Progettazione stradale - Provincia di Treviso
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PROGETTAZIONE DI SOVRASTRUTTURE STRADALI<br />
PROGETTAZIONE DI SOVRASTRUTTURE STRADALI<br />
CON METODI EMPIRICI E METODI RAZIONALI
IL CALCOLO DI DIMENSIONAMENTO DELLE PAVIMENTAZIONI STRADALI<br />
HA ORIGINATO UNA MOLTEPLICITA’ DI METODI CHE POSSONO ESSERE<br />
RAGGRUPPATI IN:<br />
METODI EMPIRICO – SPERIMENTALI<br />
METODI RAZIONALI
METODI EMPIRICO - SPERIMENTALI<br />
DERIVANO DA INDAGINI CONDOTTE SU PISTE<br />
SPERIMENTALI E DALLE CORRELAZIONI TRA<br />
DEFORMAZIONI O I DECADIMENTI MISURATI<br />
SULLA PISTA CON LE CONDIZIONI DI CARICO<br />
IMPOSTE<br />
I RISULTATI VENGONO VENGONO PRESENTATI<br />
COME ABACHI, TABELLE EQUAZIONI<br />
INTERPOLANTI I DATI SPERIMENTALI E<br />
UTILIZZABILI IN FASE PROGETTUALE
METODI EMPIRICO - SPERIMENTALI<br />
IL METODO EMPIRICO PER ECCELLENZA E’ QUELLO<br />
PROPOSTO DALLA AASHTO CHE, A PARTIRE DAGLI<br />
ANNI ’60, HA MESSO A PUNTO UN’ESPRESSIONE<br />
ANALITICA CHE INTERPRETA UNA NOTEVOLE SERIE<br />
DI MISURE SPERIMENTALI<br />
L’ESPRESSIONE E’ STATA IN SEGUITO REVISIONATA E<br />
AGGIORANTA INTRODUCENDO MODIFCHE CHE LA<br />
RENDONO PIU’ “RAZIONALE” E INNOVATIVA CON<br />
L’INTRODUZIONE DEL MODULO RESILIENTE PER LA<br />
CARATTERIZZAZIONE DEL SOTTOFONDO E,<br />
SOPRATTUTTO, IL CONCETTO DI AFFIDABILITA’
METODI RAZIONALI<br />
IL METODO RAZIONALE DI PROGETTO DELLE<br />
PAVIMENTAZIONI FLESSIBILI SEGUE NELLE SUE<br />
GRANDI LINEE LA LOGIA IMPIEGATA NEL PROGETTO<br />
STRUTTURALE DELLE OPERE DI INGEGNERIA CIVILE<br />
SI ESEGUE L’ANALISI TENSO-DEFORMATIVA DELLA<br />
STRUTTURA<br />
SI VERIFICA CHE LE TENSIONI E LE DEFORMAZIONI<br />
NON DIANO LUOGO A ALTERAZIONI DELLE<br />
PAVIMENTAZIONE INCOMPATIBILI CON LA SUA<br />
FUNZIONALITA’ E SICUREZZA
METODI RAZIONALI<br />
SI PUO’ ARTICOLARE IN TRE TAPPE SUCCESSIVE IL<br />
PROCEDIMENTO DI CALCOLO RELATIVO ALLA<br />
PROGETTAZIONE DI UNA PAVIMENTAZIONE<br />
FLESSIBILE:<br />
ANALISI DELLO STATO DI TENSIONE E<br />
DEFORMAZIONE<br />
CALCOLO DEL DANNO DA FATICA ACCUMULATO NEI<br />
VARI STRATI E VERIFICA CHE ESSO NON PROVOCHI<br />
FESSURAZIONI PRIMA DEL TERMINE<br />
CALCOLO DELLA PROFONDITA’ DELLE ORMAIE<br />
PRODOTTESI AL LIMITE DELLA VITA UTILE
FATTORI DEL<br />
DIMENSIONAMENTO<br />
MOLTO UTILI IN FASE DI<br />
PREDIMENSIONAMENTO SONO I CATALOGHI<br />
DELLE PAVIMENTAZIONI (CNR B.U. 178:1995)<br />
TUTTI I METODI DI DIMENSIONAMENTO<br />
TUTTI I METODI DI DIMENSIONAMENTO<br />
VEONSIDERANO, COME DATI DI INGRESSO, I<br />
SEGUENTI PARAMETRI:
PARAMETRI DI INGRESSO DEL<br />
DIMENSIONAMENTO<br />
SPESSORE DEGLI STRATI;<br />
CARATTERISTICHE DEI MATERIALI (a,d,E,ν etc);<br />
VITA UTILE;<br />
CARATTERISTICHE DEL SOTTOFONDO (CBR, k,<br />
Md, Mr);<br />
CARATTERISTICHE DEI CARICHI (Ceq, P, d etc);<br />
ENTITA’ DEL TRAFFICO (TGM,p, n, pd, N, r, etc);<br />
SOLLECITAZIONI TERMICHE;<br />
DECADIMENTI E SFORZI DI DEFORMAZIONE<br />
LIMITE.
