Rilievo pavimentazioni ad alto rendimento

2. RILIEVO DELLE PAVIMENTAZIONI (P.E. Pavement Evaluation)

Il punto di inizio per lo sviluppo di un sistema di gestione della mantutenzione 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 H.W.D.), ovvero moduli elastici dei diversi strati, vita residua e indice PCN, ricavati attraverso backcalculation;
• quelli riferiti alla regolarità longitudinale e trasversale, ovvero idice 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 ed 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 ed 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 di 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 con Georadar e carotaggi per la determinazione della stratigrafia;
• Rilievo del coefficiente di aderenza con apparecchio tipo GripTester.

2.1 H.W.D. (Heavy Falling Weight Deflectometer)

Le proprietà strutturali delle pavimentazioni vengono analizzate mediante l’Heavy Falling Weight Deflectometer (H.W.D.), deflettometro dinamico a massa battente, in grado di simulare adeguatamente le condizioni reali di carico di un aeromobile.
Per ogni punto di misura dell’H.W.D., 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 teorico necessario a fatica 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/m3)
• 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.

Fig.1 Prove di portanza in aeroporto
Fig.1 Prove di portanza in aeroporto

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) ecc, 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 2008.
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 L.F.W.D. il valore limite del modulo del sottofondo in grado di sostenere il peso dell’aereo.

2.2 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’I.R.I. è un indice standardizzato che racchiude l’informazione necessaria a definire la regolarità di una superficie stradale, 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-altimetrico 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:
• I.R.I. (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 20-30 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 larhezza di circa 3 metri e il profilo longitudinale (I.R.I.), con una 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;
• due sensori laser ad alta frequenza (64 KHz) per la misura della macrotessitura.

Fig.2 Rilievi di Regolarità IRI all’aeroporto di Malta
Fig.2 Rilievi di Regolarità IRI all’aeroporto di Malta

2.4 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 degradate 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 il Gruppo RO.DE.CO. 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 D5340-11

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.

Fig.3 Esempio di rilievi ADE (Automated Distress Evaluaton)
Fig.3 Esempio di rilievi ADE (Automated Distress Evaluaton)

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

2.5 Indagini con Georadar per la determinazione della stratigrafia

Mediante l’impiego della tecnologia GEORADAR, è possibile rilevare in continuo la stratigrafia della pavimentazione e stimare lo spessore dei diversi strati di conglomerato bituminoso esistenti: lo scopo principale è quello di fornire gli spessori dei diversi strati della pavimentazione, in quanto dato di imput 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 aeroportuali esistenti.

Fig.4 Esempio di valutazione della stratigrafia mediante tecnologia radar
Fig.4 Esempio di valutazione della stratigrafia mediante tecnologia radar

La Società 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 ed 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 od elaborati per produrre tabelle e grafici esplicativi.

2.6 Determinazione del Coefficiente di Aderenza con GripTester

La misura dell’aderenza delle pavimentazioni riveste particolare importanza ai fini dei livelli di sicurezza del traffico aereo.
Oltre ai metodi statici tradizionali per valutare il Coefficiente di Aderenza, quali ad esempio la prova puntuale con pendolo, esistono da tempo sistemi ad alto rendimento in grado di effettuare la misura mediante un veicolo in movimento opportunamente attrezzato.
Con questi sistemi di misura 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 ad un comune 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 del Coefficiente di Aderenza.

Fig.5 Esempio di output prove con GripTester
Fig.5 Esempio di output prove con GripTester

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 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) ed 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 metri 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.

In conformità alle normative ICAO vigenti, le misure sono ripetute per ogni percorso, a due velocità: a 65 e a 95 Km/h.
L’elaborazione dei dati consente di ottenere in forma tabellare e grafica i valori puntuali del coefficiente di aderenza ed i relativi valori medi su ogni terzo di pista, così come prescritto dalle norme ICAO (vedi Figg. 5 e 6).

Le misure vengono effettuate lungo 4 linee di misura, alla distanza di +/-3 e +/-6 metri dall’asse della pista di volo.

Fig.6 Prove di aderenza con GripTester in aeroporto
Fig.6 Prove di aderenza con GripTester in aeroporto