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Lezione 09: Le pavimentazioni aeroportuali
Roberto Roberti Tel.: 040/558.3588
E-mail: roberti@dia.units.it
Anno accademico 2015/2016
Università degli Studi di TriesteDipartimento di Ingegneria e ArchitetturaLaurea Magistrale: Ingegneria CivileCorso di INFRASTRUTTURE AEROPORTUALI
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ArgomentiFunzioni pavimentazioni
Differenze tra pavimentazioni stradali e aeroportuali
Il terreno di sottofondo
I materiali delle pavimentazioni
I carichi
I metodi di dimensionamento
La classifica delle pavimentazioni aeroportuali
Esempi di Calcolo
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Funzioni delle pavimentazioni
GARANTIRE LA SICUREZZA NELLE OPERAZIONI A TERRA
ASSICURARE UN PIANO STABILE PER LA CIRCOLAZIONE DEGLI AEREI
ASSICURARE L’ASSENZA DI VIBRAZIONI
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Progettare e gestire le pavimentazioni
PROGETTAZIONE STRUTTURALE Spessori strati e material i
PROGETTAZIONE PIANO SUPERFICIALE Materiali
VALUTAZIONE STRUTTURALE
VALUTAZIONE CARATTERISTICHE SUPERFICIALI
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Tipologia pavimentazioni
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Differenze tra pav. stradali e aeroportuali
PAV. AEROPORTUALI PAV. STRADALI
Pesi veicoli 400 t 44 t
Carico per carrello 100 t 12 – 20 t
Pres. Pneumatici 1,4 MPa (14 kg/cm2) 0,8 MPa (8 kg(cm2)
Velocità 300 km/h 100 km/h
Ripetizioni di carico < 6.000.000 in 20 anni > 300.000.000 in 20 anni
Azioni dinamiche elevate e ripetute poche e di modesta entità
Estensione elevata in larghezza elevate in lunghezza
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Dati e obiettivi del progetto strutturale
DATI
•Caratteristiche del terreno di sottofondo
•Materiali costituenti la pavimentazione
•Fattori climatici
•Carichi
•Traffico
•Distribuzione trasversale dei carichi
•Vita utile
OBIETTIVI
•Spessori pavimentazioni
•Prescrizioni capitolari sui materiali e sulle modalità costruttive
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Il sottofondo PORTANZA: capacità di sopportare i carichi sotto determinati cedimenti
ALCUNI INDICI DI PORTANZA:
“E” [N/m2]: modulo elastico (modulo di deformazione);
“K” [N/m3]: modulo di reazione
“CBR”: indice California Bearing Ratio
CLASSIFICAZIONI: FAA
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Il modulo elastico( )21
fap
2E µ−⋅⋅⋅π=
E = Modulo elastico [N/m2]
p = pressione tra piastra e terreno [N/m2]
a = raggio della piastra [m]
f = freccia (cedimento) [m]
µ = modulo di Poisson
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Il modulo di reazione
fp
K =
K = Modulo di reazione [N/m3]
p = pressione tra piastra e terreno [N/m2]
f = freccia (cedimento) [m]
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Influenza del diametro della piastra
fp
K =
( )21fap
2E µ−⋅⋅⋅π=
p/f
( ) f
p
aµ1π
E22
=⋅−⋅
⋅
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Modulo elastico e dinamico
sd EcE ⋅= c = 1,1 - 2
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Indice CBR
10070
pI 5,2
5,2 ⋅=
100105p
I 55 ⋅=
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Classifica FAA
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Correlazioni tra indici
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I materiali
α−⋅=ε NDN
)Nlog(0824,09715,0.Rot
max ⋅−=σσ
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I fattori climatici
TEMPERATURA (valori, variazioni stagionali, giornal iere)
PERCENTUALE ACQUA NEL TERRENO
GELO (profondità)
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L’entità dei carichi
Ni = ripetizioni di carico dell’aereo i-esimo che porta al collasso della pavimentazione
ni = ripetizioni reali di carico dell’aereo i-esimo
