insegnamento di progetto di infrastrutture viariedietcad.unipv.it/corsi/pdiv/15 - sovrastrutture -...

InsegnamentoInsegnamentodidi

Progetto di Infrastrutture viarieProgetto di Infrastrutture viarieOpere in terraOpere in terra

Caratteristiche di un terrenoCaratteristiche di un terrenoCompressibilitCompressibilitàà e costipamento delle terree costipamento delle terrePortanza sottofondi e fondazioni stradaliPortanza sottofondi e fondazioni stradali

InstabilitInstabilitàà del corpo stradaledel corpo stradale

GallerieGallerie

SoprastruttureSoprastruttureMateriali e miscele stradali Materiali e miscele stradali

Sovrastrutture stradaliSovrastrutture stradaliCenni di calcolo delle sovrastruttureCenni di calcolo delle sovrastrutture

Sovrastruttura ferroviariaSovrastruttura ferroviaria

Impianti stradaliImpianti stradaliAree di sostaAree di sosta

Dimensionamento della sovrastruttura Dimensionamento della sovrastruttura (1)(1)

Progettare una sovrastruttura stradaleProgettare una sovrastruttura stradale (pavimentazione) significa (pavimentazione) significa dimensionare dimensionare i suoi elementi (strati)i suoi elementi (strati) e e definire le caratteristiche dei materiali componentidefinire le caratteristiche dei materiali componenti con con ll’’obiettivo di obiettivo di ottenere una certa durataottenere una certa durata nel tempo. In particolare:nel tempo. In particolare:La sua La sua vita utilevita utile èè intesa come il numero di anni durante il quale la intesa come il numero di anni durante il quale la pavimentazione deve assicurare, attraverso normali opere di manupavimentazione deve assicurare, attraverso normali opere di manutenzione, tenzione, condizioni di funzionalitcondizioni di funzionalitàà superiori allo stato limite (livello minimo di funzionalitsuperiori allo stato limite (livello minimo di funzionalitààal di sotto del quale al di sotto del quale èè necessario intervenire). necessario intervenire). La sua La sua affidabilitaffidabilitàà invece invece èè la probabilitla probabilitàà che essa sia in grado di assicurare, che essa sia in grado di assicurare, con normali operazioni di manutenzione, condizioni di circolaziocon normali operazioni di manutenzione, condizioni di circolazione superiori ne superiori allo stato limite, per lallo stato limite, per l’’intera durata della sua vita utile.intera durata della sua vita utile.

Il progetto di una sovrastruttura si effettua Il progetto di una sovrastruttura si effettua assegnandoassegnando numero e spessori degli numero e spessori degli stratistrati, le , le caratteristiche dei materialicaratteristiche dei materiali e verificando che tale configurazione, e verificando che tale configurazione, sottoposta alle azione del traffico e degli agenti atmosferici, sottoposta alle azione del traffico e degli agenti atmosferici, soddisfi gli obiettivi soddisfi gli obiettivi specifici (vita utile e affidabilitspecifici (vita utile e affidabilitàà).).EE’’ quindi un quindi un problema di verificaproblema di verifica e gli approcci progettuali (metodi) disponibili e gli approcci progettuali (metodi) disponibili sono di tipo sono di tipo empiricoempirico, , razionalerazionale o o a mezzo cataloghi di sovrastrutturea mezzo cataloghi di sovrastrutture..

________________(1)(1) R, Di Martini R, Di Martini -- P. Giannattasio P. Giannattasio -- V. Nicolosi, V. Nicolosi, ““La sovrastruttura per strade e aeroportiLa sovrastruttura per strade e aeroporti”” In In ““Manuale di Ingegneria Manuale di Ingegneria CivileCivile”” Volume 3, Zanichelli/ESAC, Bologna, 1996.Volume 3, Zanichelli/ESAC, Bologna, 1996.

Progetto di Infrastrutture viarie Progetto di Infrastrutture viarie

Carichi e trafficoCarichi e trafficoI carichi per le pavimentazioni sono costituiti dai veicoli tranI carichi per le pavimentazioni sono costituiti dai veicoli transitanti che con il loro sitanti che con il loro passaggio esercitano delle pressioni sullpassaggio esercitano delle pressioni sull’’area di contatto (tra pneumatico e area di contatto (tra pneumatico e superficie pavimentata). Lsuperficie pavimentata). L’’area di contatto area di contatto AA èè funzione della pressione di gonfiaggio funzione della pressione di gonfiaggio del pneumatico del pneumatico pp e del carico gravante su queste del carico gravante su quest’’ultimo ultimo PP. Per l. Per l’’equilibrio della ruota equilibrio della ruota deve valere ldeve valere l’’equivalenza: equivalenza: A = P / pA = P / p . In figura 1 sono riportate rispettivamente l. In figura 1 sono riportate rispettivamente l’’area area dd’’impronta approssimata e le aree dimpronta approssimata e le aree d’’impronta equivalenti (rettangolare e circolare).impronta equivalenti (rettangolare e circolare).Il tipo di traffico considerato Il tipo di traffico considerato èè quello dei veicoli commerciali con massa lorda (massa quello dei veicoli commerciali con massa lorda (massa veicolo + massa trasportata) superiore alle 3 t, composto da divveicolo + massa trasportata) superiore alle 3 t, composto da diverse tipologie erse tipologie veicolari cosveicolari cosìì come riportato in figura 2.come riportato in figura 2.Il numero totale di passaggi di ciascuna categoria veicolare Il numero totale di passaggi di ciascuna categoria veicolare VVkk durante la vita utile, durante la vita utile, viene valutato in base al volume ed alla composizione del traffiviene valutato in base al volume ed alla composizione del traffico transitante nonchco transitante nonchééalla sua distribuzione nei due sensi di marcia e nelle varie coralla sua distribuzione nei due sensi di marcia e nelle varie corsie presenti:sie presenti:

NNVVk k = = ∑∑∑∑∑∑∑∑ (1 + G) (1 + G) jj --1 1 x px p k k / 100 x V/ 100 x Vgg x D x C x 365x D x C x 365

j=1j=1dove: dove: NN èè la vita utile espressa in anni, la vita utile espressa in anni, GG èè il prevedibile tasso dil prevedibile tasso d’’incremento annuo incremento annuo del traffico, del traffico, ppkk èè la percentuale di veicoli kla percentuale di veicoli k--esimi rispetto al volume di traffico esimi rispetto al volume di traffico commerciale, commerciale, VVgg èè il volume del traffico commerciale, il volume del traffico commerciale, DD èè il fattore di distribuzione il fattore di distribuzione direzionale (per traffico equamente distribuito 0,5), direzionale (per traffico equamente distribuito 0,5), C C èè il fattore di distribuzione per il fattore di distribuzione per corsia (% di veicoli presenti sulla corsia picorsia (% di veicoli presenti sulla corsia piùù lenta), lenta), 365365 èè il numero di giorni in un il numero di giorni in un anno.anno.


Aree dAree d ’’ impronta approssimata e equivalentiimpronta approssimata e equivalenti


Composizione del traffico commercialeComposizione del traffico commercialeProgetto di Infrastrutture viarie Progetto di Infrastrutture viarie

Asse standardAsse standardNelle pavimentazioni stradati flessibili Nelle pavimentazioni stradati flessibili èè verosimile supporre che il regime di verosimile supporre che il regime di sollecitazione prodotto da un asse di un veicolo non risenta delsollecitazione prodotto da un asse di un veicolo non risenta delle azioni esercitate le azioni esercitate dagli altri assi dello stesso veicolo che si trovano ad una distdagli altri assi dello stesso veicolo che si trovano ad una distanza maggiore di 2 m.anza maggiore di 2 m.Pertanto si può considerare un Pertanto si può considerare un numero limitato di classi di assinumero limitato di classi di assi caratterizzati dalla caratterizzati dalla loro tipologia: assi singoli (S), tandem (T) o tridem (TR) ed illoro tipologia: assi singoli (S), tandem (T) o tridem (TR) ed il carico da loro carico da loro trasmesso globalmente (generalmente distano tra loro di circa 13trasmesso globalmente (generalmente distano tra loro di circa 135 cm). Il numero di 5 cm). Il numero di passaggi di ciascuna delle classi di assi individuate passaggi di ciascuna delle classi di assi individuate nn ii viene valutato con la seguente viene valutato con la seguente relazione:relazione: nn i i = = ∑∑∑∑∑∑∑∑ (V(Vkk xx mm ikik ))

kk

dove: dove: VVk k èè in numero di veicoli della tipologia kin numero di veicoli della tipologia k--esima, esima, mm ikik èè il numero di assi dellil numero di assi dell’’ii--esima classe presenti nel veicolo della tipologia kesima classe presenti nel veicolo della tipologia k--esima e esima e k k sono le tipologie di sono le tipologie di veicoli di cui veicoli di cui èè composto il traffico commerciale transitante.composto il traffico commerciale transitante.Introducendo unIntroducendo un’’ulteriore approssimazione, in alcuni casi, si fa riferimento al ulteriore approssimazione, in alcuni casi, si fa riferimento al numero numero di passaggi di una sola classe di asse di passaggi di una sola classe di asse nnss, detto , detto asse standardasse standard (equivalente all(equivalente all’’intero intero traffico commerciale transitante), ai fini della perdita di funztraffico commerciale transitante), ai fini della perdita di funzionalitionalitàà indotta nella indotta nella sovrastruttura. Attraverso un sovrastruttura. Attraverso un coefficiente dcoefficiente d’’equivalenzaequivalenza (tra le classi di assi presenti (tra le classi di assi presenti e le l’’asse standard) si ottiene unasse standard) si ottiene un’’omogeneizzazione, per cui : omogeneizzazione, per cui : nnss = = ∑∑∑∑∑∑∑∑ (n(n ii xx eeii)), dove:, dove:

iii i sono le classi di assi, sono le classi di assi, nn ii èè il numero di passaggi per la classe iil numero di passaggi per la classe i--esima e esima e eei i èè il il coefficiente dcoefficiente d’’equivalenza tra assi standard e assi della iequivalenza tra assi standard e assi della i--esima classe.esima classe.


