REGIONE PUGLIA Comune di Modugno (Ba) Riqualificazione urbana di aree degradate presso il Quartiere S. Cecilia INDICE

Transcript

1

2 INDICE 1. OGGETTO SCOPO PROGETTO ESECUTIVO CARATTERISTICHE DEL CORPO STRADALE Qualificazione dei materiali CARATTERISTICHE DELLE PAVIMENTAZIONI E CALCOLO DELLA STRUTTURA STRADALE PROCEDURA DI CALCOLO DELLA PAVIMENTAZIONE - METODO AASHO INTERIM GUIDE

3 1. OGGETTO Il presente elaborato costituisce il progetto esecutivo relativo ai lavori di del Comune di Modugno. 2

4 2. SCOPO Scopo del presente elaborato è quello di indicare le caratteristiche tecniche delle opere stradali relativamente ai lavori di del Comune di Modugno. 3

5 3. PROGETTO ESECUTIVO 3.1. CARATTERISTICHE DEL CORPO STRADALE Il corpo stradale, si realizza attraverso movimenti di materie con l apertura di trincee e la costruzione di rilevati. Si distinguono, più in generale, nei movimenti di materie le seguenti lavorazioni: smacchiamento generale (taglio di alberi arbusti e cespugli, estirpazioni delle radici), nonché lo scoticamento e la rimozione del terreno vegetale (o a rilevante contenuto di sostanza organica); gli scavi di sbancamento per l apertura della sede stradale in trincea, per la predisposizione dei piani di appoggio dei rilevati e per le opere di pertinenza stradali; gli scavi a sezione ristretta per le predisposizioni impiantistiche e per le condotte delle reti di smaltimento delle acque meteoriche; la formazione dei rilevati, compreso lo strato superiore di questi su cui poggia la pavimentazione stradale (sottofondo); l esecuzione di riempimenti o rinterri in genere; I movimenti di materie si eseguiranno con l impiego di apparecchiature meccaniche specializzate per lo scavo, il trasporto, la stesa ed il costipamento. In relazione alle caratteristiche geomeccaniche dei terreni sul posto, è opportuno utilizzare il materiale proveniente dagli scavi per la formazione dei rilevati o per altre sistemazioni territoriali connesse all infrastruttura. Non si esclude, allo stesso tempo, la possibilità di reperire materiale da cave di prestito poste nelle vicinanze. I materiali sciolti da utilizzare per la costruzione dei rilevati saranno qualificati e classificati secondo quanto riportato nella norma CNR-UNI 10006/63 Costruzione e manutenzione delle strade - Tecnica di impiego delle terre, sintetizzata nella tabella che segue. 4