Ns = ripetizioni di carico dell’aereo di riferimento che porta al collasso della pavimentazione
ns = ripetizioni reali di carico dell’aereo di riferim ento che porta allo stesso danno della mix di traffico
11
=∑=
k
i i
i
Nn
ssii NdNd ⋅=⋅ ii
s
s
i FNN
dd == ∑∑∑
===
⋅⋅=⋅==k
1iisi
k
1iii
k
1ii FdndnDD
∑=
⋅==k
1iii
ss Fn
dD
n
αε −⋅= ii AN
αε −⋅= ss AN
∑∑==
⋅=⋅=k
1i i
is
k
1i i
sis N
nN
NN
nn
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La diversità dei carrelli (1)4
2
3
)1(12 K
hEl
⋅−⋅⋅=ν
st
st
sd
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La diversità dei carrelli (2)
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La dispersione della traiettorie
L100dnt
NC⋅⋅⋅⋅=
L
d
C = numero ricoprimenti (coperture)
N = numero operazioni
t = percentuale di traffico che interessa L
n = numero di ruote affiancate per carrello
d = larghezza area di contatto della ruota
L = larghezza striscia interessata dal traffico “t”
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I metodi di dimensionamento
METODI EMPIRICI: basati su dati sperimentali;
METODI SEMIEMPIRICI: nei quali i dati sperimentali corretti con interpretazioni teoriche;
METODI ANALITICI (RAZIONALI): hanno seguito un impo stazione teorica validata da risultati sperimentali;
METODI PER PAVIMENTAZIONI FLESSIBILI
METODI PER PAVIMENTAZIONI RIGIDE
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Metodi empirici basati su classificazioni
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Metodo CBR
RUOTA SINGOLA
Pressione pneumatici = 6 kg/cm2
RUOTE GEMELLE
Pressione pneumatici = 9 kg/cm2
Interasse ruote = 0,70 m
RUOTE DOPPIO TANDEM
Pressione ruote = 12 kg/cm2
Interasse longitudinale = 1,4 m
Interasse trasversale = 0,75 cm
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Teoria del Westergaard
)r(q)z(wD 2 =∆⋅)1(12
sED 2
3
ν−⋅⋅=
2
2
22
drdw
r1
drwd
)z(w
⋅+=∆
)r(wK)r(p)r(p)r(p)r(q gg ⋅−=−=
+⋅⋅=σ 069,1bl
log4ps316,0
g2
42
3
)1(12 K
sEl
⋅−⋅⋅=ν s675,0sa6,1b 22 ⋅−+⋅=
Raggio fittizioRaggio rigidezza
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Metodo PCA.Rotamm c σ⋅=σ
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Metodo FAA (1)CIRCOLARE FAA 150/5320-6e (ultima versione)Programma di dimensionamento delle pavimentazioni nell’ultima versione della norma FAARFIELD
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Metodo FAA (2)
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Metodo FAA (3)
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Metodo FAA (4)
2
5,0
1
21 Nlog
PP
Nlog ⋅
=
N1 = numero di partenze annue dell’aereo di progetto
N2 = numero di partenze annue dell’aereo considerato già omogenizzato per carrello
P1 = carico per ruota dell’aereo di progetto
P2 = carico su ruota per l’eareo considerato
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Metodo FAA (5)
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Metodo FAA (6)
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Metodo FAA (7)
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Metodo FAA (8)
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Metodo FAA (9)
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Metodo FAA (10)
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Metodo FAA (11)
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Metodo LCN (1)LCN (Load Classification Number):
LCN(pav) > LCN(aereo)
0,44
2
Curva aereo
tcosA
Q44,0 =
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Metodo ACN – PCN (1)ACN (Aircraft Classification Number): numero che esprime l’effetto strutturale prodotto da un aereo con il suo carrello principale su differenti tipi di pavimentazione, per specifici valori di resistenza standard, in termini di carico per ruota singola gonfiata ad una pressione di 1,25 Mpa.