Portanza del sottofondoPortanza del sottofondoIl sottofondo Il sottofondo èè la porzione di ammasso terroso sottostante la pavimentazione la porzione di ammasso terroso sottostante la pavimentazione stradale, nel quale i carichi trasmessi dai veicoli producono unstradale, nel quale i carichi trasmessi dai veicoli producono una variazione a variazione apprezzabile dello stato tensionale e deformativo. apprezzabile dello stato tensionale e deformativo. La capacitLa capacitàà portante portante èè la resistenza che i sottofondi presentano nei confronti delle la resistenza che i sottofondi presentano nei confronti delle deformazioni e quindi deve essere in grado di:deformazioni e quindi deve essere in grado di:•• garantire ungarantire un’’adeguata azione di sostentamento della pavimentazione,adeguata azione di sostentamento della pavimentazione,•• assicurare lassicurare l’’assenza di cedimenti permanenti di entitassenza di cedimenti permanenti di entitàà tale da compromettere tale da compromettere ll’’integritintegritàà e la funzionalite la funzionalitàà della pavimentazione.della pavimentazione.•• consentire, in fase costruttiva, il passaggio dei mezzi di canconsentire, in fase costruttiva, il passaggio dei mezzi di cantiere ed il costipamento tiere ed il costipamento degli strati sovrastanti.degli strati sovrastanti.A seconda del tipo di pavimentazione e del metodo di calcolo cheA seconda del tipo di pavimentazione e del metodo di calcolo che si intende si intende adoperare, la portanza viene caratterizzata mediante uno o piadoperare, la portanza viene caratterizzata mediante uno o piùù parametri come parametri come riportato in figura 3. In figura 4 invece sono riportate le relariportato in figura 3. In figura 4 invece sono riportate le relazioni (di larga zioni (di larga approssimazione) tra i parametri maggiormente utilizzati per la approssimazione) tra i parametri maggiormente utilizzati per la valutazione della valutazione della capacitcapacitàà portante dei sottofondi.portante dei sottofondi.La capacitLa capacitàà portante del sottofondo di una sovrastruttura stradale di solitportante del sottofondo di una sovrastruttura stradale di solito si o si presenta variabile, sia lungo lo sviluppo dellpresenta variabile, sia lungo lo sviluppo dell’’asse stradale, sia nel tempo, a causa asse stradale, sia nel tempo, a causa delle variazioni geologiche, dello stato di addensamento e delldelle variazioni geologiche, dello stato di addensamento e dell’’umiditumiditàà del terreno e del terreno e dei fattori climatici. Pertanto dei fattori climatici. Pertanto èè necessario operare una scelta del valore (o valori in necessario operare una scelta del valore (o valori in caso di variabilitcaso di variabilitàà stagionale) da considerare nella progettazione.stagionale) da considerare nella progettazione.


CapacitCapacit àà portante dei sottofondi: parametri utilizzatiportante dei sottofondi: parametri utilizzatiProgetto di Infrastrutture viarie Progetto di Infrastrutture viarie

Relazioni tra i parametri utilizzatiRelazioni tra i parametri utilizzatiProgetto di Infrastrutture viarie Progetto di Infrastrutture viarie

Condizioni climaticheCondizioni climaticheLe condizioni climatiche influenzano il regime di sollecitazioneLe condizioni climatiche influenzano il regime di sollecitazione che si ha nelle che si ha nelle pavimentazioni stradali in quanto:pavimentazioni stradali in quanto:•• la portanza del sottofondo la portanza del sottofondo èè modificata dalle precipitazioni meteoriche e dai cicli di modificata dalle precipitazioni meteoriche e dai cicli di gelo e disgelo,gelo e disgelo,•• influenzano le caratteristiche dei materiali (per effetto dellinfluenzano le caratteristiche dei materiali (per effetto delle temperature sui diversi e temperature sui diversi strati).strati).•• inducendo variazioni termiche e quindi sollecitazioni.inducendo variazioni termiche e quindi sollecitazioni.Il primo aspetto influenzerIl primo aspetto influenzeràà la scelta di valori di portanza del sottofondo funzione la scelta di valori di portanza del sottofondo funzione della stagione delldella stagione dell’’anno, gli altri invece riguarderanno gli strati della pavimentazanno, gli altri invece riguarderanno gli strati della pavimentazione.ione.Il regime termico che sIl regime termico che s’’instaura infatti nella sovrastruttura dipende, sia da scambi di instaura infatti nella sovrastruttura dipende, sia da scambi di calore per calore per conduzione tra strati della pavimentazione e sottofondoconduzione tra strati della pavimentazione e sottofondo, sia da scambi di , sia da scambi di calore per calore per convezione ed irraggiamento con lconvezione ed irraggiamento con l’’ambiente esternoambiente esterno. Gli scambi di calore . Gli scambi di calore con lcon l’’ambiente esterno, a loro volta, dipendono dai fattori climatici ambiente esterno, a loro volta, dipendono dai fattori climatici quali la quali la temperatura delltemperatura dell’’aria aria TTaa, dalla velocit, dalla velocitàà del vento del vento VV e dalle dall’’intensitintensitàà delldell’’irraggiamento irraggiamento solare solare IIrr. In figura 5 vengono forniti alcuni dati climatologici per il t. In figura 5 vengono forniti alcuni dati climatologici per il territorio italiano.erritorio italiano.In letteratura esistono diversi metodi di valutazione dellIn letteratura esistono diversi metodi di valutazione dell’’andamento delle andamento delle temperature nelle pavimentazioni. Di seguito si riporta untemperature nelle pavimentazioni. Di seguito si riporta un’’espressione, valida per espressione, valida per pavimentazioni flessibili e semirigide (formula di Marchionna) epavimentazioni flessibili e semirigide (formula di Marchionna) e sintesi di sintesi di interpretazioni sperimentali: interpretazioni sperimentali: TTpavpav (z) = (1,467 + 0,043 z )+ (1,362 (z) = (1,467 + 0,043 z )+ (1,362 -- 0,005 z) T0,005 z) Tamam, con , con TTamam temperatura media mensile o stagionale delltemperatura media mensile o stagionale dell’’aria (aria (°°C).C).