6 Nella formazione dei rilevati saranno utilizzati in ordine di priorità, i materiali sciolti dei gruppi A1, A2-4, A2-5, A3 e, quindi, A2-6 ed A2-7. Per le terre appartenenti ai gruppi A4, A5, A6 ed A7 si deve valutare se adoperarle con le cautele appresso descritte, se prevederne un trattamento, ovvero se portarle a rifiuto. I materiali impiegati, qualunque sia il gruppo di appartenenza, saranno del tutto esenti da sostanze organiche, vegetali e da elementi solubili o comunque instabili nel tempo Qualificazione dei materiali Con riferimento alla verifica del progetto, ai sensi dell art. 131 del DPR 554/99, ed alle lavorazioni per la formazione del corpo stradale in trincea ed in rilevato, sarà stilato preventivamente un programma dettagliato dei movimenti di materia, e sarà eseguita un indagine conoscitiva sulle più idonee modalità di esecuzione dei relativi lavori basata su sperimentazione o prove in vera grandezza. Detta indagine si articolerà come segue: rilievo geometrico diretto dell andamento morfologico del terreno in corrispondenza delle sezioni di progetto e di altre eventuali sezioni intermedie integrative (rilievo di prima pianta); rilievo, attraverso pozzetti stratigrafici, dello spessore di ricoprimento vegetale; identificazione della natura e dello stato delle terre (provenienti dalle cave di prestito) per la valutazione dell attitudine al particolare impiego, prevedendo le seguenti prove di laboratorio: granulometria e limiti di Atterberg, per la classificazione secondo la norma CNR-UNI 10006/63; contenuto d acqua naturale (CNR-UNI 10008/63) e consistenza; costipamento AASHO Standard e/o Modificato (CNR69/78) al variare del contenuto d acqua, con individuazione della densità massima del secco (ρs max) e dell umidità ottimale di costipamento (W opt ); analisi granulometriche comparative, prima e dopo la prova di costipamento, limitatamente ai materiali per i quali si sospetta la presenza di componenti fragili o instabili; indice di portanza CBR, secondo modalità di prova che tengano conto della destinazione del materiale, dei rischi di imbibizione da venute d acqua (gravitazionale e/o di capillarità) e del prevedibile grado di addensamento. Per valutare gli effetti delle variazioni di umidità e del grado d addensamento sulla portanza degli strati realizzati, la Direzione dei lavori, in relazione alle esigenze di posa in opera ed anche ai fini dei controlli di portanza (cfr ), ha la facoltà di richiedere lo studio CBR completo, a diverse energie ed umidità di costipamento, secondo la norma SN670320b. Per le rocce evolutive devono essere determinate inoltre: 5

7 la resistenza a compressione semplice su cubetti e la relativa massa volumica; la perdita di peso alla prova Los Angeles (CNR 34/73) determinata preferibilmente per la classe A CARATTERISTICHE DELLE PAVIMENTAZIONI E CALCOLO DELLA STRUTTURA STRADALE In questo paragrafo si discuterà delle caratteristiche degli strati costituenti la pavimentazione adottata per l'infrastruttura in oggetto. Poiché essa è caratterizzata da un uso intensivo e continuativo, si è ritenuto opportuno adottare una soluzione progettuale caratterizzata da un elevata vita utile di esercizio di almeno venticinque anni che richieda una manutenzione ridotta, in grado di limitare al massimo gli interventi di ripristino quindi il disturbo alle attività interne alle aree di deposito ed alla viabilità di servizio inclusa nell'ambito della infrastruttura. Le considerazioni ed i calcoli di seguito riportati fanno riferimento alla vigente normativa del settore ed alle istruzioni tecniche nonché ai bollettini pubblicati dal CNR- UNI ed in particolare modo CNR B.U. Norme Tecniche A. XXIX N. 178, "Catalogo delle Pavimentazioni Stradali", nonché alle recanti indicazioni progettuali emesse dalla Direzione Centrale ANAS di Roma. Il metodo usato per la verifica della pavimentazione è quello empirico sviluppato dall AASHO Interim Guide. La pavimentazione adottata in tutte le aree in scavo e rilevato, dell'intervento interessate dal traffico veicolare è caratterizzata dalla seguente successione di strati: Strato di fondazione...25 cm; Strato bituminoso di base...10 cm; Strato bituminoso di collegamento (Bynder)...7 cm; Tappetino di usura...3 cm. Il dimensionamento di una qualsiasi struttura richiede la previsione dei carichi che questa dovrà sopportare durante la sua vita utile. Nel caso stradale, questa previsione richiede la determinazione di un parametro in evoluzione quale è il traffico veicolare ed in particolare modo del traffico veicolare pesante. Poiché l'eterogeneità del traffico veicolare è abbastanza elevata, è necessario, per semplicità, equiparare i vari tipi di asse ad un unico asse di riferimento (ESA Equivalent Standard Axle) mediante l'utilizzo di opportuni fattori di equivalenza (EF Equivalent Factor) rapportando gli effetti prodotti dai vari tipi di veicoli ad una sola tipologia di carico. I fattori di equivalenza dipendono in generale dalla composizione della pavimentazione multistrato, dalla temperatura di calcolo e dalle velocità di progetto. 6

