dati essenziali sulle curve di degrado dei diversi parametri, soprattutto IRI e CAT, quest ultimo valutato mediante ricerche e studi eseguiti in collaborazione con l Università di Napoli [9]. Le indagini e i risultati del PMS di Lamezia Terme, in corso di completamento, saranno oggetto di una prossima pubblicazione scientifica. nn Riferimenti Bibliografici [1] Gianfranco Battiato, Khalid Mohammad Ibrahim Al Emadi, Paolo Liberati, Description et application du systeme de gestion routier (PMS) developpe pour l Etat du Qatar, XXII Congres Mondial Routier - C6 Comite sur la gestion routiere, Durban, Africa del sud, ottobre [2] Gianfranco Battiato, B.K. Larsen, Description and Application of RO.MA. (Road Evaluation and Pavement Management System), III International Conference on Bearing Capacity of roads and airfields, Trondheim, Norvegia, 3 5 luglio [3] Gianfranco Battiato, P.Ullidtz, B.K. Larsen, Verification of the analytical - empirical method of Pavement Evaluation based on FWD testing, 6 th International Conference on Structural Design of Asphalt Pavements Ann Arbor, [4] Jean Pierre Kerzreh, Jean Paul Michaut, Pierre Hornych, Enrobé armé de grille en fibre de verre - Test sur le manège de fatigue de l IFSTTAR, RGRA n. 890 dicembre 2010, gennaio [5] Gianfranco Battiato, Lorenzo Cosimi, Massimo Melis, Carla Lanati, La manutenzione programmata delle pavimentazioni aeroportuali, lestrade 6/2011, Sezione Tecnologie e Sistemi, pagg [6] Gianfranco Battiato, Lorenzo Cosimi, Development & Implementation of an Airport Pavement Management System, ICTTE, Belgrado, Serbia, novembre [7] Gianfranco Battiato, Implementation of the Rodeco PMS for the Optimization of Maintenance and Rehabilitation activities, presentazione nell ambito di Airport Pavement Management System New Technology for Preventive Maintenance and Rehabilitation, workshop presso Serbian Chamber of Engineers, Belgrado, Serbia, 16 giugno [8] Francesco Abbondati, Field Measurements on Runway Friction Decay Related to Rubber Deposits: the case study of Lamezia Terme International Airport, presentazione nell ambito di Airport Pavement Management System New Technology for Preventive Maintenance and Rehabilitation, workshop presso Serbian Chamber of Engineers, Belgrado, Serbia, 16 giugno [9] Mario De Luca, Gianluca Dell Acqua (2013, Runway surface friction characteristics assessment for Lamezia Terme airfield pavement management system, in Journal of air transport management, vol. 34, p. 1 5, ISSN: , doi: /j.jairtraman /2015 lestrade