Dati climatologici per il territorio italianoDati climatologici per il territorio italiano


Caratteristiche dei materiali 1Caratteristiche dei materiali 1I metodi per la verifica ed il proporzionamento delle pavimentazI metodi per la verifica ed il proporzionamento delle pavimentazioni stradali ioni stradali richiedono la conoscenza delle proprietrichiedono la conoscenza delle proprietàà dei diversi materiali utilizzati per il dei diversi materiali utilizzati per il confezionamento dei diversi elementi (strati e piastre). In figuconfezionamento dei diversi elementi (strati e piastre). In figura 6 sono riportati i ra 6 sono riportati i parametri richiesti e caratterizzanti le diverse pavimentazioni.parametri richiesti e caratterizzanti le diverse pavimentazioni. Tra questi:Tra questi:Modulo di elasticitModulo di elasticitàà e rapporto di Poissone rapporto di Poisson::Per Per gli strati costituiti da conglomerati bituminosigli strati costituiti da conglomerati bituminosi si fa riferimento al si fa riferimento al modulo modulo complesso ed al rapporto complesso di Poissoncomplesso ed al rapporto complesso di Poisson. Per gli strati in misti cementati in . Per gli strati in misti cementati in figura 7 si riportano alcuni valori indicativi del modulo di elafigura 7 si riportano alcuni valori indicativi del modulo di elasticitsticitàà EEss e si ricorda che e si ricorda che il rapporto di Poisson può essere assunto paria a circa 0,25. Ilil rapporto di Poisson può essere assunto paria a circa 0,25. Il modulo elastico di modulo elastico di progetto delle pavimentazioni rigide (piastre), in mancanza di mprogetto delle pavimentazioni rigide (piastre), in mancanza di misure dirette (norma isure dirette (norma UNI 6556/1976), si può valutare, in funzione della resistenza cuUNI 6556/1976), si può valutare, in funzione della resistenza cubica caratteristica bica caratteristica RRckck , con la seguente relazione: , con la seguente relazione: E = C (RE = C (Rckck ))1/21/2 [MPa] o [N/mm[MPa] o [N/mm22], dove C= 5700 ], dove C= 5700 (norme italiane: DM 9/1/1996) e per i calcestruzzi il rapporto d(norme italiane: DM 9/1/1996) e per i calcestruzzi il rapporto di Poisson può essere i Poisson può essere assunto pari a 0,15assunto pari a 0,15--0,20. Per gli 0,20. Per gli strati in misto granulare non legatistrati in misto granulare non legati si fa si fa generalmente riferimento al generalmente riferimento al modulo resilientemodulo resiliente MMr r (tensione applicata/deformazione (tensione applicata/deformazione restituita) o alrestituita) o al modulo di reazione modulo di reazione K K al di sopra dello strato di fondazione. In al di sopra dello strato di fondazione. In generale gli Mgenerale gli Mrr sono compresi tra 50 e 210 Mpa per i misti naturali e tra 55 e 4sono compresi tra 50 e 210 Mpa per i misti naturali e tra 55 e 420 20 Mpa per i misti granulari di frantumazione e per pavimentazioni Mpa per i misti granulari di frantumazione e per pavimentazioni stradali stradali èè bene bene utilizzare K inferiori a 120 Mpa/m. Il rapporto di Poisson per mutilizzare K inferiori a 120 Mpa/m. Il rapporto di Poisson per misti granulari assume isti granulari assume in genere valori compresi tra 0,2 e 0,5.in genere valori compresi tra 0,2 e 0,5.


Parametri caratteristici delle pavimentazioni strad aliParametri caratteristici delle pavimentazioni strad ali


Valori indicativi del EValori indicativi del E s s per misti cementatiper misti cementati


Caratteristiche dei materiali 2Caratteristiche dei materiali 2Resistenza alla faticaResistenza alla fatica::Tale parametro di resistenza Tale parametro di resistenza èè utilizzato, nel dimensionamento delle pavimentazioni utilizzato, nel dimensionamento delle pavimentazioni stradali con i metodi razionali, per valutare il danno prodotto stradali con i metodi razionali, per valutare il danno prodotto dal ripetersi delle dal ripetersi delle sollecitazioni (tensioni e deformazioni) causate dal passaggio dsollecitazioni (tensioni e deformazioni) causate dal passaggio dei veicoli. Eei veicoli. E’’ possibile, possibile, attraverso attraverso leggi di fatica, leggi di fatica, rappresentare il legame esistente tra il valore della massima rappresentare il legame esistente tra il valore della massima deformazione, o tensione, e il numero di ripetizioni della stessdeformazione, o tensione, e il numero di ripetizioni della stessa che produce la a che produce la fessurazione. Tali relazioni possono essere determinate o fessurazione. Tali relazioni possono essere determinate o sperimentalmente sperimentalmente (sottoponendo il materiale a prove di laboratorio)(sottoponendo il materiale a prove di laboratorio) o facendo ricorso a o facendo ricorso a metodi metodi previsionaliprevisionali. . Per i conglomerati bituminosiPer i conglomerati bituminosi VerstraeetenVerstraeeten propone una propone una legge di fatica legge di fatica di tipo previsionale di tipo previsionale in cui il in cui il numero di ripetizioni che producono lnumero di ripetizioni che producono l’’innesco della innesco della fessurazionefessurazione NNII dipende dalla dipende dalla deformazione di trazione massima che si verifica nello deformazione di trazione massima che si verifica nello stratostrato εεεεεεεεxx, dalla , dalla percentuale di bitumepercentuale di bitume VVbb, dalla , dalla percentuale in volume dei vuoti percentuale in volume dei vuoti VVvv e da e da un un coefficientecoefficiente ΓΓΓΓΓΓΓΓ che dipendente dal tipo di bitume usato (1,25 per i bitumi di piche dipendente dal tipo di bitume usato (1,25 per i bitumi di piùù largo largo impiego in Italia) e la cui espressione impiego in Italia) e la cui espressione èè: : log log NNI I = [ log (= [ log ( ΓΓΓΓΓΓΓΓ x x VVbb/ V/ Vb b + V+ Vvv) log ) log εεεεεεεεxx ]] . . Analogamente Analogamente per i misti granulari con leganti idrauliciper i misti granulari con leganti idraulici: : log N = log N = ββββββββ(1(1-- σσσσσσσσ/R/Rff)), dove , dove σσσσσσσσ èè la la tensione massima di trazione che produce la fessurazione dopo untensione massima di trazione che produce la fessurazione dopo un numero numero NN di di ripetizioni di carico, ripetizioni di carico, RRf f èè la resistenza media alla rottura a flessione dopo 90 giorni di la resistenza media alla rottura a flessione dopo 90 giorni di maturazione e maturazione e ββββββββ èè un parametro che dipende dal tipo e composizione della miscelaun parametro che dipende dal tipo e composizione della miscela(per misto cementato: 12). Per (per misto cementato: 12). Per conglomerati cementiziconglomerati cementizi: : log N = flog N = f 11 -- 17,6117,61((σσσσσσσσ/R/RTFTF)), , ff1 1 èèun coefficiente di affidabilitun coefficiente di affidabilitàà e e RRTFTF èè la tensione di rottura a flessione (al 1la tensione di rottura a flessione (al 1°° ciclo).ciclo).


