Il progetto Ecosmart Road 2.0 presenta un prototipo innovativo di pavimentazione per piste ciclabili, in linea con i Criteri Ambientali Minimi (CAM) per infrastrutture stradali. Realizzato con moduli prefabbricati in plastica riciclata e fresato bituminoso, il sistema promuove l’economia circolare e la sostenibilità. La pista ciclabile è dotata di sensori IoT per il monitoraggio in tempo reale delle condizioni strutturali e ambientali, consentendo una manutenzione predittiva e on-demand. Il materiale composito (RAP-PPr) utilizzato è stato sottoposto a rigorosi test di laboratorio per valutarne le proprietà meccaniche e fisiche, dimostrando elevate prestazioni in termini di rigidezza e resistenza a fatica. La verifica strutturale del pannello prefabbricato, effettuata mediante modellazione 3D e analisi agli stati limite, ha confermato la sua capacità di sopportare i carichi previsti dalla normativa vigente. La modularità del sistema consente il disassemblaggio e il riuso dei materiali a fine vita, in conformità con i principi dell’economia circolare e i CAM.
Il decreto del 5 agosto 2024, in vigore dal 21 dicembre 2024, introduce i Criteri Ambientali Minimi per la progettazione e realizzazione di infrastrutture stradali (CAM Strade), con l’obiettivo di sviluppare soluzioni progettuali migliori sotto il profilo ambientale lungo il ciclo di vita dell’opera. Il prototipo di pavimentazione per piste ciclabili proposto nel progetto Ecosmart Road 2.0 rappresenta un esempio concreto di sostenibilità ambientale e circolarità dei prodotti da costruzione, aspetti progettuali in linea con le indicazioni della Comunità Europea relative ai Green Public Procurement (GPP) e con il nuovo quadro normativo vigente relativo al riuso dei rifiuti inerti da costruzione e demolizione End of Waste.
Caratteristiche tecniche della pista ciclabile
La ricerca sperimentale, avviata nel 2021 e conclusasi nel 2023, ha portato alla realizzazione di un prototipo stradale per piste ciclabili avente moduli prefabbricati, composti da plastica riciclata e granulato di conglomerato bituminoso (fresato). I moduli prefabbricati sono stati prodotti in stabilimento, attraverso lo stampaggio e assemblaggio degli elementi costituenti e successivamente trasportati in pannelli da 125x 125 cm sul luogo di posa. Il pannello permette mediante i relativi setti interni (figura 1), il passaggio di sottoservizi urbani e la predisposizione di una serie di sensori utili ai fini del monitoraggio delle risposte meccaniche dei moduli stessi e dei parametri ambientali.
Sfruttando i principi alla base dell’IoT (Internet of Things) e grazie al fatto che i moduli prefabbricati sono collegati in rete, la pista ciclabile è completamente smart. I dispositivi collegati alla pista, attraverso la raccolta di dati registrati dai sensori su cloud ed elaborati da una piattaforma software, sono in grado di segnalare, quando risulta necessario, la necessità di intervenire sulla sovrastruttura della pista ciclabile (manutenzione predittiva e on demand). I vantaggi in termini di tempo di esecuzione, di impatto sulla viabilità e sull’ambiente esterno sono evidenti se si confronta, in fase di intervento manutentivo, il semplice sollevamento della piastrella superiore ammalorata (la parte transitabile) di un singolo modulo e il suo riposizionamento a intervento finito, rispetto alla demolizione del tratto di strada, scavo e ripristino dello stesso. Ulteriore valore aggiunto è dato dalla realizzazione di un totem multimediale che contiene al suo interno la centrale di raccolta dei dati ambientali e meccanici provenienti dai sensori collegati alla pista ciclabile e ospita anche un pannello informativo ad uso del pubblico. In questo modo, l’ente proprietario accedendo in modo esclusivo e in remoto alla piattaforma può verificare lo stato dei sottoservizi ed i parametri meccanici ed ambientali, dall’altro gli utenti attraverso un touch screen possono trovare risorse informative ad uso turistico o di servizio. Il tutto è completato da un punto di ricarica per e-bike con lo scopo di incentivare la mobilità sostenibile.
