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L’aderenza delle pavimentazioni autostradali

Implicazioni sulla sicurezza e sui processi manutentivi

La velocità in autostrada è un fattore che assume grande rilievo nel momento in cui viene rapportato alle dinamiche con cui si verifica la maggior parte degli eventi incidentali.

Immagini

  • Una simulazione di perdite di aderenza
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    Una simulazione di perdite di aderenza
  • I fattori di rischio presenti nella pavimentazione
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    I fattori di rischio presenti nella pavimentazione
  • L’ingresso in galleria rappresentato con nuvola di punti laser
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    L’ingresso in galleria rappresentato con nuvola di punti laser
  • Le leggi di decadimento dei parametri di aderenza e di tessitura per differenti tipi di strato di usura
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    Le leggi di decadimento dei parametri di aderenza e di tessitura per differenti tipi di strato di usura
  • Le leggi di decadimento dei parametri di aderenza e di tessitura per differenti tipi di strato di usura
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    Le leggi di decadimento dei parametri di aderenza e di tessitura per differenti tipi di strato di usura
  • I coefficienti A, C ed E calcolati al variare di CATt0 ed S
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    I coefficienti A, C ed E calcolati al variare di CATt0 ed S
  • La rappresentazione su GIS dell’evoluzione del parametro aderenza
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    La rappresentazione su GIS dell’evoluzione del parametro aderenza

I fattori coinvolti negli incidenti stradali sono molteplici. Tra tanti, meritano attenzione le proprietà funzionali delle pavimentazioni, e in particolare l’aderenza e la tessitura superficiale, le quali contribuiscono senza dubbio alla riduzione della probabilità di incidenti se gli standard qualitativi in esercizio sono elevati.

Grazie all’analisi di banche dati strutturate Sineco, Società di ingegneria del Gruppo ASTM-SIAS quotidianamente impegnata in attività di controllo e monitoraggio di grandi opere e infrastrutture, ha potuto analizzare l’evoluzione nel tempo delle caratteristiche funzionali di pavimentazioni realizzate con determinate miscele bituminose e valutarne la bontà iniziale rispetto alle raccomandazioni dei riferimenti tecnici e normativi di settore, nonché l’efficienza evolutiva a valle di analisi comparative realizzate su diversi casi studio.

Dai risultati ottenuti emerge che l’efficacia di una specifica soluzione rispetto ad un’alternativa è legata sia al target prestazionale inizialmente raggiungibile, sia alla velocità con cui la prestazione considerata decade nel tempo, dando per impliciti il corretto utilizzo e la puntuale manutenzione sia dei veicoli che dell’infrastruttura, relativamente a ciascun elemento potenzialmente coinvolto nei fenomeni incidentali, nonché il comportamento giudizioso dei conducenti.

Gli elementi di interesse del fenomeno “aderenza”

L’aderenza è l’effetto dell’interazione pneumatico-strada grazie al quale si esplica il movimento relativo fra veicolo ed infrastruttura, con il governo della traiettoria.

I veicoli, per poter percorrere il piano stradale, necessitano di una certa quota di aderenza, che è l’aderenza richiesta. La superficie della pavimentazione, grazie alla sua specifica struttura, è in grado di offrire una certa quota di aderenza, che è l’aderenza disponibile. Nel caso in cui l’aderenza necessaria ai fini dell’avanzamento sia superiore a quella disponibile, il rotolamento degli pneumatici è accompagnato da fenomeni di slittamento ed irregolarità che possono condizionare la traiettoria e l’eventuale arresto del veicolo e provocare l’evento incidentale, anche quando le condizioni dei mezzi in avanzamento sono buone.

L’interazione fra pneumatico e strada può risultare compromessa, con effetti potenzialmente tanto peggiori quanto più è sostenuta la velocità di avanzamento del veicolo, anche per effetto del comportamento soggettivo dei guidatori.

Pertanto, è naturale comprendere come in autostrada, soprattutto nelle gallerie e in prossimità delle stesse, la congruenza fra l’aderenza richiesta e l’aderenza disponibile sia una condizione che dipende non solo dagli standard qualitativi assicurati dai Gestori.

Considerazioni sul contesto galleria: l’importanza delle attività di monitoraggio

Allo stato attuale esistono tecnologie e materiali che permettono ai Gestori di innalzare gli standard di aderenza e tessitura delle pavimentazioni sulle autostrade (per esempio, l’impiego di usure ad aderenza migliorata o drenanti, che specialmente in condizioni di pioggia assicurano condizioni più elevate di quanto potrebbero gli strati di usura chiusi tradizionali) e inducono i guidatori ad adottare comportamenti potenzialmente più rischiosi (per esempio, l’aumento di potenza e l’installazione di pneumatici a sezione larga su autoveicoli di serie).

In galleria le scelte operate dai Gestori per migliorare le condizioni di comfort e sicurezza si esplicano non solo attraverso la messa in opera di uno strato di usura con determinate finalità (per esempio multifunzionale) ma anche nella gestione di diversi elementi accessori della sede stradale (quali ad esempio i marciapiedi), in modo tale da favorire il raccordo fra parti del tracciato cui corrispondono diverse velocità di moto.