Caratteristiche dei materiali 3Caratteristiche dei materiali 3Resistenza alle deformazioni permanentiResistenza alle deformazioni permanenti::Per i conglomerati bituminosiPer i conglomerati bituminosi tale resistenza tale resistenza èè espressa da relazioni (grafiche o analitiche) che espressa da relazioni (grafiche o analitiche) che legano il numero di ripetizioni di un determinato stato tensionalegano il numero di ripetizioni di un determinato stato tensionale alla deformazione specifica le alla deformazione specifica irreversibile che esso produce. Tali relazioni si ottengono dai irreversibile che esso produce. Tali relazioni si ottengono dai risultati delle prove di Creep Dinamico risultati delle prove di Creep Dinamico e vengono utilizzate nei metodi razionali di progetto delle pavie vengono utilizzate nei metodi razionali di progetto delle pavimentazioni, per valutare lmentazioni, per valutare l’’entitentitàà delle delle irregolaritirregolaritàà superficiali generate dallsuperficiali generate dall’’accumulo delle deformazioni permanenti (ormaie). Il valore accumulo delle deformazioni permanenti (ormaie). Il valore della deformazione specifica permanente dipende, per ciascuna spdella deformazione specifica permanente dipende, per ciascuna specifica miscela, oltre che ecifica miscela, oltre che dalldall’’entitentitàà, dalla frequenza e dal numero di ripetizioni dello stato tensio, dalla frequenza e dal numero di ripetizioni dello stato tensionale, anche dalla nale, anche dalla temperatura. Il CRR (temperatura. Il CRR (Centre de Recherches RoutiersCentre de Recherches Routiers) propone, a livello previsionale, la seguente ) propone, a livello previsionale, la seguente espressione: espressione: εεεεεεεεp p = A (N / f x 10= A (N / f x 10 33) ) B B , dove , dove εεεεεεεεp p èè lala deformazionedeformazione specifica permanente dopo specifica permanente dopo NN cicli di cicli di carico, carico, f f èè la frequenza della sollecitazione [Hz], B la frequenza della sollecitazione [Hz], B èè un coefficiente dipendente dalle caratteristiche un coefficiente dipendente dalle caratteristiche della miscela (varia tra 0.14 e 0,35, normalmente 0,25), della miscela (varia tra 0.14 e 0,35, normalmente 0,25), A =A = H (H (σσσσσσσσ11 -- σσσσσσσσ33) / | E*|) / | E*| con con HH dato da: dato da: VVLL/ / (V(VLL++ VVvv)) e generalmente pari a 115, e generalmente pari a 115, σσσσσσσσ11 tensionetensione verticaleverticale,, σσσσσσσσ33 tensione tensione orizzontale media di orizzontale media di confinamentoconfinamento e e |E*| |E*| èè il valore assoluto del modulo complesso del conglomerato bitumiil valore assoluto del modulo complesso del conglomerato bituminoso (per noso (per date condizioni di temperatura e di frequenza).date condizioni di temperatura e di frequenza).Le deformazioni permanenti che si hanno negli strati delle pavimLe deformazioni permanenti che si hanno negli strati delle pavimentazioni costituiti da misto entazioni costituiti da misto granulare non legato di solito vengono trascurate, anche se in agranulare non legato di solito vengono trascurate, anche se in alcuni casi il loro ordine di grandezza lcuni casi il loro ordine di grandezza èè paragonabile a quelle che hanno luogo negli strati in conglomerparagonabile a quelle che hanno luogo negli strati in conglomerato bituminoso. A questo ato bituminoso. A questo proposito si propone lproposito si propone l’’espressione di espressione di DescornetDescornet: : εεεεεεεεpp(N) = (N) = εεεεεεεεpp(1) x N(1) x Nαααααααα, dove , dove εεεεεεεεpp(N) (N) ee εεεεεεεεpp(1) (1) sono le sono le deformazioni permanenti dopo N e 1 ciclo di carico e deformazioni permanenti dopo N e 1 ciclo di carico e αααααααα = S (= S (εεεεεεεεrr/ / σσσσσσσσ33)) con con εεεεεεεεr r deformazione verticale deformazione verticale reversibile, reversibile, σσσσσσσσ33 tensione tensione orizzontale di confinamento, orizzontale di confinamento, SS costante funzione del tipo di materiale (40 costante funzione del tipo di materiale (40 per misti granulari e 60 per ghiaia naturale).per misti granulari e 60 per ghiaia naturale).EE’’ opportuno ricordare che anche nei sottofondi possono esistere dopportuno ricordare che anche nei sottofondi possono esistere deformazioni permanenti.eformazioni permanenti.


