Valutazione dei parametri ACR/PCR per le pavimentazioni aeroportuali

Nel 2020 l’ICAO ha adottato un nuovo sistema di classificazione delle pavimentazioni, definendo le metodologie di calcolo di due nuovi parametri, ACR e PCR e aprendo così un periodo di transizione di quattro anni prima della sua piena applicabilità prevista per il 2024.

Questo nuovo metodo mantiene la filosofia di classificazione delle capacità portante delle pavimentazioni definito nel precedente metodo, che prevede la determinazione dei parametri ACN e PCN, basandosi sul calcolo e confronto dei parametri Aircraft Classification Rating (ACR) e Pavement Classification Number (PCR):

• ACR è un numero che esprime l’effetto di un aeromobile su una pavimentazione per una determinata categoria di support del sottofondo;
• PCR esprime la capacità portante di una pavimentazione rispetto al traffico previsto ed è composto da un codice alfanumerico, in cui la parte numerica rappresenta la portanza e la parte alfabetica fornisce informazioni aggiuntive alla classificazione della pavimentazione.

Analogamente al metodo PCN, il valore del parametro PCR è riportato all’interno delle tabelle AIP, al fine di certificare il livello di portanza di ciascuna infrastruttura dell’aeroporto.

Di seguito viene riportato un esempio di classificazione di una pavimentazione aeroportuale:

• Aereo Critico = B747-800
• ACR = 614
• PCR = 935 F/B/W/T

La verifica che il parametro PCR risulti superiore al relativo parametro ACR consente agli operatori aeroportuali di accertarsi che la pavimentazione risulti idonea a supportare i carichi degliaeromobili previsti all’interno della mix di traffico prevista per un arco temporale di 20 anni, secondo la metodologia prevista da ICAO.

È importante sottolineare come la metodologia di classificazione ACR-PCR non debba essere assunta come metodo di dimensionamento e progettazione della sovrastruttura aeroportuale. La metodologia di calcolo è stata introdotta e descritta all’interno del documento ICAO “Aerodrome Design Manual – Part 3” e recentemente anche EASA ha emanato le linee guida in merito, rilasciando il documento denominato “Guidance for the implementation of the new Aircraft Classification Rating (ACR) – Pavement Classification Rating (PCR) method”, dove viene riproposto quanto previsto da ICAO con minime variazioni a livello computazionale.

IL PARAMETRO AIRCRAFT CLASSIFICATION RATING (ACR)

Per quanto riguarda la determinazione del parametro ACR, questa è stata implementata da ICAO all’interno di un software gratuito di calcolo denominato ICAO-ACR, permettendo un grande cambiamento con il passato: i valori di ACN erano infatti comunicati direttamente dai produttori e quindi vincolati a determinate configurazioni di carico.

Nel software è possibile scegliere le principali caratteristiche tecniche degli aeromobili: massimo peso al decollo (MTOW), numero e pressione di gonfiaggio pneumatici, configurazione geometrica del carrello. Sulla base di queste informazioni viene restituito il valore di ACR per ciascuna delle quattro categorie di sottofondo definito dalla procedura di calcolo. Differentemente alla classificazione ACN/PCN, le quattro categorie di sottofondo utilizzano lo stesso parametro di riferimento, modulo elastico del sottofondo (Es), per le pavimentazioni sia flessibili sia rigide, e soglie di riferimento leggermente variate.

Per il calcolo del parametro ACR si determina l’effetto dell’applicazione del carico dovuto al carrello di atterraggio di un determinato aeromobile su una pavimentazione con caratteristiche standard definite dalla norma. Successivamente viene presa in considerazione l’applicazione di un carico su una ruota singola, denominata ruota singola equivalente (Derived Single Wheel Load – DSWL).

La ruota ha una pressione di gonfiaggio pari a 1,5 MPa, incrementata dal valore precedentemente utilizzato per il calcolo del parametro ACN che risultava pari a 1,25 MPa, per meglio rispecchiare l’incremento che le attuali pressioni di gonfiaggio hanno raggiunto negli ultimi modelli di aeromobili. Viene infine determinato il carico sulla ruota singola che induce il medesimo effetto generato dal carrello dell’aereo selezionato (tensione di trazione alla base della lastra in calcestruzzo per la pavimentazione rigida o danno cumulato alla sommità dello strato di sottofondo per la pavimentazione flessibile).

Il parametro ACR risulta essere pari a due volte il carico sulla ruota singola equivalente espresso in centinaia di chili, diversamente da quanto accadeva per il calcolo del parametro ACN, dove questo carico era espresso in tonnellate. Questa differenza è stata introdotta affinché i parametri ACN e ACR (e conseguentemente PCN e PCR) differiscano di un ordine di grandezza come entità numerica, e non possano essere confusi.