8 Una volta omogeneizzati in ESA i carichi che agiscono su una determinata pavimentazione stradale, sarà possibile poi confrontare il numero totale di tali assi standard (NESA) con quelli che la pavimentazione è in grado di sopportare nell arco dell intera vita utile (NMAX). Di ogni asse si considera un solo gruppo di ruote e si determina in primo luogo la deformazione massima orizzontale alla base degli strati bituminosi (ε s ) conseguente al carico standard e quindi il numero massimo di ripetizioni ammissibili attraverso l'utilizzo della legge di fatica : 1 β K N s = ( ) [2-1] ε s E possibile compiere la stessa operazione per ogni tipo di carico, per ogni temperatura ed al limite per ogni velocità dei veicoli determinando in questo modo il numero di ripetizioni ammissibili. Il coefficiente di equivalenza per il j-esimo carico viene definito dal rapporto tra il numero di ripetizioni di questo carico ammesse dalla sovrastruttura in esame (Nj) e il numero di passaggi ammissibili dell'asse standard (Ns); poiché le costanti K e ε presenti nella legge di fatica non dipendono dal tipo di carico ma dalle caratteristiche del conglomerato bituminoso e degli altri componenti della sovrastruttura stradale, è possibile esprimere il coefficiente di equivalenza (EFj) mediante la relazione: 1 β N ε s j EF j = = ( ) [2-2] N ε j s La vita utile in funzione dell'asse standard (NESA) viene quindi calcolata utilizzando la seguente sommatoria dove m corrisponde al numero di tipologie di carico considerate. N = EF N [2-3] ESA j= 1, m j j A questo punto è possibile, come in questo caso, calcolare la struttura in funzione di un unica tipologia di carico. Per calcolare la struttura in funzione di un unico carico di riferimento è necessaria la determinazione del coefficiente di equivalenza totale rispetto ad un certo carico (EF TOT ), attraverso i seguenti passi: 7

9 A) determinazione delle percentuali delle singole tipologie di veicoli pj; B) determinazione, per i soli veicoli commerciali (tara >15 KN), del coefficiente di equivalenza del singolo veicolo (EFj) determinato come somma dei coefficienti di equivalenza dei singoli assi dello stesso (o coppia di assi nel caso di assi tandem ovvero terna di assi nel caso di tre assi); C) determinazione del coefficiente di equivalenza totale (EF) riferito alle m tipologie di veicoli commerciali transitanti sulla sovrastruttura dato dalla sommatoria: EF da cui è possibile calcolare N TOT ESA = j= 1, m p EF j j [2-4] = EF TGM [2-5] TOT A questo punto è possibile attuare la verifica a fatica della sovrastruttura che dovrà soddisfare la relazione: NESA NMAX [2-6] eventualmente con un determinato coefficiente di sicurezza. Ai fini del calcolo dei carichi di progetto i veicoli presi in considerazione sono quelli cosiddetti commerciali. Il peso dell asse standard preso inizialmente in considerazione per effettuare la trasformazione è pari a 81.6 kn. Tabella 2-3: Fattori di equivalenza in riferimento all'asse da 81.6 KN Peso dell'asse singolo (KN) E.F. (fattore di equivalenza) E.F. di assi tandem (72+72) (80+80) (*) Per gli assi tandem il fattore di equivalenza corrisponde a 1.38 volte l'e.f. di un asse singolo Nella Tabella 2-3 sono riportati i fattori di equivalenza necessari per il calcolo degli assi standard equivalenti all asse da 81.6 KN. In riferimento alla composizione del traffico di progetto sono state fatte alcune ipotesi semplificative: la classe costituita da veicoli leggeri non è stata considerata nel calcolo degli assi standard equivalenti, in quanto praticamente ininfluente; i veicoli commerciali leggeri (cat. 2) sono stati considerati con la percentuale totale rilevata del 12%, i veicoli pesanti (percentuale totale 6%) sono stati ipotizzati 5% con 3 assi (cat. 6) e 1% con 5 assi (cat. 10). Inoltre 8