Caratteristiche dei materiali 4Caratteristiche dei materiali 4Resistenza a rotturaResistenza a rottura::Indica la qualitIndica la qualitàà dei materiali nei metodi empirici di progetto delle pavimentazidei materiali nei metodi empirici di progetto delle pavimentazioni ed oni ed attraverso i suoi valori attraverso i suoi valori èè possibile prevedere, per alcune tipologie di materiali, i possibile prevedere, per alcune tipologie di materiali, i valori assunti dal modulo di elasticitvalori assunti dal modulo di elasticitàà..Nei conglomerati bituminosiNei conglomerati bituminosi la resistenza a rottura viene misurata o con prove a la resistenza a rottura viene misurata o con prove a trazione indiretta o con prove convenzionali (trazione indiretta o con prove convenzionali (MarshallMarshall).).Nei conglomerati cementiziNei conglomerati cementizi la resistenza a rottura viene misurata attraverso prove di la resistenza a rottura viene misurata attraverso prove di compressione semplice (solo per la classificazione), prove di flcompressione semplice (solo per la classificazione), prove di flessione e prove a essione e prove a trazione indiretta (dette trazione indiretta (dette prove brasilianeprove brasiliane). Il rapporto tra la resistenza alla trazione ). Il rapporto tra la resistenza alla trazione indiretta indiretta σσσσσσσσTI TI e la resistenza alla flessione e la resistenza alla flessione σσσσσσσσTFTF assume indicativamente il valore di assume indicativamente il valore di 0,86. Valori approssimati della resistenza media alla trazione 0,86. Valori approssimati della resistenza media alla trazione per flessione possono per flessione possono ricavarsi dalla resistenza alla compressione caratteristica su pricavarsi dalla resistenza alla compressione caratteristica su provini cubici con la rovini cubici con la relazione (DM 9/1/1996): relazione (DM 9/1/1996): RRTFTF = 0.324 (R= 0.324 (Rckck

22))1/31/3 [Mpa].[Mpa].Nelle miscele legate con leganti idrauliciNelle miscele legate con leganti idraulici, la resistenza a rottura in Italia , la resistenza a rottura in Italia èè misurata misurata con prove di compressione semplice o di trazione indiretta; per con prove di compressione semplice o di trazione indiretta; per i misti cementati il i misti cementati il rapporto tra la resistenza alla trazione per flessione e quella rapporto tra la resistenza alla trazione per flessione e quella indiretta vale circa 1,1.indiretta vale circa 1,1.Nei misti granulari non legati Nei misti granulari non legati in Italia vi in Italia vi èè la consuetudine di valutarne la resistenza a la consuetudine di valutarne la resistenza a rottura attraverso la prova convenzionale CBR.rottura attraverso la prova convenzionale CBR.


Caratteristiche dei materiali 5Caratteristiche dei materiali 5

Parametri termoigrometriciParametri termoigrometrici::I coefficienti di dilatazione o contrazione dei conglomerati ceI coefficienti di dilatazione o contrazione dei conglomerati cementizi per effetti mentizi per effetti termici ed igrometrici (ritiro) sono utilizzati nella progettazitermici ed igrometrici (ritiro) sono utilizzati nella progettazione razionale delle one razionale delle pavimentazioni rigide per valutare le sollecitazioni indotte dalpavimentazioni rigide per valutare le sollecitazioni indotte dalle distorsioni che si le distorsioni che si verificano nelle piastre di calcestruzzo a causa delle variazionverificano nelle piastre di calcestruzzo a causa delle variazioni di temperatura i di temperatura (uniformi e/o variabili con la profondit(uniformi e/o variabili con la profonditàà) e della stagionatura.) e della stagionatura.Il Il coefficiente di dilatazione termica dei calcestruzzicoefficiente di dilatazione termica dei calcestruzzi dipende sostanzialmente dipende sostanzialmente dal tipo di aggregati che lo compongono. In figura 8 sono riportdal tipo di aggregati che lo compongono. In figura 8 sono riportati, per alcuni tipi ati, per alcuni tipi di aggregato, i valori del coefficiente di dilatazione termica.di aggregato, i valori del coefficiente di dilatazione termica.Il Il ritiroritiro dei conglomerati cementizi dipende dalla maturazione della pastdei conglomerati cementizi dipende dalla maturazione della pasta di a di cemento per cui la sua entitcemento per cui la sua entitàà èè influenzata dal rapporto acqua / cemento, influenzata dal rapporto acqua / cemento, mentre la sua evoluzione nel tempo dipende dalla superficie specmentre la sua evoluzione nel tempo dipende dalla superficie specifica esposta ifica esposta (superficie esposta / volume totale) e dalle condizioni climatic(superficie esposta / volume totale) e dalle condizioni climatiche del sito he del sito (temperatura ed umidit(temperatura ed umiditàà delldell’’aria). In figura 9 vengono riportati i valori aria). In figura 9 vengono riportati i valori approssimati della deformazione specifica approssimati della deformazione specifica εεεεεεεεr r da ritiro per i conglomerati da ritiro per i conglomerati cementizi dopo 28 giorni di maturazione al variare della resistecementizi dopo 28 giorni di maturazione al variare della resistenza alla trazione nza alla trazione indiretta Rti forniti dallindiretta Rti forniti dall’’AASHTO in quanto la resistenza a rottura per trazione AASHTO in quanto la resistenza a rottura per trazione indiretta indiretta éé anchanch’’essa influenzata dal rapporto essa influenzata dal rapporto acqua / cemento.acqua / cemento.


