RELAZIONE DI CALCOLO DELLA SOVRASTRUTTURA STRADALE

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2 RELAZIONE DI CALCOLO DELLA SOVRASTRUTTURA STRADALE 1

3 Sommario PREMESSA... 3 STATO DI FATTO PAVIMENTAZIONE ESISTENTE... 3 CONSIDERAZIONI DERIVANTI DAI SAGGI... 6 SCELTA E DIMENSIONAMENTO DELLA SOVRASTRUTTURA... 6 VERIFICA PACCHETTO STRADALE_ METODOLOGIA AASHTO... 7 RISULTATI CONFRONTO TRAFFICO SOPPORTABILE EQUIVALENTE W8,2 TON E TRAFFICO EQUIVALENTE N8,2 TON VERIFICA PACCHETTO STRADALE_ METODO EMPIRICO INGLESE SECONDO LA ROAD NOTE CONCLUSIONI

4 PREMESSA La presente relazione riporta la verifica della sovrastruttura che andrà a costituire la pavimentazione del nuovo piazzale che verrà adibito a parcheggio da realizzarsi nell area di proprietà ARST nel Comune di Isili e della pavimentazione del piazzale antistante la stazione. In generale si tratta di verificare le caratteristiche e dimensionare i tratti in cui dovrà essere realizzata della nuova pavimentazione in conglomerato bituminoso. La verifica che viene effettuata sulla base del metodo empiro-teorico riportato nell' "AASHTO GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENT STRUCTURES" basato sui risultati dell esperimento AASHTO. Oltretutto, per il calcolo della sovrastruttura stradale, si è fatto riferimento a due metodi empirici, basati sullo studio di strade sperimentali ossia: 1. Metodo del CBR; 2. Metodo empirico inglese secondo la Road Note 29 STATO DI FATTO PAVIMENTAZIONE ESISTENTE La progettazione è stata caratterizzata da una fase di indagine preliminare per definire lo stato di fatto. Infatti come evidenziato nella relazione tecnica illustrativa, la pavimentazione bituminosa nel piazzale antistante la stazione è interessata da fenomeni di ammaloramento e i continui ripristini non hanno risolto la situazione. Per tale motivo si è evidenziata la necessità di effettuare dei saggi per capire, in maniera dettagliata, le caratteristiche dei sottofondi costituenti la pavimentazione del piazzale antistante la stazione. In particolare si è ravvisata la necessità di verificare in questo tratto poiché in fase di progettazione definitiva era stata prevista esclusivamente il rifacimento degli strati superficiali (usura e binder). Le seguenti immagini mostrano le caratteristiche di due saggi effettuati nel piazzale: Saggio n.1 Il saggio n. 1 è stato effettuato al centro del piazzale antistante la stazione ed esattamente in corrispondenza dell ingresso degli autobus all area di ricovero. 3

5 La stratigrafia del primo saggio mostra le seguenti caratteristiche: lo strato superficiale (usura + binder) ha uno spessore di circa 9 cm lo strato di base risulta essere limitato a 5 cm e non presenta caratteristiche materiche atte ad assolvere il suo compito Non vi è la presenza di strato di fondazione ma vi è direttamente il terreno vegetale In particolare in quest area si evidenziano numerose problematiche relative all assenza di strato di fondazione e strato di base che hanno il compito fondamentale di sopportare senza deformazioni permanenti le sollecitazioni trasmesse dai veicoli e di avere un adeguata flessibilità 4

6 Saggio n.2 Il saggio n. 2 è stato effettuato sul lato sinistro, fronte strada, del piazzale antistante la stazione. 5

7 In quest area si evidenziano le stesse problematiche riconosciute nel saggio precedente. Infatti vi è assenza di strato di fondazione e strato di base che hanno il compito fondamentale di sopportare senza deformazioni permanenti le sollecitazioni trasmesse dai veicoli e di avere un adeguata flessibilità. Inoltre in questo tratto vi è un quantitativo di strato superficiale ancor meno spesso del precedente. CONSIDERAZIONI DERIVANTI DAI SAGGI Dalle caratteristiche del terreno si possono evidenziare le numerose problematiche che si sono susseguite nel corso degli anni nel piazzale antistante la stazione. Infatti il continuo transito dei veicoli, porta ad un deterioramento continuo della pavimentazione che non sopporta tali carichi in quanto risulta essere sprovvista di strati di fondazione e di base. L incremento dello strato superficiale attraverso continui cicli di stesura di conglomerato non risolve il problema e non garantisce la tenuta della struttura superficiale determinando buche, ragnatelature e crolli dissesti superciali. SCELTA E DIMENSIONAMENTO DELLA SOVRASTRUTTURA Per la pavimentazione del piazzale antistante la stazione, per la nuova area di parcheggio (lato stazione) e per il tratto dei golfi da realizzare, si è deciso di utilizzare una pavimentazione di tipo flessibile, costituita da uno strato di usura, uno di collegamento (binder), uno di base ed uno di fondazione. Gli strati superficiali devono avere elevata resistenza meccanica a compressione, flessione e taglio, elevata aderenza, devono essere impermeabili ed essere oggetto di scarse manutenzioni. Lo strato di base, invece, deve avere elevata resistenza ai 6

