X CONVEGNOX CONVEGNOX CONVEGNOX CONVEGNONAZIONALENAZIONALENAZIONALENAZIONALE

S.I.I.V.S.I.I.V.S.I.I.V.S.I.I.V.

S.I.R.A.T.: UN SISTEMA INTEGRATO PER ILRILIEVO E L’ANALISI DELLA TESSITURA

SUPERFICIALE

X CONVEGNO S.I.I.V

A

IstituUniversità di Palermo –

E-mE-maE-ma

Gabriele Boscainongela Ivana Minnella

Rosolino Vaianato di Costruzioni Stradali

Viale delle scienze – 90128 – Palermo – ItalyTel: +39.091.488062Fax: +39.091.487068ail: boscaino@ing.unipa.itil: iminnella@hotmail.comil: r_vaiana@hotmail.com

. – CATANIA – 26/28 OTTOBRE 2000

X CONVEGNO S.I.I.V.–CATANIA- 26/28 OTTOBRE 2000 1

S.I.R.A.T.: UN SISTEMA INTEGRATO PER IL RILIEVO EL’ANALISI DELLA TESSITURA SUPERFICIALE

GABRIELE BOSCAINO - Istituto di Costruzioni Stradali - Università di PalermoANGELA IVANA MINNELLA - Istituto di Costruzioni Stradali - Università di PalermoROSOLINO VAIANA - Istituto di Costruzioni Stradali - Università di Palermo

SOMMARIOL’importanza del rilievo del profilo della pavimentazione e quindi della tessiturasuperficiale è senz’altro correlata a quei fenomeni che scaturiscono dall’interazionepneumatico-pavimentazione e da cui dipendono la sicurezza, il costo el’ecocompatibilità del moto.Nell’ambito di un Progetto cofinanziato dal MURST, presso l’Istituto di CostruzioniStradali dell’Università degli Studi di Palermo, è stato messo a punto un Sistemaintegrato di Rilievo e Analisi della Tessitura (S.I.R.A.T.) concepito per il rilievo e larestituzione della geometria del piano viabile a livello di macro e micro-tessiturasuperficiale.Trattasi di un profilometro stazionario a sezione di luce inquadrabile nelle classi BCpreviste dalla Norma ISO 13473-3.Il sistema si basa su un’architettura modulare che consta essenzialmente di tre sezioni:PROF.IM. (PROFilometro per IMmagini), DIG.IM (DIGitalizzazione delle IMmagini),SCAN.IM (SCANsione del l’IMmagine).Partendo da un campione di pavimentazione, esso consente, come output ultimo, iltracciamento di un profilo z(x) in un formato file compatibile con tutti i più diffusisoftware di calcolo (Excel, MatLab etc.) per le successive elaborazioni volteall’esplicitazione di indicatori di tessitura.Ad un costo di implementazione decisamente contenuto si accompagna una particolarepredisposizione del sistema per ricerche di laboratorio finalizzate alla definizione diprotocolli di composizione di miscele bituminose a tessitura predeterminata.

ABSTRACTThe importance of the survey of pavement profile (and therefore of road-surface texturecharacteristics) is certainly correlated to tire-road interaction, which influences trafficsafety, transport economy and the environmental compatibility of vehicular motion.Whithin a Project cofinanced by the MURST, in Palermo University, RoadConstruction Institute, an integrated system for the survey and the description of thegeometry of road surface (in particular macrotexture and microtexture), denominatedS.I.R.A.T., has been setup.S.I.R.A.T. is a light sectioning profilometer. This profilometer is a stationary deviceclassifiable in Wavelength Range Class BC according to ISO 13473-3.The system is founded on a modular architecture that essentially consists of threesections: PROF.IM. (PROFilometer for IMages), DIG.IM (DIGitization of the IMages),SCAN.IM (SCANning of the IMages).Departing from a pavement sample, it allows to obtain, as final data, a text file (*.txt)and it is compatible with the most diffused data base programs (Excel, MatLab etc.) fora post-elaboration with the purpose to get a series of pavement indexes.

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The immediate advantage of the S.I.R.A.T. is a very low cost and a particularpredisposition for laboratory investigations with the purpose to get protocols ofcomposition of asphalt to predeterminaed texture.

1. PREMESSANello studio dei fenomeni fisici direttamente connessi all’interazione pneumatico-

pavimentazione, e degli effetti che tale interazione comporta è indispensabile fareriferimento alle caratteristiche superficiali della pavimentazione che, considerateesclusivamente dal punto di vista geometrico, si possono sintetizzare col termine“tessitura”.

Va sottolineata l’importanza del ruolo svolto da quest’ultima in obiettivideterminanti della progettazione stradale quali la sicurezza, il costo e l’impattoambientale della sovrastruttura, che si traducono, in fase di esercizio, nella qualità e nelbilancio energetico del contatto dinamico ruota-strada [1], [2], [3] e [4].