ANALISI DEI DATI DI TRAFFICO
ANALSI DEI DATI DI TRAFFICO<br />
IL DIMENSIONAMENTO DI UNA<br />
SOVRASTRUTTURA STRADALE OLTRE CHE DALLA<br />
PORTANZA DEL PIANO DI POSA DEL<br />
SOTTOFONDO E DELLA RESISTENZA MECCANICA<br />
DEI SINGOLI STRATI, DIPENDE DALLA<br />
COMPOSIZIONE E DALL’ENTITA’ DEL TRAFFICO,<br />
VALUTATO TRA L’ENTRATA IN ESERCIZIO E IL<br />
TERMINE DELLA VITA UTILE<br />
DELL’INFRASTRUTTURA
ANALISI DEI DATI DI TRAFFICO<br />
GENERALMENTE IL DATO DI PARTENZA E’ IL<br />
TRAFFICO GIORNALIERO MEDIO (TGM) CHE<br />
TRANSITA O SI PRESUME TRANSITERA’ NEL<br />
PRIMO ANNO DI VITA UTILE.<br />
E’ IMPORTANTE DISTINGUERE BENE LA<br />
DIFFERENZA TRA VEICOLI COMMECRCIALI ED<br />
ASSI STANDARD (O EQUIVALENTI)
ANALISI DEI DATI DI TRAFFICO<br />
E’ DEFINITO VEICOLO COMMERICALE QUELLO<br />
CON MASSA COMPLESSIVA MAGGIORE DI 3 t.<br />
ESISTONO DEI COEFFICIENTI DI EQUIVALENZA<br />
CHE PERMETTONO DI TRASFORMARE IL<br />
NUMERO DI VEICOLI COMMERCIALI IN TRANSITI<br />
DI ASSI STANDARD (O ASSI EQUIVALENTI)
Esempio <strong>di</strong> trasformazione <strong>di</strong> veicoli commerciali in<br />
assi equivalenti
ANALISI DEI DATI DI TRAFFICO<br />
IL TGM DOVRA’ ESSERE CORRETTO PER TENER<br />
CONTO DEI SEGUENTI FATTORI:<br />
EVOLUZIONE DEL TRAFFICO NEL CORSO DEGLI ANNI (r);<br />
LA DISTRIBUZIONE DEL TRAFFICO PER SENSO DI MARCIA (pd);<br />
LA PERCENTUALE DI VEICOLI COMMERCIALI (p);<br />
PERCENTUALE DI TRAFFICO COMMERICALE CHE TRANSITA<br />
NELLA CORSIA DI MARCIA LENTA (pl);<br />
DISPERSIONE DELLE TRAIETTORIE (dt);<br />
COEFFICIENTE DI EQUIVALENZA E LA DISTRIBUZIONE DEI<br />
CARICHI DI TRAFFICO COMMERICALE (Ceq)
ANALISI DEI DATI DI TRAFFICO<br />
IL BOLLETTINO CNR DISTINGUE 6 CLASSI DI<br />
STRADE:<br />
CLASSE A<br />
CLASSE B<br />
CLASSE C<br />
CLASSE D<br />
CLASSE E<br />
CLASSE F<br />
AUTOSTRADE EXTRAURB./URBANE<br />
STRADE EXTRAURB. PRINCIPALI<br />
STRADE EXTRAURB. SECONDARIE<br />
STRADE URBANE DI SCORRIMENTO<br />
STRADE DI QUARTIERE<br />
STRADE EXTRAURB E URBANE LOCALI
ANALISI DEI DATI DI TRAFFICO<br />
PER LA COMPOSIZIONE DEL TRAFFICO PREVISTO<br />
SU CIASCUN TIPO DI STRADA INDICA DEGLI<br />
SPETTRI TIPICI DI VEICOLI COMMERCIALI<br />
SONO RIPORTATI I TIPI DI VEICOLI E I LORO<br />
SONO RIPORTATI I TIPI DI VEICOLI E I LORO<br />
CARICHI PER ASSE:
ANALISI DEI DATI DI TRAFFICO<br />
E’ INDICATA LA LORO FREQUENZA, ESPRESSA IN<br />
PERCENTUALE, SUL TOTALE DEI MEZZI<br />
COMMERCIALI
ANALISI DEI DATI DI TRAFFICO<br />
DOPO TUTTE LE CORREZIONI VISTE IL TGM<br />
(traffico giornaliero me<strong>di</strong>o) SI TRASFORMA IN Na<br />