8 fenomeni di fatica e all ormaiamento. Lo strato di fondazione trasferisce i carichi al terreno e funge da filtro per la risalita di materiali fini Strato di usura Lo strato d usura è quello più superficiale della pavimentazione, quello soggetta all usura dovuta al traffico ed esposto agli agenti atmosferici. La sua funzione è quella di sopportare carichi e sollecitazioni, offrire aderenza ed impermeabilizzare gli strati sottostanti. E realizzato in conglomerato bituminoso le cui caratteristiche dipendono dalle proprietà degli elementi che lo compongono. Strato di collegamento (binder) Lo strato di collegamento in conglomerato bituminoso ha la funzione di collegamento tra lo strato di base e quello di usura. Strato di base Lo strato di base ha la funzione di sopportare senza deformazioni permanenti le sollecitazioni trasmesse dai veicoli e di avere un adeguata flessibilità per resistere, sotto gli stessi carichi, a qualunque eventuale assestamento del sottofondo. In particolare deve resistere ai fenomeni di fatica, all ormaiamento e, prevalentemente, alle sollecitazioni di trazione. Strato di fondazione Lo strato di fondazione ha due funzioni principali: ripartire i carichi sul terreno e fungere da filtro per evitare la risalita di particelle fini. E composto da stabilizzato granulometrico cioè da una miscela di aggregati lapidei eventualmente corretta con l aggiunta o la sottrazione di determinate frazioni granulometriche per migliorarne le proprietà fisico-meccaniche. Il misto granulare è costituito da aggregati grossi e fini. VERIFICA PACCHETTO STRADALE_ METODOLOGIA AASHTO Structural Number_SN Lo structural number SN è un parametro che tiene conto della resistenza strutturale della pavimentazione e dipende da: - spessori degli strati si; (in cm); - resistenza di ciascun strato del pacchetto, espressa attraverso i coefficienti strutturali di strato ai (n puro); - sensibilità all acqua di ogni strato espressa tramite i coefficienti di drenaggio mi. Con riferimento: 7

9 agli spessori = al pacchetto previsto per la pavimentazione del parcheggio dell area antistante il piazzale, la nuova area di parcheggio e i box di fermata degli autobusarst; per i coefficienti strutturali di strato ai = ai monogrammi dell'aashto GUIDE ed a quanto riportato sul testo Corpo stradale e pavimentazioni di Paolo Ferrari e Franco Giannini; ed assegnando, per i coefficienti di drenaggio mi i valori: mi = 1 per strati legati con bitume; mi = 0,98 per gli strati della fondazione legati; si ottiene il seguente valore SN Strato Spessore strato ai mi SNi Usura 3 0, ,29 Binder 7 0, ,66 Tout venant 20 0, ,6 Fondazione 25 0,200 0,98 5 SN = 14, Affidabilità e indice PSI Il metodo dell'aashto prevede che venga tenuto conto dell'affidabilità delle soluzioni (ossia della loro probabilità di sopravvivenza al termine della vita utile) e dell'indice di funzionalità PSI che assume valori compresi tra 5 (pavimentazioni in ottime condizioni) e 0 (pavimentazione in pessime condizioni). Per tener conto delle imperfezioni costruttive il PSI iniziale viene assunto pari a 4,2 mentre per il PSI finale si assumono i seguenti valori (si veda Bollettino CNR n. 178 del 1995): - 2,5 = strade extraurbane principali e secondarie a forte traffico (affidabilità 90%); - 2,0 = strade di quartiere e locali (affidabilità 90%) Nello specifico per la pavimentazione della nuova area di parcheggio si assumono i valori seguenti: - PSI iniziale = 4,2 - PSI finale = 2, Traffico commerciale_tn Per il calcolo del traffico commerciale TN relativo alle comunali si deve considerare: - Vita utile = 20 anni (corrispondente al numero di anni durante i quali la pavimentazione deve assicurare condizioni di funzionalità > del PSIfinale = 2,0 ); 8