PCN (Pavement Classification Number): numero che esprime la relativa capacità di una pavimentazione a sopportare carichi, in termini di carico per ruota singola, gonfiata ad una pressione di 1,25 Mpa
Annesso 14 ICAO; Aerodrome design manual (part 3) Pavements
CIRCOLARE FAA 150/5335-5a (ultima versione)Programma di dimensionamento delle pavimentazioni nell’ultima versione della norma COMFAA
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Metodo ACN – PCN (2)
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Metodo ACN – PCN (3)L’ ACN è definito come il doppio del carico su ruota singola (CRS), espresso in migliaia di kg, avente una pressione di gonfiaggio standard pari a 1,25 MPa, che richiede lo stesso spessore di pavimentazione di quello dell’aeromobile in esame.
Il modello di calcolo adottato per la determinazione del suddetto carico è:
per la pavimentazioni flessibili il metodo dell’USCE (United State Corps of Engineering) per 10.000 ricoprimenti;
per le pavimentazioni rigide il metodo del Westergaard rielaborato dalla PCA (portland Cement Association) con riferimento ad una sollecitazione di esercizion per il calcestruzzo di 2,75 MPa.
1000
2 CRSACN
⋅=
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Metodo ACN – PCN (4)CLASSI DEL TERRENO DI SOTTOFONDO
CLASSE A (portanza alta )
P. R.: valore caratteristico della classe K =150 MN/m3; limiti di classe > 120 MN/m3
P. F.: valore caratteristico della classe CBR = 15; limiti di classe > 13
CLASSE B (portanza media)
P. R.: valore caratteristico della classe K = 80 MN/m3; limiti di classe 60 - 120 MN/m3
P. F.: valore caratteristico della classe CBR = 10; limiti di classe 8 – 13
CLASSE C (portanza bassa)
P. R.: valore caratteristico della classe K = 40 MN/m3; limiti di classe 25 - 60 MN/m3
P. F.: valore caratteristico della classe CBR = 6; limiti di classe 4 – 8
CLASSE D (portanza molto bassa)
P. R.: valore caratteristico della classe K = 20 MN/m3; limiti di classe < 25 MN/m3
P. F.: valore caratteristico della classe CBR = 3; limiti di classe < 4
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Metodo ACN – PCN (5)Pressione dei pneumatici
Classe W “High” nessun limite di pressione > a 1,50 Mpa
Classe X “ Medium” pressione inferiore a 1,50 Mpa
Classe Y “Low” pressione inferiore a 1,0 Mpa
Classe Z “Very Low” pressione inferiore a 0,5 Mpa
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Metodo ACN – PCN (6)
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Metodo ACN – PCN (7)
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Metodo ACN – PCN (8)
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Metodo ACN – PCN (9)
⋅−
⋅
⋅−
⋅=
Max21
R21MaxR
pC1
CBRC1
pC1
CBRC1
ACNACN
C1 = 0,5695
C2 = 32,035
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Metodo ACN – PCN (10)
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Metodo ACN – PCN (11)
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Metodo ACN – PCN (12)
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Metodo ACN – PCN (13)
PCN 70 / R / C / W / U
Rigida ( R) o Flessibile (F)
Portanza del sottofondo A, B, C, D
Pressione di gonfiaggio W, X, Y, Z
Metodo di valutazione: tecnica (T), funzione d’uso (U)
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Esempio di calcoloDati di progetto:
Caratteristiche del terren di sottofondo: CBR 15; K = 5,13 log(CBR) + 0,41 [dN/cm3] (per CBR da 2 a 30) K=26,67 log(CBR) –31,45 (per CBR 30 –100)
Materiali: per la fondazione misto granulare CBR 30, misto di frantumazione CBR 80
Per la base conglomerati bituminosi oppure calcestruzzi con σrot = 35 kg/cm2 (rottura a 28 giorni)
Aereo mix % Mtow carrello
MD 80 56 67 000 kg ruote gemelle
ATR 42 32 14500 ruote gemelle
BAe146 12 44000 ruote gemelle
Numero di operazioni giornaliere 25 di cui il 50% di aerei commerciali.
PROGETTARE LE PAVIMENTAZIONI FLESSIBILI E RIGIDE, C ALCOLARE GLI ACN DEGLI AEREI E I PCN DELL’AEROPORTO
Norma FAA file: 5320-6dp1/2/3/4/5. Pdf; 5320-6e. Pdf
Norma FAA file: 5335- 5-1/2. Pdf;