(numero <strong>di</strong> assi equivalenti):<br />
T.G.M.<br />
Na
SOTTOFONDO<br />
NEI METODI DI DIMENSIONAMENTO EMPIRICI,<br />
DEL SOTTOFONDO INTERESSA CONOSCERE LA<br />
PORTANZA, ESPRESSA COME INDICE CBR (<strong>di</strong><br />
progetto)<br />
ESISTE UNA RELAZIONE CHE LEGA L’INDICE CBR<br />
DEL SOTTOFONDO CON IL MODULO DI<br />
DEFORMAZIONE:<br />
CBR = 0,02 Md<br />
(Ferrari Giannini – Ingegneria <strong>stradale</strong>)
CNR B.U. N° 178: 1995
IL CATALOGO CNR DELLE<br />
PAVIMETAZIONI<br />
OFFRE UN VENTAGLIO DI SOLUZIONI DI<br />
SOVRASTRUTTURE STRADALI DI VARIE<br />
TIPOLOGIE E VALIDE PER LE CONDIZIONI DI<br />
TRAFFICO E AMBIENTALI, TIPICHE DELL’ITALIA<br />
L’OBIETTIVO CHE SI PROPONE E’ QUELLO DI<br />
FORNIRE UN RIFERIMENTO NELLA<br />
PROGETTAZIONE DELLE PAVIMENTAZIONI<br />
ATTRAVERSO LE SCHEDE DI CATALOGO
IL CATALOGO CNR DELLE<br />
PAVIMENTAZIONI<br />
ESEMPIO DI SCHEDA<br />
DI CATALOGO:<br />
Le schede sono identificate con un<br />
co<strong>di</strong>ce:<br />
• il numero va da 1 a 8 con il quale<br />
viene in<strong>di</strong>cata il tipo <strong>di</strong> strada<br />
•La parte alfabetica in<strong>di</strong>ca:<br />
F = flessibile<br />
SR = semirigida<br />
RG = rigida non armata<br />
RC = rigida con armatura
METODO AASHTO
METODO AASHTO<br />
La metodologia <strong>di</strong> <strong>di</strong>mensionamento proposta dalla<br />
AASHTO si basa sulla quantificazione della capacità<br />
portante <strong>di</strong> una pavimentazione attraverso il Numero<br />
<strong>di</strong> Struttura SN (Structural Number):<br />
Dove:<br />
a i coefficiente <strong>di</strong> strato;<br />
s i spessore dello strato;<br />
d i coefficiente <strong>di</strong> drenaggio
METODO AASHTO<br />
Dopo aver inserito il grado <strong>di</strong> affidabilità e il<br />
deca<strong>di</strong>mento limite ammissibile e le caratteristiche del<br />
sottofondo (determinate con il catalogo CNR delle<br />
pavimentazioni), si utilizza la formula proposta<br />
dall’AASHTO per la determinazione de numero <strong>di</strong> assi<br />
equivalenti da 8,16 t sopportabile dalla struttura:
ESEMPIO DIMENSIONAMENTO<br />
METODO AASHTO<br />
PROGETTO<br />
DENOMINAZIONE STRATO<br />
cm inch. a<br />
SPESSORE SPESSORE<br />
USURA 3 1,17 0,4<br />
BINDER 5 1,95 0,4<br />
BASE 15 5,85 0,4<br />
MISTO GRANULARE 30 11,7 0,14<br />
0<br />
0<br />
0<br />
53<br />
STRUCTURAL NUMBER<br />
5,226<br />
Z -1,282<br />
S0 0,45<br />
PSI iniziale 4,2<br />
PSI finale 2,5<br />
Mr<br />
MPa psi<br />
100 14504<br />
N 66.869.926
Software mePADS<br />
Software BISAR (Shell)