10 - TGM totale (valor medio giornaliero) = veicoli/gg. (si è ipotizzato un valore importante in modo da non sottodimensionare il nuovo parcheggio e le nuove aree di transito. Anche se all interno dell area di parcheggio e nel piazzale antistante la stazione abbiamo una quantità limitata di auto); - R (tasso d'incremento annuo di traffico) = si ipotizza un tasso del 3,00%; - po (% veicoli commerciali sulla corsia di marcia) = 5% (calcolata sulla base dei dati di rilievo di traffico sopra menzionati) - pd (% traffico nel senso di marcia) - (%) = 100,00 - pl (% veicoli commerciali sulla corsia di marcia) - (%) = 100,00 - po (% veicoli commerciali) - (%) = 5,00 - n giorni (a cui si riferisce il valore del TGM tot) = 365 n vca = TGM tot * Po * Pi * Pd * 365 = T N = T 20 = n vca (((1+R)^ N) -1)/ R) = Traffico equivalente_n 8,2 ton Una volta determinato il n di veicoli commerciali TN transitanti sino alla fine della vita utile fissata in N= 20 anni, si calcola, secondo il criterio fissato dalla AASHTO, il traffico convertito in assi standard equivalenti (80 kn = 8,2 ton) tramite la relazione: N 8,2 = TN x C SN In questo caso si è utilizzato un valore di C SN pari a 2,12605 scaturito da esperienze su strade vicinali. Si è voluto tener conto di questo valore in modo da dimensionare il tutto, per eccesso. N 8,2 = TN x C SN = Traffico sopportabile equivalente_w 8,2 ton Si procede quindi al calcolo del traffico sopportabile W 8,2 (ton ) mediante l'applicazione della seguente formula proposta dalla AASHTO: log W 8,2 = 8, W8,2 =

11 RISULTATI CONFRONTO TRAFFICO SOPPORTABILE EQUIVALENTE W8,2 TON E TRAFFICO EQUIVALENTE N8,2 TON TRAFFICO SOPPORTABILE W8, TRAFFICO EQUIVALENTE N 8, TRAFFICO SOPPORTABILE W 8,2 > TRAFFICO EQUIVALENTE N 8,2 Da cui il pacchetto di progetto previsto per il parcheggio risulta: VERIFICATO VERIFICA PACCHETTO STRADALE_ METODO EMPIRICO INGLESE SECONDO LA ROAD NOTE 29 È un metodo diretto che consente il dimensionamento della sovrastruttura stradale in funzione del CBR del sottofondo e del numero di passaggi standard di un asse standard da 8,2 t sulla corsia di progetto durante la vita utile. Posto: n = 20 (vita utile della sovrastruttura espressa in anni) T 1 = 50 (traffico medio giornaliero) N m = 2 (numero medio di assi per veicolo) T e = 0,3 (coefficiente di equivalenza globale per assi standard da 8,2 t) Si ottiene il numero di passaggi standard di un asse standard da 8,2 t sulla corsia di progetto durante la vita utile della sovrastruttura, applicando la seguente formula: N e = 365 * T 1 * N m * T e * n = = 2,19*10 5 Si determina quindi il valore dello spessore della fondazione S3 in funzione del numero di passaggi e del parametro caratteristico del CBR, utilizzando il monogramma 7-23 (Ferrari - Giannini Vol. 2) dal quale si ricava con un CBR 7, uno spessore della fondazione di 9 cm. 10

12 Diagramma per la determinazione dello spessore della strato di fondazione, Road Note 29 Si individua quindi lo spessore dello strato superficiale, che successivamente andrà separato in binder ed usura, in funzione del numero di passaggi di assi standard da 8,2t, e del tipo di materiale impiegato nella costruzione, si ottiene utilizzando il monogramma 7-25 (Ferrari - Giannini Vol. 2), uno strato superficiale S 1 di 6 cm Diagramma per la determinazione dello spessore della strato di base e di quello superficiale, Road Note 29 11

13 Analisi dei risultati: la pavimentazione di progetto Confrontando i risultati dei due metodi semiempirici per ciascuno strato della sovrastruttura si ottiene: Metodo Semiempirico Strati CBR Road Note Usura+Collegamento 7,78 6 Fondazione 27,22 9 Analizzando i risultati per ciascuno strato, effettuando la scelta per lo strato di maggior spessore costituito dai migliori materiali, si ottiene la pavimentazione di progetto: - strato di fondazione: 27,22 cm - strato di collegamento + usura: 7,78 cm CONCLUSIONI Le considerazioni effettuate nel presente studio mostrano il dimensionamento e la verifica effettuata con delle metodologie consolidate a livello internazionale, dettate dall esperienza e dagli studi effettuati in precedenza. In particolare si sottolinea che le metodologie empiriche (Road Note) rappresentano un contributo importante per il dimensionamento ma non per questo essenziale e unico. Per tale motivo sarà compito della direzione lavori e dalle circostanze che si presentano durante le lavorazioni capire la migliore soluzione progettuale relativamente agli spessori da utilizzare nei vari strati che costituiscono la pavimentazione del nuovo parcheggio da realizzarsi. Per tale motivo le metodologie empiriche utilizzate rappresentano una base di partenza e un punto da cui partire, ma anche una soglia di sicurezza che si deve comunque garantire durante la realizzazione della pavimentazione. 12