Nell’ambito di tale contatto le caratteristiche superficiali del piano di via partecipanoalla generazione di effetti quali aderenza, vibrazioni, resistenza e rumore dirotolamento, pertanto è divenuta particolarmente sentita l’esigenza sia di una univocadefinizione e rappresentazione della tessitura che di attendibili metodologie di rilievo.

La Norma ISO 13473-1 [5] la definisce come lo scostamento della superficie realeda un piano di riferimento. Le stesse Norme ne propongono una classificazione infunzione della lunghezza d’onda nei quattro domini principali: microtessitura(λ<0.5mm), macrotessitura (0.5mm<λ<50mm), megatessitura (50mm<λ<500mm) edirregolarità (0.5m<λ<50m) [5] e [6].

Nell’ambito di ciascuna classe e presso ulteriori partizioni della stessa viene poidefinita l’ampiezza h quale dimensione caratteristica del profilo nella direzioneortogonale al rivestimento.

Il problema della rappresentazione dell’ente tessitura trova soluzione in diversiindicatori proposti in sede internazionale. Le Norme ISO sopra richiamate fanno adesempio riferimento a TD (Profondità di tessitura), PD (Profondità del profilo), MTD(Profondità media di tessitura), etc. [5] e [7].

Si tratta di indicatori di tipo aggregato, nei quali cioè il valore fornito non hariferimento alcuno con la lunghezza d’onda o con una sua distribuzione in undeterminato dominio; molto più utili ai fini della ricerca dei legami correlativi causa-effetto di cui si è detto sono gli indicatori di tipo disaggregato, il cui contenutoinformativo, attraverso la spettralizzazione delle ampiezze, è molto più denso edespressivo delle caratteristiche geometriche del segnale profilo.

Le metodiche di rilievo della tessitura sono direttamente connesse con l’indicatore ola classe di indicatori alla cui esplicitazione sono dedicate; nel campo delle tecniche direstituzione del profilo geometrico z(x) gli strumenti utilizzati prendono il nome diprofilometri.

Questi sono classificati dalle Norme ISO 13473-3 [8] in relazione a diversecaratteristiche fra cui la più rilevante è il principio di funzionamento del dispositivo dirilievo: profilometri ad ago di contatto (Stilus Profilometer), profilometri a sezione diluce (Light Sectioning Profilometer), profilometri ad ultrasuoni (UltrasonicsProfilometer), profilometri laser (Laser Profilometer) [9], [10], [11], [12] e [13] .

Il profilo z(x), ricavato utilizzando i dispositivi sopra elencati è in realtà identificatoda una successione di altezze che, distribuite in maniera discreta, approssimano ilprofilo reale.

X

2. IL S.I.R.A.T.Negli ultimi anni hanno riscontrato maggiori consensi i sistemi di rilievo della

tessitura di tipo diretto, cioè quelli che risalgono agli indicatori di tessitura attraversol’analisi del profilo z(x), elemento bidimensionale, intersezione della superficie stradalecon un generico piano ad essa perpendicolare.

Nell’ambito di un progetto di ricerca co-finanziato dal MURST1 è stato messo apunto il prototipo di un Sistema Integrato di Rilievo ed Analisi della Tessituradenominato S.I.R.A.T. (fig.1), basato su moduli procedurali: PROF.IM (PROFilometroper IMmagini), DIG.IM (DIGitalizzazione delle IMmagini) e SCAN.IM (SCANsionedell’IMmagine).

Al termine delle tre procedure viene restituita una matrice colonna delle coordinate(x;z) del profilo in un formato file compatibile con tutti i più diffusi software di calcolo(EXCEL, MATLAB, ecc.).

1

iB

Figura 1 – Strutturazione del S.I.R.A.T

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PRIN 98 “La manutenzione e la riabilitazione delle pavimentazioni stradali: la gestione e le tecniche dintervento”; Coordinatore: Prof. P.Giannattasio; Responsabile dell’Unità operativa di Palermo: Prof. G.oscaino.

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Con riferimento alle Norme ISO 13473-3 [8], il SIRAT si classifica fra i profilometridi classe “BC”, inoltre per modalità e tempi di rilievo, non è catalogabile fra glistrumenti ad alto rendimento; ad un costo di implementazione decisamente contenuto siaccompagna una particolare predisposizione per ricerche di laboratorio finalizzate alladefinizione di protocolli di composizione di miscele bituminose a tessiturapredeterminata.