Nel supportare i Gestori nelle azioni di controllo e di monitoraggio delle autostrade di competenza, Sineco realizza sia sistematicamente che estemporaneamente misure “globali” di aderenza e di tessitura in condizioni standard, verificando in termini assoluti i livelli prestazionali dell’infrastruttura in fase di realizzazione e in condizioni di esercizio. Dall’analisi di banche dati propriamente costituite emerge l’evoluzione nel tempo dei parametri rilevati e, di conseguenza, la stima dei tempi necessari al raggiungimento di livelli minimi accettabili ai fini della sicurezza, in funzione dei quali sono attuate dai Gestori opportune strategie manutentive.

Risultati dalle analisi di decadimento dell’aderenza

Alcuni casi studio sono stati elaborati al fine di evidenziare la potenziale incidenza della variazione delle caratteristiche funzionali delle pavimentazioni sulla sicurezza, considerando i seguenti parametri:

  • CAT = coefficiente di aderenza trasversale, misura dell’aderenza [1];
  • HS = altezza in sabbia, misura della profondità della macrotessitura superficiale [2];
  • IRI = International Roughness Index, indice di regolarità del profilo longitudinale [3].

Nello specifico, sono state analizzate alcune tratte autostradali sulla base di serie storiche di dati di sei/otto anni. Le condizioni di rilievo sono normalizzate.

Le misure realizzate su diverse tipologie di strato di usura sono state preventivamente standardizzate grazie all’implementazione di opportune leggi correttive.

L’interpretazione dei risultati sperimentali mostra che è possibile associare un decadimento prestazionale nel tempo ad ognuno degli indicatori considerati, secondo leggi tali per cui è stato verificato il massimo grado di correlazione in termini di coefficiente R2. Nel dettaglio, si ha che il significato dei termini riportati nelle precedenti è il seguente:

  • CATt0, HSt0 e IRIt0 sono i valori delle intercette al tempo iniziale t0 (tempo di intervento);
  • CATt, HSt e IRIt sono le prestazioni al tempo di valutazione t;
  • A, C ed E sono dei coefficienti numerici corrispondenti alla pendenza delle curve di decadimento, che a livello pratico rappresentano la velocità con cui le prestazioni iniziali si riducono nel tempo.

Sulla base dei casi studio considerati, è emerso che la velocità di decadimento delle prestazioni di aderenza è particolarmente sensibile al valore iniziale associato al parametro CAT ed alla tessitura superficiale dello strato di usura, risultando generalmente maggiore nei tappeti drenanti e macrorugosi rispetto a quelli aventi un contenuto di vuoti ordinario.

In base a detto risultato la durata utile di intervento tu, intesa come l’intervallo di tempo a partire dall’intervento di manutenzione entro il quale lo standard prestazionale del parametro considerato è pari o superiore ad una soglia minima accettabile, varia in funzione delle specifiche caratteristiche dell’intervento stesso (tipo di strato costituito, materiali utilizzati, qualità della messa in opera, ecc.).

La conoscenza dei coefficienti suggeriti nelle precedenti leggi assicura un controllo puntuale delle implicazioni sulla sicurezza e sui processi manutentivi attribuibili alle caratteristiche funzionali delle pavimentazioni. A titolo di riflessione, si evidenzia l’importanza di valutare il decadimento prestazionale delle pavimentazioni a margine e all’imbocco di una galleria: accettando infatti l’ipotesi che al suo interno sia presente una pavimentazione con strato di usura a basso contenuto di vuoti, ed assumendo invece che immediatamente in prossimità dell’area di imbocco si abbia una pavimentazione con tappeto drenante, è facile intuire come i tempi di ripristino necessari per mantenere uno standard di aderenza superficiale costante e raffrontabile fra le due zone considerate siano diversi fra loro ed implichino la necessità di una specifica programmazione delle manutenzioni. La frequenza di intervento sarà maggiore sul tappeto drenante, proporzionalmente alla differenza di durata utile determinata per i due scenari.

Conclusioni

Il presente articolo focalizza l’attenzione sulla variabilità dei parametri di riferimento adottati per sintetizzare le caratteristiche funzionali delle pavimentazioni autostradali, analizzando le possibili implicazioni relative alla sicurezza di esercizio specialmente nel delicato contesto che è rappresentato dalle tratte in galleria e dai rispettivi approcci.

Sineco, attraverso l’analisi di banche dati opportunamente strutturate, ha potuto determinare per una serie di scenari ricorrenti in autostrada le specifiche leggi di decadimento con cui è rappresentabile l’evoluzione delle prestazioni delle pavimentazioni nel tempo, considerando in particolare l’aderenza, data l’importanza che tale fenomeno riveste ai fini di un esercizio sicuro delle infrastrutture.

I risultati ottenuti mostrano che è importante valutare e modellare le modalità di degrado delle prestazioni delle pavimentazioni, non solo per garantire qualitativamente condizioni di comfort e sicurezza appropriate, ma anche per meglio determinare le necessità di interventi di manutenzione.

Bibliografia

  1. CNR B.U. n° 147/92.
  2. CNR B.U. n° 94/83 e UNI EN ISO 13473-1/2004.
  3. ASTM E 1926-08 e ASTM E950/E950M-09.