IL PARAMETRO PAVEMENT CLASSIFICATION RATING (PCR)

Come precedentemente descritto il parametro PCR è una sequenza alfanumerica, del tipo 360 F/A/W/T. Il numero 360 rappresenta il valore PCR, la lettera F è associata alla tipologia di pavimentazione che può essere flessibile (F) o rigida (R), la lettera A è relativa alla categoria di sottofondo, la lettera W corrisponde alla massima pressione ammissibile di gonfiaggio degli pneumatici, la lettera T si riferisce alla metodologia impiegata per il calcolo del PCR: T tecnica e U basata su esperienza.

A differenza del passato, ICAO fornisce una procedura dettagliata per il calcolo dei parametri ACR-PCR e le singole autorità come Federal Aviation Administration (FAA) e European Aviation Safety Agency (EASA) hanno ulteriormente specificato dettagli procedurali. A differenza di quanto previsto dalle prime versioni, il nuovo sistema si basa su procedure di progettazione meccanicistico-empiriche della pavimentazione che richiedono l’uso corretto di molti parametri per ottenere una valutazione tecnica accurata del PCR.

La nuova procedura ha introdotto il concetto del calcolo del danno cumulato (cumulative damage factor – CDF) per tenere conto dell’effettivo contributo dovuto al passaggio di ciascun aeromobile, considerando l’effettiva configurazione geometrica dei carrelli.

Questo è possibile una volta determinato lo stato tenso-deformativo all’interno della pavimentazione e utilizzando i risultati all’interno di modelli previsionali del comportamento dei vari materiali componenti la sovrastruttura, determinando il numero di passaggi ammissibile della pavimentazione (vita utile). Il rapporto fra il numero dei passaggi ammissibili e quelli attesi determina il danno in ogni punto della pavimentazione. Sommando quello prodotto da ciascun aeromobile è possibile determinare il danno cumulato.

La procedura non specifica quali criteri debbano essere adottati, lasciando la scelta agli enti regolatori o alle singole autorità aeroportuali. Alcuni software per il calcolo del PCR implementano la possibilità di scegliere più modelli di danno. Nella procedura di calcolo del danno cumulato, il metodo ACR/ PCR prescrive di tenere di conto dell’effetto “wander” degli aeromobili, ossia il fenomeno di dispersione delle traiettorie degli aeromobili in transito, che riduce il numero di ripetizione di carico dovuto al passaggio della medesima tipologia di aeromobile nel medesimo punto della pavimentazione. Tale fenomeno deve essere considerato con un’analisi di tipo statistico, e non più con l’adozione di fattori correttivi come il Pass to Coverage (P/C).

La dispersione è rappresentata attraverso una curva di distribuzione normale con deviazione standard pari a 775 mm. Recentemente EASA ha diffuso valori che si differenziano a secondo delle tipologie di infrastrutture considerate: 775 mm for high speed sections, 500 mm for moderate speed sections e nulla per piazzali e low speed sections.

La procedura di calcolo del parametro PCR prevede un percorso iterativo così articolato:

1. valutazione dell’effettivo danno prodotto da ciascun aeromobile rispetto al peso massimo al decollo;
2. individuazione dell’aereo critico come quello che produce il maggior danno;
3. adeguamento del numero di partenze dell’aereo critico al fine di ottenere lo stesso danno prodotto dall’intero traffico;
4. adeguamento del peso dell’aereo critico ad un nuovo valore denominato Maximum Allowable Gross Weight (MAGW) che determina danno uguale a uno;
5. calcolo del parametro PCR per il suddetto peso, relativamente all’aeromobile e alla classe di sottofondo.

Il processo iterativo si conclude quando è stato calcolato il PCR relativo al velivolo con ACR più elevato.

Il valore del PCR di riferimento sarà quindi pari al valore dell’ACR dell’aeromobile critico calcolato al peso di riferimento MAGW, nel caso in cui quest’ultimo corrisponda al massimo ACR degli aeromobili costituenti lo spettro di traffico. Fra tutti i PCR calcolati si assume come rappresentativo della pavimentazione quello di valore maggiore. Per evitare di riportare valori di PCR non troppo realistici, le normative indicano di limitare il valore di PCR a 100-150% del relativo ACR.

Tale procedura è automatizzata all’interno di diversi software di calcolo che velocizzano l’esecuzione del processo iterativo, determinando in pochi secondi il valore PCR della pavimentazione; fra questi si rammentano: FAARFIELD sviluppato per soddisfare per la specifiche costruttive FAA, ALIZEE (distribuito da Itech) sviluppato per soddisfare le specifiche francesi, ELMOD (distribuito da Dynatest) sviluppato per elaborare i dati raccolti con campagne deflettometriche (FWD/HWD) implementabile con diversi modelli di performance dei materiali.