Materiali impiegati per la realizzazione della pista
Per la realizzazione del prototipo è stato impiegato il fresato bituminoso, proveniente dalla scarifica delle pavimentazioni stradali, preventivamente frantumato e setacciato in diverse pezzature fini (granuli minori di 4mm). Come legante della miscela è stato impiegato il polipropilene riciclato (PPr) proveniente dalla raccolta differenziata dei rifiuti urbani. Le miscele prodotte in laboratorio sono state successivamente pressate a caldo allo scopo di ottenere superfici regolari adatte alla realizzazione di provini da sottoporre a test per la valutazione delle proprietà meccaniche. In particolare, i travetti ottenuti in laboratorio sono stati sottoposti a prove di flessione prendendo spunto dalla norma ISO178 e sono stati portati a rottura con una velocità di allungamento pari a 2 mm/min. Da questa fase preliminare di indagine è stato definito il compound ottimale formato dal 70% di polipropilene (PP) riciclato e dal 30% di fresato 0/4.
Tale mescola è stata utilizzata per la preparazione dei due elementi strutturali e principali del pannello: la sella inferiore di supporto e il pannello superiore transitabile. Completano il prefabbricato una lastra in multistrato idrorepellente per solidarizzare gli elementi inferiori attraverso uno strato di mastice catalizzato (figure 2 e 3). Per rendere collaboranti la parte sottostante con quella superiore si è provveduto ad un fissaggio meccanico ai 4 angoli. L’ultima lavorazione è consistita nel carteggiare la superficie della piastrella superiore per poter in seguito applicare la resina color rosso. Tale soluzione è stata adottata in primis per motivi estetici, in secondo luogo per garantire una adeguata aderenza superficiale in condizioni bagnate.
CARATTERIZZAZIONE PRESTAZIONALE DEL MATERIALE COMPOSITO (RAP-PPr)
La miscela composta da conglomerato bituminoso di recupero (RAP) e materiale polimerico (PPr) rappresenta una novità importante nel campo delle pavimentazioni stradali, in quanto il materiale plastico sostituisce completamente il legante bituminoso vergine. Le prove di laboratorio hanno dovuto accertare le caratteristiche meccaniche e fisiche del nuovo materiale, in quanto, non è stato possibile derivare in letteratura proprietà costitutive idonee all’applicazione su strada.
I provini prodotti ad hoc (figura 4), si presentano sotto forma di trave prismatica di circa 39,4 cm di lunghezza e una densità media pari a 0,849 kg/m3. Per la caratterizzazione prestazionale si è ricorso alla normativa europea, in particolare alla norma EN 12697-26:2018, per l’esecuzione di prove per la valutazione della rigidezza del provino e alla normativa EN 12697-24:2018, per valutare il comportamento a fatica. Le prove non distruttive sono state effettuate con il NAT (Nottingam Asphalt Tester) presso il Laboratorio Materiali Stradali del Politecnico di Torino (DIATI) in configurazione di flessione su 4 punti (4PB, figura 5).
Gli andamenti della rigidezza flessionale al variare delle temperature di condizionamento e della deformazione imposta (50, 100 e 150 ms) sono riportati in figura 6. Le frequenze di carico sinusoidale applicate ai travetti sono state definite in base alle frequenze di esercizio della pista ciclabile e quindi contenute nell’intervallo 5-20 Hz.
La rigidezza della miscela risulta essere principalmente condizionata dalla temperatura di prova, infatti, a parità di deformazione imposta si è registrata una riduzione del modulo complesso del 30-35% passando dalla temperatura di 5° a quella di 40°C. Le prove cicliche a fatica (4PB) eseguite a 20°C e a 10Hz hanno permesso di assegnare la designazione e6-min100, poiché il compound è in grado di resistere a una deformazione di 100ms per almeno un milione di cicli di carico.
Per la successiva modellazione strutturale del pannello prefabbricato è stato necessario effettuare prove per la valutazione delle proprietà meccaniche a rottura della miscela mediante prove a flessione su tre punti, (EN 196-1, figura 7).