Valori del coefficiente di dilatazione termica Valori del coefficiente di dilatazione termica e valori approssimati di e valori approssimati di εεεεεεεεr r al variare dial variare di RRtiti


Metodi di dimensionamentoMetodi di dimensionamentoLL’’approccio empiricoapproccio empirico utilizza, nella definizione degli elementi della sovrastrutturautilizza, nella definizione degli elementi della sovrastruttura in in progetto, i risultati derivanti da esperienze su circuiti di proprogetto, i risultati derivanti da esperienze su circuiti di prova o in strade in esercizio va o in strade in esercizio di cui, attraverso metodi statistici, si individuano le relaziondi cui, attraverso metodi statistici, si individuano le relazioni tra numero di veicoli i tra numero di veicoli (assi) transitati, caratteristiche strutturali della pavimentazi(assi) transitati, caratteristiche strutturali della pavimentazione (qualitone (qualitàà dei materiali, dei materiali, spessore degli strati, ecc.), portanza del sottofondo e decadimespessore degli strati, ecc.), portanza del sottofondo e decadimento delle qualitnto delle qualitààfunzionali (regolaritfunzionali (regolaritàà, aderenza, ecc.) esistenti., aderenza, ecc.) esistenti.Con Con ll’’approccio razionaleapproccio razionale si costruisce un modello della pavimentazione in grado di si costruisce un modello della pavimentazione in grado di riprodurre nel miglior modo possibile il funzionamento meccanicoriprodurre nel miglior modo possibile il funzionamento meccanico delle struttura che delle struttura che viene utilizzato per determinare lo stato tensionale e deformativiene utilizzato per determinare lo stato tensionale e deformativo nei diversi strati e vo nei diversi strati e nel terreno di sottofondo. Tensioni e deformazioni trovate permenel terreno di sottofondo. Tensioni e deformazioni trovate permettono poi, sulla base ttono poi, sulla base delle leggi che descrivono il comportamento dei materiali, di efdelle leggi che descrivono il comportamento dei materiali, di effettuare la verifica fettuare la verifica della sovrastruttura.della sovrastruttura.Un ausilio alla progettazione delle nuove sovrastrutture stradalUn ausilio alla progettazione delle nuove sovrastrutture stradali i èè fornito anche dai fornito anche dai Cataloghi delle pavimentazioniCataloghi delle pavimentazioni che suggeriscono un ventaglio di soluzioni progettuali che suggeriscono un ventaglio di soluzioni progettuali in funzione di un numero limitato di parametri iniziali. Il Catain funzione di un numero limitato di parametri iniziali. Il Catalogo italiano delle logo italiano delle Pavimentazioni Stradali, come quelli di altri paesi, Pavimentazioni Stradali, come quelli di altri paesi, èè uno strumento duno strumento d’’uso immediato, uso immediato, i dati di dati d’’ingresso necessari infatti riguardano: la ingresso necessari infatti riguardano: la tipologia della stradatipologia della strada (si fa riferimento (si fa riferimento alla classificazione funzionale del CdS), la alla classificazione funzionale del CdS), la portanza del sottofondoportanza del sottofondo (presenta valori (presenta valori di buona, media e scarsa portanza), ldi buona, media e scarsa portanza), l’’entitentitàà del traffico pesantedel traffico pesante: sono considerati 6 : sono considerati 6 livelli di traffico. In figura 10 livelli di traffico. In figura 10 èè riportata la scheda del catalogo per una strada riportata la scheda del catalogo per una strada extraurbana secondaria F.extraurbana secondaria F.


Scheda Catalogo n. 4F Scheda Catalogo n. 4F -- Strade extraurbane secondarieStrade extraurbane secondarieProgetto di Infrastrutture viarie Progetto di Infrastrutture viarie

Dimensionamento delle pavimentazioni flessibili e s emirigideDimensionamento delle pavimentazioni flessibili e s emirigideProgetto di Infrastrutture viarie Progetto di Infrastrutture viarie

LL’’approccio razionaleapproccio razionale delle pavimentazioni flessibili e semirigide prevededelle pavimentazioni flessibili e semirigide prevede::a)a) Si devono determinare per i periodi climatici uniformi le Si devono determinare per i periodi climatici uniformi le temperature medietemperature medie, diurne , diurne e notturne, e notturne, degli strati di della sovrastrutturadegli strati di della sovrastruttura (o per approssimazione giornaliere),(o per approssimazione giornaliere),b)b) Nota la velocitNota la velocitàà media di percorrenza dellmedia di percorrenza dell’’infrastruttura viaria, si valuta la infrastruttura viaria, si valuta la frequenza della sollecitazione indotta nei vari stratifrequenza della sollecitazione indotta nei vari strati,,c)c) In base alla frequenza della sollecitazione ed alle temperatureIn base alla frequenza della sollecitazione ed alle temperature che si verificano, si che si verificano, si calcolano, per ciascun periodo temporale individuato (ad esempiocalcolano, per ciascun periodo temporale individuato (ad esempio: inverno/notte), : inverno/notte), le le caratteristiche pseudocaratteristiche pseudo--elastiche elastiche (modulo complesso d(modulo complesso d’’elasticitelasticitàà e rapporto e rapporto complesso di Poisson) complesso di Poisson) degli strati costituiti da miscele legate con bitumedegli strati costituiti da miscele legate con bitume e si e si valutano le valutano le caratteristiche elastiche degli strati composti da altre miscelecaratteristiche elastiche degli strati composti da altre miscele (le cui (le cui proprietproprietàà non variano con la temperatura e la frequenza),non variano con la temperatura e la frequenza),d)d) Attraverso indagini di traffico sAttraverso indagini di traffico s’’individuano le individuano le tipologie di assi transitantitipologie di assi transitanti e per e per ciascuna di esse le ciascuna di esse le aree daree d’’impronta dei pneumatici e la pressione di contattoimpronta dei pneumatici e la pressione di contatto,,e)e) Noti carichi e caratteristiche dei materiali, si effettua Noti carichi e caratteristiche dei materiali, si effettua ll’’analisi in campo elastico analisi in campo elastico della sovrastrutturadella sovrastruttura attraverso i metodi di calcolo strutturale (multistrato elasticattraverso i metodi di calcolo strutturale (multistrato elastico o o o elementi finiti) elementi finiti) per ciascuna delle tipologie di assi transitantiper ciascuna delle tipologie di assi transitanti (maggior (maggior approssimazione) o approssimazione) o per lper l’’asse standardasse standard (minor approssimazione).(minor approssimazione).Noto lo stato tensionale e deformativo, si effettuano le verificNoto lo stato tensionale e deformativo, si effettuano le verifiche di funzionalithe di funzionalitàà (per (per fenomeni di fatica e per per effetto delle deformazioni permanenfenomeni di fatica e per per effetto delle deformazioni permanenti). In figura 11 ti). In figura 11 èèraffigurato il diagramma di flusso per il dimensionamento delle raffigurato il diagramma di flusso per il dimensionamento delle pavimentazioni pavimentazioni flessibili e semirigide.flessibili e semirigide.

