Una costruzione stradale rappresenta un sistema composito, ossia un sistema costituito da un insieme di materiali diversi tra loro, i quali, disposti in strati, svolgono l’unica funzione di garantire la fruibilità, in condizioni di sicurezza, da parte di veicoli e pedoni. Tale sistema deve pertanto essere progettato e realizzato in modo tale che questo insieme di materiali reagisca alle azioni ambientali e ai carichi indotti dal traffico stradale in maniera omogenea, senza evidenziare punti di debolezza o zone eccessivamente sollecitate.
Il comportamento dei diversi tipi di pavimentazione dipende pertanto dalla combinazione di questi materiali (materiali granulari e terre a comportamento coesivo, materiali modificati, conglomerati bituminosi, ecc.) i quali devono fornire dei modelli rappresentanti il giusto equilibrio tra criteri di disponibilità in termini di materiali e metodologie costruttive e criteri di idoneità nei confronti del particolare contesto geologico-ambientale e delle previste azioni strutturali indotte dal traffico. Nell’ambito di una definita condizione (geologico-ambientale e di carico stradale) la longevità di una costruzione stradale è pertanto legata all’idoneità dei materiali da costruzione disponibili e alle metodologie costruttive adottate.
La successiva attività di verifica e ispezione in corso d’opera evidenzia che se da una parte le prove di laboratorio rappresentano uno strumento indispensabile per stabilire la conformità dei materiali ai limiti di accettabilità previsti dai requisiti progettuali e/o dalle Norme tecniche contrattuali, è anche vero che in certi casi alcune caratteristiche dei materiali, essendo difficilmente ‘misurabili’ e generalmente legate alle particolari tecniche costruttive, impongono un approccio essenzialmente basato su attività di sperimentazione ed ispezione sul campo.
Le indagini geotecniche e la caratterizzazione dei materiali
Le condizioni climatiche di esercizio, umidità e temperatura, nonché le condizioni dei terreni in sito, caratterizzano l’ambiente. L’ambiente è un parametro di fondamentale importanza ai fini della progettazione della pavimentazione ed il suo effetto ovviamente aumenta al diminuire dello spessore della pavimentazione stessa. Umidità e scarso drenaggio delle acque sono fattori significativi nel processo di degrado della pavimentazione.
Per quanto riguarda i terreni in sito, un’importante classificazione dell’intero tracciato stradale e successiva suddivisione in aree a comportamento omogeneo, è quella basata sul valore dell’indice di portanza CBR (tale proprietà può essere misurata in laboratorio su campioni di terra dopo quattro giorni di imbibizione, in sito mediante prove CBR oppure mediante correlazione con la prova DCP).
L’indagine geotecnica deve essere eseguita in diverse condizioni climatiche e deve comprendere la condizione peggiore, ossia la stagione delle piogge.
Permeabilità dei terreni in sito e presenza di acqua negli strati superficiali sono altri aspetti da valutare durante l’indagine geotecnica.
Definite le caratteristiche geologico-ambientali dell’area, la disponibilità di materiali idonei in zone prossime al cantiere è infine un aspetto da non sottovalutare durante l’indagine geotecnica. Campionamenti con escavatore nel caso di materiali sciolti e sondaggi a carotaggio continuo nel caso di materiali rocciosi, rappresentano le metodologie comunemente adottate per quanto riguarda le indagini relative alle varie tipologie di cave. I materiali campionati vengono quindi sottoposti a prove di laboratorio preliminari necessarie per la valutazione di tutte quelle proprietà non dipendenti dall’eventuale processo di selezione/frantumazione (per esempio indice di plasticità, composizione mineralogico-petrografica, resistenza meccanica, ecc.). Le caratteristiche di questi materiali e i loro requisiti di accettazione sono sempre stabiliti a livello di Norme contrattuali.
La verifica delle metodologie costruttive
Dal momento che a densità degli strati maggiori corrisponde una maggiore capacità portante della pavimentazione e, quindi, una maggiore resistenza alla deformazione durante l’esercizio, risulta di fondamentale importanza operare in modo da ottenere il massimo grado di compattazione.
L’idoneità dei mezzi di costipamento e dei materiali disponibili in cantiere, l’efficacia delle tecniche operative proposte e la competenza del personale coinvolto devono pertanto essere confermate (ed opportunamente corrette qualora risultasse necessario) prima dell’inizio dei lavori, mediante la costruzione di opportuni tratti sperimentali (campi prova).
La capacità portante del sottofondo stradale (piano di appoggio della pavimentazione stradale o piano di appoggio del rilevato) svolge un ruolo fondamentale nella scelta del tipo di pavimentazione e nella durabilità dell’opera nel suo insieme. Rimozione di terreni non idonei, sovrapposizione di strati di terra aggiuntivi, stabilizzazione meccanica, stabilizzazione a cemento, ecc. sono alcuni tra gli interventi che devono essere adottati quando il materiale di sottofondo presenti insufficienti caratteristiche di portanza in sito (ad esempio valori CBR minori del 3%).
Qualsiasi parte del sottofondo stradale, classificata come adatta per l’uso in situ (accertata dunque l’assenza di materiali inidonei e/o materiali con insufficienti caratteristiche di portanza) viene in genere sottoposto a scarificazione, umidificazione e ricompattazione fino al raggiungimento dei valori di densità previsti per strati di circa 150 mm. Quando richiesto ai fini del raggiungimento dei valori di capacità portante previsti dal Progettista, al sottofondo vengono aggiunti da uno a due strati di materiale selezionato. In presenza di terreni molto bagnati (tipico delle regioni a clima umido) deve essere prescritto un ulteriore strato di 150 mm di materiale idoneo.
Ispezioni e prove in corso d’opera
Come anticipato una pavimentazione stradale rappresenta un sistema composito. Un sistema che per svolgere al meglio la sua funzione deve presentare prima di tutto caratteristiche di omogeneità e continuità. Uniformità delle caratteristiche dei materiali impiegati, nonché uniformità delle operazioni di miscelazione e compattazione, sono aspetti essenziali ai fini del soddisfacimento delle caratteristiche di densità e omogeneità richieste (in presenza di strati non omogenei, i risultati delle prove di laboratorio e in sito – eseguite in conformità alle Norme contrattuali – non sono sufficientemente rappresentativi).
Se la percentuale di compattazione dei vari strati è in genere specificata a livello di norme contrattuali e facilmente verificabile mediante le consuete prove di densità in sito, non altrettanto si può dire per la verifica delle caratteristiche di omogeneità e continuità, per le quali è richiesto un approccio basato su una continua attività di monitoraggio e ispezione in cantiere. Un classico esempio è la tendenza alla segregazione, la quale rappresenta una tipica proprietà dei materiali granulari non legati (per esempio misto granulometricamente stabilizzato) e dei materiali granulari legati con leganti idraulici e/o bituminosi (per esempio misto cementato e conglomerati bituminosi).