10 sulla corsia di marcia lenta, quella maggiormente sollecitata, si è ipotizzato il transito del 90% dei mezzi Commerciali e Pesanti. Per tutti i veicoli considerati è necessaria una ripartizione del peso sui vari assi di cui il veicolo è composto. Per questa ripartizione si è utilizzata la tabella 2.2 che riporta il numero degli assi ed il peso su ciascuno di essi considerando il veicolo a pieno carico. E quindi possibile schematizzare il peso su ciascun asse di ogni categoria di veicolo nella situazione a pieno carico e a mezzo carico (vedi Tabella 2-4) e poi calcolare il numero di assi standard equivalenti attraverso i fattori di equivalenza della Tabella 2-5. Infine, per quel che riguarda la percentuale dei veicoli a pieno carico e quella dei veicoli a mezzo carico, sono stati considerati a favore della sicurezza: il 60% del totale dei veicoli a pieno carico il 30 % dei veicoli a mezzo carico il 10% dei veicoli scarichi. Si trascurano gli effetti legati al transito dei veicoli leggeri e di quelli pesanti scarichi. Tipo di veicolo Carico su ciascun asse (KN) Autocarri leggeri (cat. 2) a pieno carico a mezzo carico 8 15 Autocarri a 3 assi (cat 6) a pieno carico a mezzo carico Autotreni a 5 assi (cat 10) a pieno carico a mezzo carico Tabella 2-4: distribuzione dei carichi sugli assi per categoria di veicolo Tipo di veicolo Fattore di equivalenza (E.F.) in ogni asse E.F. Totale per veicolo Autocarri leggeri (cat. 2) a pieno carico a mezzo carico Autocarri a 3 assi (cat 6) a pieno carico a mezzo carico Autotreni a 5 assi (cat 10) a pieno carico a mezzo carico Tabella 2-5: fattori di equivalenza (E.F.) A partire dalla distribuzione del traffico in termini di categorie di veicoli, in seguito al calcolo di E.F. per categoria di veicoli e nelle diverse condizioni di carico, è possibile ricavare il fattore di equivalenza complessivo denominato E.F.. Noto questo valore si 9

11 ricava il numero di assi standard equivalenti da 81.6 KN (8,2 ton) che gravano sul tratto di progetto: N 2025 E. S. A.(81.6KN ) percorsiadiprogetto = 340 E. F. 81.6KN TGM i(0 24) i= x 0.3 x ,72* 10 6 (110,72 milioni di assi equivalenti) 10

12 3.3. PROCEDURA DI CALCOLO DELLA PAVIMENTAZIONE - METODO AASHO INTERIM GUIDE Questo metodo empirico, elaborato negli USA sulla base dei risultati del l AASHO Road test è basato su una serie di relazioni fra l Indice di spessore e la quantità di ripetizioni di carico da parte di assi, singoli o binati, diversamente caricati. Step 1 Si calcola l indice di spessore ovvero il principale parametro di dimensionamento della pavimentazione, mediante la relazione I s = a 1 s 1 + a 2 s 2 + a 3 s 3 [cm] Is=9,39 [cm] Gli ai sono i coefficienti di equivalenza dei materiali e rappresentano l attitudine specifica di ogni materiale a contribuire alla resistenza complessiva della pavimentazione e sono riportati in Tabella 2.6 sulla base della conoscenza del valore della stabilità Marshall o del CBR (Californian Bearing Ratio). I valori dedotti dalla Tabella 2.6 ed usati nella relazione 2-7 sono quelli corrispondenti alle caratteristiche e prestazioni dei materiali impiegati in progetto. 11