METODI RAZIONALI<br />
SI BASA PRINCIPALMENTE SU CINQUE PASSAGGI:<br />
1. La definizione preliminare degli spessori <strong>di</strong> ogni<br />
strato;<br />
2. La scelta dei materiali da impiegare;<br />
3. La conoscenza dei dati <strong>di</strong> traffico;<br />
4. Il calcolo delle tensioni indotte dall’applicazione dei<br />
carichi;<br />
5. L’applicazione degli appropriati criteri <strong>di</strong> verifica.
METODI RAZIONALI<br />
La durata della pavimentazione viene correlata al<br />
numero massimo <strong>di</strong> passaggi dell’asse standard che è<br />
in grado <strong>di</strong> sopportare prima <strong>di</strong> raggiungere il collasso<br />
strutturale.<br />
Si determina lo stato tenso-deformativo indotto<br />
risolvendo la struttura tramite modelli <strong>di</strong> calcolo.<br />
Il massimo valore della deformazione orizzontale <strong>di</strong><br />
trazione alla base degli strati legati sarà quin<strong>di</strong><br />
utilizzato come base <strong>di</strong> input per determinare, dalle<br />
curve <strong>di</strong> fatica, il numero massimo <strong>di</strong> cicli sopportabile<br />
dalla pavimentazione
METODI RAZIONALI<br />
Vengono effettuate varie verifiche sulla sovrastruttura:<br />
VERIFICA DI FATICA SUI MATERIALI LEGATI A<br />
BITUME;<br />
VERIFICA A FATICA PER LE MISCELEL LEGATE A<br />
CEMENTO;<br />
VERIFICA DEI MATERIALI NON LEGATI;<br />
MASSIMA SOLLECITAZIONE VERTICALE DEL<br />
SOTTOFONDO
PRINCIPALI LEGGI DI FATICA<br />
Legge a fatica per materiali legati a bitume (Legge <strong>di</strong><br />
Finn):<br />
Legge a fatica per materiali legati a cemento (De Beer,<br />
Theyse):<br />
Legge a fatica per materiali non legati (Transport<br />
Research Laboratoy):
ESEMPIO DIMENSIONAMENTO<br />
software mePADS
Normal Strain ZZ<br />
-0.00016 -0.00014 -0.00012 -0.00010 -0.00008 -0.00006 -0.00004 -0.00002 0.00000<br />
0<br />
200<br />
400<br />
600<br />
800<br />
1000<br />
1200<br />
1400<br />
1600<br />
Depth (mm)
Major Principal Strain<br />
-0.00016 -0.00014 -0.00012 -0.00010 -0.00008 -0.00006 -0.00004 -0.00002 0.00000<br />
0<br />
200<br />
400<br />
600<br />
800<br />
1000<br />
1200<br />
1400<br />
1600<br />
Depth (mm)
Confronto prestazionale tra due sezioni
VARIANTI DI PROGETTO<br />
Per fare una variante <strong>di</strong> progetto si deve:<br />
DIMENSIONARE LA STRUTTURA DI PROGETTO E<br />
LA STRUTTURA PROPOSTA COME VARIANTE CON<br />
LE STESSE CONDIZIONI AL CONTORNO E LO<br />
STESSO METODO<br />
VERIFICARE SE LA VITA UTILE DELLA<br />
PAVIMENTAZIONE PROPOSTA IN VARIANTE E’<br />
MAGGIORE DELLA VITA UTILE DI PROGETTO
ESEMPIO VARAINTE DI<br />
PROGETTO<br />
DATI DI TRAFFICO<br />
Anno Riferimento 2010<br />
Traffico giornaliero me<strong>di</strong>o ( TMG ) 37.042<br />
Giorni ( gg ) 365<br />
Evoluzione del traffico ( r ) 0,015<br />
Distribuzione del traffico per senso <strong>di</strong> marcia ( p d<br />
)<br />
0,50<br />
Percentuali veicoli commericali ( p ) 0,15<br />
Percentuali veicoli commericali corsia lenta ( p l ) 1,00<br />
Dispersioni delle traiettorie ( d ) 1<br />
Vita utile 20
Numero transiti totali W 18 54.753.977
SEZIONE DI PROGETTO:
DIMENSIONAMENTO AASHTO<br />
PROGETTO<br />
Strato <strong>di</strong> ANTISKID 30 0,43 1,00<br />
Strato <strong>di</strong> BINDER A.M. 90 0,44 1,00<br />