Fra i parametri che maggiormente influenzano la determinazione del parametro PCR vi è il volume di traffico di ciascun aeromobile e questo dovrebbe essere proiettato sulla durata della vita utile dell’infrastruttura. Solitamente questo viene espresso in termini di movimenti, che rappresentano la sommatoria di partenze e decolli, ma è solitamente preferibile assumere il numero di decolli considerando gli aeromobili al loro peso massimo MTOW.

Si dovrebbe tenere conto anche dell’effettivo percorso che gli aeromobili compiono a terra lungo tutto il tragitto dallo stand di partenza alla pista di volo, in modo da determinare l’effettivo numero di passaggi che vengono svolti per ogni infrastruttura.

La validità del PCR dipende dalla autenticità dei dati di input (traffico aereo e caratteristiche della pavimentazione). Poiché questi dati possono cambiare nel tempo, il PCR non dovrebbe essere considerato come un parametro invariabile. Una nuova valutazione del PCR dovrebbe essere effettuata ogni volta che il traffico aereo subisce cambiamenti significativi.

Questo può avvenire con l’introduzione (o rimozione) di un tipo di aeromobile o con variazioni significative nel numero di passaggi rispetto a quanto considerato nella determinazione originale del PCR. I dati della valutazione iniziale del PCR, in particolare il contributo dei diversi tipi di aeromobili al danno della pavimentazione, insieme al giudizio tecnico, dovrebbero aiutare a identificare se una variazione del traffico debba essere considerata significativa o meno.

VALUTAZIONE DEL PARAMETRO PCR SU PAVIMENTAZIONI ESISTENTI

La procedura finora descritta consente la determinazione per ciascuna infrastruttura del relativo parametro PCR; questa risulta univoca nel caso di calcolo di una pavimentazione in fase di progetto, in cui lo schema costruttivo è costante per tutta l’infrastruttura. Nel caso della fase di monitoraggio, per poter condurre una valutazione di tipo tecnico, si esegue solitamente una campagna di indagine con apparecchiatura GPR per la valutazione delle stratigrafie e con apparecchiatura HWD per la valutazione delle caratteristiche di portanza, con conseguente determinazione dei moduli elastici di ciascuno strato. Poiché lungo le progressive dell’infrastruttura i moduli non risultano mai esattamente coincidenti per le diverse postazioni investigate, per le diverse postazioni di rilievo HWD si determinano valori variabili dei parametri ACR e PCR.

Assumere come rappresentativo dell’intera infrastruttura il valore minimo potrebbe risultare troppo cautelativo e potrebbe condurre a sottostimare le caratteristiche della pavimentazione presente sull’intera infrastruttura. Per questo motivo si suggerisce una valutazione con approccio statistico, seguendo criteri simili a quelli impiegati per la determinazione di valori caratteristici in fase di progettazione, determinando valori come il 10°/15° percentile o il valore medio detratto della relativa deviazione standard, che tendono a escludere solamente pochi valori, adottando un approccio cautelativo e non influenzato dai valori assoluti massimi.

CONCLUSIONI

Il sistema ACR-PCR offre diversi vantaggi, come l’uso ottimizzato delle pavimentazioni e la coerenza tra la progettazione delle pavimentazioni e la valutazione dell’idoneità degli aeromobili.

Sebbene la procedura di calcolo dell’ACR sia completamente prescritta e relativamente semplice, il processo di determinazione del PCR è intrinsecamente più complesso e richiede molte competenze, tra cui geotecnica, conoscenza dei materiali per pavimentazione, modellizzazione del danno ed impatto degli aeromobili. Per sfruttare appieno questo nuovo sistema, gli aeroporti dovrebbero determinare il proprio PCR con la massima accuratezza possibile, il che richiede una raccolta e un’analisi accurata dei dati relativi al traffico aereo e alla struttura della pavimentazione.

Il calcolo del PCR si basa su un modello di danno della pavimentazione la cui selezione può influire drasticamente sul risultato. Poiché non esiste un modello di danno universale, è importante comprenderne le ipotesi e verificarne l’adeguatezza al contesto specifico di calcolo del PCR. In particolare, è necessario assicurarsi che il modello di danno implementato in un software di calcolo del PCR sia coerente con i parametri di progetto prima di utilizzarlo. In caso contrario, il PCR potrebbe essere valutato in modo errato inducendo sottodimensionamenti o ancora peggio sovradimensionamenti.

>  Se questo articolo ti è piaciuto, iscriviti alla Newsletter mensile al link http://eepurl.com/dpKhwL , ricorda di seguirci anche sulla nostra nuova pagina Instagram e leggi la nostra Rivista online a questo link <