13 Step 2 Il valore dell indice di funzionalità PSI, che durante le sperimentazioni è stato messo in correlazione (con appropriata metodologia statistica) con il numero di passaggi di determinati assi, varia da 5 (pavimentazioni in ottime condizioni) a 1,5 (pavimentazioni totalmente dissestata). È così possibile valutare quantitativamente l influenza della fatica, cioè il numero delle ripetizioni di carichi, sulla vita utile delle sovrastrutture stradali, mediante la relazione: PSI iniz β = PSI A (N / ρ) [2-8] dove A è una costante che misura la differenza fra il PSI iniziale e quello che si ha quando si ritiene che la pavimentazione sia ammalorata. Mentre ρ e β sono due funzioni dell indice di spessore della sovrastruttura e dei carichi: ( L + L ) β = [2-9] ( I / s ) L2 I s ρ = lg( + 1) 4.79 lg( L1 + L2 ) lg( L2 ) [2-10] 2.5 dove L1 è il carico agente sull asse o sulla coppia di assi tandem che si considerano (espresso in migliaia di libbre), L2 è un termine che assume il valore 1 se l asse è singolo, 2 se si tratta di una coppia di assi tandem, e Is è l indice di spessore della pavimentazione calcolato con la 2-7. Ai fini progettuali si fa riferimento a due valori limite di tale parametro: all inizio della vita utile viene assunto pari a 4,2, per tenere conto delle inevitabili imperfezioni costruttive, mentre il valore finale viene scelto in funzione delle caratteristiche dell infrastruttura. Nel caso specifico, poiché le imperfezioni della pavimentazione non costituiscono pericolo per la circolazione stradale come può avvenire su di una infrastruttura per traffico veicolare corrente, si assume un coefficiente finale pari a 2. Si calcola il fattore A, che dipende dal PSI: A PSI i PSI = 2.2 = f Sostituendo i valori di A e di PSIi nella [2-8], questa diviene: PSIi PSI f lg = β (lg N lg ρ) [2-11] A Se nella [2-9] e nella [2-10] si pone L1=21,95 libbre (equivalente all'asse da 100 kn) e L2=2 dalla [2-11] si ottiene: Log N=5,6594 avendo assunto ai fini della sicurezza un PSIf pari a 3 e avendo inserito il valore di Is calcolato con la [2-7]. 12

14 Step 3 Qualora il sottofondo utilizzato sia di verso da quello utilizzato dall AASHO Road Test, si può ottenere il numero di N che provoca il raggiungimento del PSI assegnato mediante la relazione: lg N = lg N ( S i S o ) [2-12] I coefficienti di supporto Si e So relativamente al sottofondo usato e quello della prova AASHO. Il valore standard So è pari a 3 al quale corrisponde una portanza del sottofondo CBR=3. Quello di Si si ricava dalla figura 2.1 in funzione delle caratteristiche di portanza del sottofondo (considerato pari a 3 ai fini altamente cautelativi dal momento che la nuova struttura presenta dei tratti sia rilevato che in trincea). Portanza del sottofondo utilizzato nel calcolo CBR = 6.5 Coefficiente di supporto corrispondente Si = 10 Sostituendo i valori di Si e S0 nella [2-12] si ottiene: lg N=8,2634 Step 4 In condizioni ambientali diverse da quelle della prova AASHO il numero di passaggi N(R) che dà luogo al fissato valore Pf del PSI è dato da: ( R) N N t = [2-13] R Dove R è un fattore climatico regionale, che per la zona in questione viene assunto pari a 1. Risulta quindi 13

15 Step 5 finale ( R) 6 N MAX = = ( 183,39 milioni di assi equivalenti ) N Si verifica che il volume di traffico di progetto è minore del numero di passaggi ricavato da: Np<N (assi da 100kN) ovvero NESA NMAX ovvero: NESA = 110,72 x 10 6 < NMAX = 183,39 x 10 6 La pavimentazione di progetto nel tratto più caricato pertanto è ampiamente verificata con un coefficiente di sicurezza (margine a fatica) pari a circa 2.42 nelle condizioni di traffico a fine vita utile (25 anni dall apertura in esercizio). 14