Strato <strong>di</strong> BASE 120 0,30 1,00<br />
Strato <strong>di</strong> MISTO CEMENTATO 200 0,18 1,00<br />
Strato <strong>di</strong> MISTO GRANULARE 300 0,12 1,00<br />
H a d CBR M R M R<br />
mm Mpa psi<br />
Strato <strong>di</strong> SOTTOFONDO - - - 3 30 4204<br />
Z R -1,037<br />
Fattore <strong>di</strong><br />
correzione<br />
S 0 0,45 -0,46665<br />
PSI iniziale 4,80 ∆PSI<br />
PSI finale 2,50 2,30<br />
SN 16,05<br />
log W 18 7,635653672<br />
W 18 43.216.906
SEZIONE DI VARIANTE
DIMENSIONAMENTO AASHTO<br />
VARIANTE<br />
Strato <strong>di</strong> SPLITTMASTIX 30 0,42 1,00<br />
Strato <strong>di</strong> BINDER A.M. 60 0,43 1,00<br />
Strato <strong>di</strong> ECOBASE 200 0,30 1,00<br />
Strato <strong>di</strong> MISTO GRAN. STAB. 200 0,16 1,00<br />
Strato <strong>di</strong><br />
STABILIZZAZIONE<br />
CALCE/CEMENTO<br />
H a d CBR M R M R<br />
mm Mpa psi<br />
250 0,13 1,00<br />
Strato <strong>di</strong> SOTTOFONDO - - - 3 30 4204<br />
Z R -1,037<br />
Fattore <strong>di</strong><br />
correzione<br />
S 0 0,45 -0,46665<br />
PSI iniziale 4,80 ∆PSI<br />
PSI finale 2,50 2,30<br />
SN 16,29<br />
log W 18 7,686949855<br />
W 18 48.635.105
ANALISI COMPARATIVA SOLUZIONI DI PROGETTO<br />
SEZIONE DI PROGETTO<br />
SEZIONE DI VARIANTE<br />
SN 16,05<br />
log W 18 7,635653672<br />
W 18 43.216.906<br />
SN 16,29<br />
log W 18 7,686949855<br />
W 18 48.635.105<br />
Incremento vita utile in termini <strong>di</strong> assi equivalenti del 12,5 %
DIMENSIONAMENTO RAZIONALE<br />
PROGETTO<br />
Tipologia strato Modulo (MPa) a 20°C Coeff. Poisson<br />
Tappeto <strong>di</strong> splittmastix asphalt con bit. Super hard 5500 0,40<br />
Binder Altomodulo mo<strong>di</strong>ficato con bitume 30/50 6000 0,40<br />
Ecobase 2700 0,30<br />
Misto granulare frantumato vagliato stabilizzato in sito a<br />
cemento<br />
2500 0,30<br />
Stabilizzazione a calce 250 0,35<br />
Sottofondo 50 0,40
DIMENSIONAMENTO RAZIONALE<br />
VARIANTE<br />
Tipologia strato Modulo (MPa) a 20°C Coeff. Poisson<br />
Tappeto <strong>di</strong> usura 4500 0,40<br />
Binder Altomodulo 6000 0,40<br />
Ecobase 2700 0,30<br />
Misto granulare reciclato 400 0,35<br />
Stabilizzazione a calce 250 0,35<br />
Sottofondo 50 0,40
ANALISI TENSO-DEFORMATIVA - VARIANTE
PRINCIPALI VANTAGGI DELLA VARIANTE:<br />
La soluzione proposta nella variante <strong>di</strong> progetto comporta i seguenti vantaggi:<br />
•Aumento della vita utile della struttura pari al 12,5 %;<br />
•Riduzione degli interventi manutentivi e <strong>di</strong> ripristino della pavimentazione;<br />
•L'utilizzo dello strato <strong>di</strong> ecobase confezionata a freddo con bitume schiumato o<br />
emulsione bituminosa garantisce un basso impatto ambientale dovuto al<br />
confezionamento a freddo della miscela evitando presenza <strong>di</strong> fumi ed emissioni <strong>di</strong> CO 2<br />
e<br />
notevole aumento del modulo elastico portando benefici in termini <strong>di</strong> maggior vita utile<br />
dell'intero pacchetto <strong>stradale</strong>;<br />
•La tipologia <strong>di</strong> intervento proposta nella variante <strong>di</strong> progetto inoltre, assicura una buona<br />
velocità <strong>di</strong> esecuzione dell’opera con conseguente apertura al traffico in tempi ristretti;