Diagramma di flusso per il dimensionamento Diagramma di flusso per il dimensionamento delle pavimentazioni flessibili e semirigidedelle pavimentazioni flessibili e semirigide


Dimensionamento delle pavimentazioni rigideDimensionamento delle pavimentazioni rigideIl progettoIl progetto delle pavimentazioni rigide, sia con giunti che con armatura condelle pavimentazioni rigide, sia con giunti che con armatura continua, si presenta pitinua, si presenta piùùcomplesso in quanto complesso in quanto èè necessario definire un numero maggiore di elementi come risultanecessario definire un numero maggiore di elementi come risulta dal quadro dal quadro sinottico riportato in figura 12 e relativo alle pavimentazioni sinottico riportato in figura 12 e relativo alle pavimentazioni rigide con giunti (PRG) e alle rigide con giunti (PRG) e alle pavimentazioni rigide ad armatura continua (PRAC) .pavimentazioni rigide ad armatura continua (PRAC) .Nel Nel calcolo razionale delle pavimentazioni rigide con giunticalcolo razionale delle pavimentazioni rigide con giunti si procede alle seguenti verifiche: 1) si procede alle seguenti verifiche: 1) verifica dello spessore della piastra e delle sue dimensioniverifica dello spessore della piastra e delle sue dimensioni (distanza tra giunti di contrazione (distanza tra giunti di contrazione trasversali e longitudinali) in relazione ai fenomeni di rotturatrasversali e longitudinali) in relazione ai fenomeni di rottura, per fatica o per superamento della , per fatica o per superamento della resistenza limite del materiale, indotti dalle azioni congiunte resistenza limite del materiale, indotti dalle azioni congiunte dei carichi (traffico e peso proprio) e dei carichi (traffico e peso proprio) e delle variazioni termiche (uniformi e gradienti); 2) delle variazioni termiche (uniformi e gradienti); 2) verifica dei giunti di contrazione trasversaliverifica dei giunti di contrazione trasversali(distanziamento giunti, distanziamento e diametro delle barre di(distanziamento giunti, distanziamento e diametro delle barre di compartecipazione) al fine di compartecipazione) al fine di garantire la ripartizione delle azioni tra le piastre e di evitagarantire la ripartizione delle azioni tra le piastre e di evitare fenomeni di erosione e di rottura del re fenomeni di erosione e di rottura del calcestruzzo; 3) calcestruzzo; 3) verifica dei giunti di contrazione longitudinali verifica dei giunti di contrazione longitudinali (dimensionamento e diametro dei ferri (dimensionamento e diametro dei ferri di legatura) al fine di garantire la trasmissione degli sforzi tdi legatura) al fine di garantire la trasmissione degli sforzi tra le piastre contigue ra le piastre contigue (compartecipazione).(compartecipazione).Nel Nel calcolo razionale delle pavimentazioni rigide ad armatura contincalcolo razionale delle pavimentazioni rigide ad armatura continuaua si procede invece alla: 1) si procede invece alla: 1) verifica dello spessore della piastraverifica dello spessore della piastra in relazione ai fenomeni a rottura, per fatica o per superamentin relazione ai fenomeni a rottura, per fatica o per superamento o della resistenza limite del materiale, indotti dalle azioni congdella resistenza limite del materiale, indotti dalle azioni congiunte dei carichi (traffico e peso proprio) iunte dei carichi (traffico e peso proprio) e delle variazioni termiche (uniformi e gradienti); 2) e delle variazioni termiche (uniformi e gradienti); 2) verifica dellverifica dell’’entitentitàà delldell’’armatura longitudinalearmatura longitudinale da da inserire nella pavimentazione per controllare il distanziamento inserire nella pavimentazione per controllare il distanziamento e le l’’apertura delle fessure e garantire apertura delle fessure e garantire quindi le dimensioni in pianta delle piastre e la compartecipaziquindi le dimensioni in pianta delle piastre e la compartecipazione tra le stesse.one tra le stesse.Nelle figure successive 13, 14 e 15 sono rispettivamente riportaNelle figure successive 13, 14 e 15 sono rispettivamente riportate: Rappresentazione degli effetti te: Rappresentazione degli effetti prodotti da gradienti di temperatura, Posizioni tipiche di un asprodotti da gradienti di temperatura, Posizioni tipiche di un asse singolo per le verifiche, Schema di se singolo per le verifiche, Schema di piastra in corrispondenza di un giunto.piastra in corrispondenza di un giunto.


Verifiche delle pavimentazioni rigideVerifiche delle pavimentazioni rigide


Rappresentazione degli effetti prodotti Rappresentazione degli effetti prodotti da gradienti di temperaturada gradienti di temperatura


Posizione tipica di un asse singolo per le verifich ePosizione tipica di un asse singolo per le verifich e


Schema di piastra in corrispondenza di un giunto.Schema di piastra in corrispondenza di un giunto.


insegnamento di progetto di infrastrutture viariedietcad.unipv.it/corsi/pdiv/15 - sovrastrutture -...

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