Le prove sono state ripetute su diversi provini controllando, durante l’esecuzione delle prove, il carico applicato e la relativa freccia in mezzeria. Si può notare, durante una generica prova a rottura (figura 8), come il compound abbia prima un comportamento elastico-lineare fino ad una deformazione del 4,5 per mille (circa il 40% della deformazione a rottura) ed un successivo comportamento plastico irreversibile culminante con una frattura fragile del travetto.
Dai risultati ottenuti dalle prove di laboratorio, la miscela RAP-PPr è caratterizzata da un valore di tensione a rottura medio pari a 15 MPa e una deformazione a rottura media del 10,3‰.
VERIFICA STRUTTURALE DEL PANNELLO PREFABBRICATO
Prima di procedere al calcolo strutturale, si è definito il modello 3D del modulo prefabbricato con la piastra di chiusura e il panello inferiore. Per meglio rappresentare il comportamento in opera della struttura prefabbricata, si è scelto di affiancare due moduli, così da ottenere una reale porzione di pista ciclabile, con una larghezza totale di 2,5 metri e una profondità di 1,25 metri (figure 9 e 3).
Al modello strutturale sono stati applicati i carichi previsti dalla norma EN 1991-2 sezione 5 (“Actions on footways, cycle traks and footbridges”), nella quale vengono dettagliate le sollecitazioni da applicare su ponti o passerelle ciclo pedonabili. Nel caso specifico, la pista ciclabile è stata considerata in sede separata da quella viaria ordinaria evitando quindi il carico eccezionale da 80 KN e considerando solo il carico concentrato accidentale da 10 KN su una superficie quadrata di 10 cm di lato. Oltre a questo sovraccarico si è tenuto conto del carico permanente, del carico folla e carico neve. Per le verifiche agli SLU e SLE, la normativa fornisce le formule delle combinazioni di carico, andando a pesare i carichi stessi attraverso opportuni coefficienti moltiplicativi. Nella figura 10 sono riportati gli stati tensionali e deformativi massimi del pannello prefabbricato al variare delle sollecitazioni applicate.
Dal confronto dei risultati ottenuti dalla modellazione agli stati limiti ultimi con le resistenze a rottura del materiale, la struttura modulare prefabbricata risulta verificata. La massima tensione di trazione sollecitante derivante dalla combinazione con carico concentrato risulta pari a circa 10 MPa minore della resistenza flessionale del compound pari a 15 MPa. La deformabilità massima espressa in termini di spostamento della struttura, calcolata allo stato limite di esercizio nelle diverse combinazioni di carico, risulta pari ad 1 mm, tale valore risulta compatibile con la funzionalità della pista e rientrante nel campo di deformabilità elastica del materiale composito RAP-PPr.
CONCLUSIONI
L’obiettivo iniziale del progetto è stato raggiunto attraverso la realizzazione in vera grandezza di una tratta stradale ad uso ciclopedonale corredata da componenti digitali tali da renderla smart e sostenibile utilizzando materiali 100% riciclati. Tale pannello prefabbricato può essere disassemblato nei componenti principali. L’aver realizzato un sistema componibile modulare infatti, ne permette, a fine vita, di smontare e separare i singoli elementi per una corretta gestione del materiale stesso. Tale principio riprende il CAM edilizia e il CAM strade relativamente al concetto di disassemblaggio che prevede che gli elementi prefabbricati impiegati nelle opere sia per almeno il 70% in peso smontabile a fine vita.
Il progetto di ricerca è stato realizzato grazie al finanziato dalla Regione Piemonte attraverso il Bando POR PIEMONTE FESR 2014/2020.
RINGRAZIAMENTI
Si ringraziano per il contributo fornito i partners coinvolti nel progetto: S.A.M. Costruzioni srl (Capofila), Cismondi srl (Ideatore del progetto), Gallicchio Stampi srl, Informatica System srl, Nayl Composite Technology srl, Proplast e il PoliTO (DIATI e DISAT). Per ulteriori dettagli sul prototipo e sul progetto di ricerca visitare il sito www.ecosmartroad.com .