3. IL PROF.IM.Il PROF.IM., profilometro per immagini, è uno strumento che, a partire da una

qualsiasi pavimentazione da testare (input), restituisce speciali immagini della stessa supellicola fotografica (output).Utilizzando il principio di funzionamento dei profilometri a sezione di luce, ilPROF.IM. proietta sulla superficie stradale, in direzione ortogonale alla stessa, unsottile fascio di luce bianca che, “trattato” da un gruppo di lenti-filtro di raddrizzamento,sagomato attraverso una sottile fenditura e successivamente “messo a fuoco” da unaserie di lenti-obiettivo, incontra la pavimentazione determinando una macchia di colorebianco dai contorni definiti e nitidi.La linea di demarcazione luce-ombra segue l’andamento della tessitura superficialelungo una curva nello spazio tridimensionale, individuando un profilo z(x) lungo unadeterminata direzione.L’immagine della luce riflessa dalla pavimentazione ed in modo particolare la zona dicontrasto bianco/nero, viene fotografata utilizzando una camera con asse ottico inclinatorispetto all’orizzontale ed ortogonale alla direzione del pseudo rettangolo illuminato.Il sagomatore di luce genera il fascio luminoso e, convogliandolo, lo proietta sullapavimentazione2.

2 I componenti principali si possono individuare in una sorgente luminosa a lampada alogena, unospecchietto di recupero luce a calotta sferica, una condotta forzata che convoglia la luce attraverso unsistema di lenti filtro per la “correzione” dalle aberrazioni di tipo cromatico [9], un diaframmacostituito da una sottile fenditura dello spessore di circa 2 mm posto nelle immediate vicinanze delpiano di fuoco del sistema obiettivo con il compito di sagomare la luce che si proietta sulla superficie,un sistema obiettivo per la messa a fuoco della macchia di luce sulla pavimentazione, una ventola diraffreddamento ed un tubo di convoglio della luce sagomata.

Figura 2 – Sezione e vista assonometria del PROF.IM. (PROFilometro per IMmagini)

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La zona di contrasto luce-ombra viene ripresa da una camera fotografica NIKONF70 equipaggiata con un obiettivo NIKON-Nikkor 60mm MACRO a distanza focalefissa utilizzando pellicole fotografiche 50ISO-35mm in bianco e nero.

L’obiettivo Macro e la bassa sensibilità (50ISO) della pellicola fotograficaconsentono di realizzare riprese fotografiche a distanza ravvicinata, fino a 6÷8 cm dallapavimentazione illuminata3.

La ripresa delle immagini è effettuata mantenendo l’asse ottico inclinato rispettoall’orizzontale di un angolo variabile tra 20° e 50°, scelto in funzione dell’ampiezzadelle asperità superficiali. Al diminuire della profondità media di tessitura diminuiràl’angolo d’inclinazione in modo tale da rendere visibile, senza soluzione di continuità,l’immagine della striscia di luce sulla pavimentazione all’interno del fotogramma.

Il movimento della macchina fotografica avviene tramite un telaio di supportocostituito da un sistema di cinematismi a tre gradi di libertà.

L’operazione di acquisizione dei fotogrammi avviene in condizioni di “pseudo-camera oscura” realizzata da un box metallico antiriflesso di forma tronco-piramidale,proteggendo quindi l’area di presa da qualsiasi sorgente di luce diversa da quella emessadal sagomatore. Il PROFIM è alimentato a 24V in corrente continua.

4. PROCEDURA DIG.IMLa procedura DIG.IM. consiste nella trasformazione di un segnale analogico, cioè

l’immagine impressionata sulla pellicola negativa, in un segnale digitale qual è il filed’immagine di tipo raster.

Si avvale dell’ausilio di tre differenti unità informatiche con i seguenti requisitiminimi:

- un Personal Computer per la gestione del processo di digitalizzazione con lecaratteristiche appresso descritte;

- uno scanner per pellicole fotografiche ad alta risoluzione, modello NIKONCoolScan 2000, che consente la digitalizzazione delle immagini con una densitàmassima di pixel reali (non interpolati) pari a 2700pixel/pollice;

- un comune programma per la gestione dei fotogrammi (ad es. AdobePhotoshop);

- il software Nikon Scan 2.1, l’interfaccia visibile sul monitor dello scannerCoolScan 2000, che consente di effettuare la scansione delle immaginidirettamente dallo scanner Nikon.

5. LO SCAN.IMIl terzo modulo prende il nome dal software SCAN.IM4 che, effettuando una

particolare scansione delle immagini digitalizzate, ricava automaticamente la matrice(x;z) del profilo fotografato(fig.3).

L’algoritmo dello SCAN.IM. si basa sulla lettura, all’interno dell’immagine raster,della linea di contrasto bianco/nero che costituisce il profilo z(x), più esattamente diquei punti che compongono l’immagine, caratterizzati da una determinata luminositàpreselezionata dall’operatore. 3Particolare attenzione è stata rivolta all’assetto della camera fotografica, scegliendo un’impostazionematrix di lettura dell’esposizione alla luce ed una modalità di scatto a priorità di diaframmi; ciò haconsentito di ottenere un ottimo contrasto nella zona di transizione bianco/nero senza determinare unabbagliamento del soggetto.4Messo a punto con la collaborazione della LOGIKA Software Solutions.

X

dpa

icpr

rdc

s

Figura 3 – SCAN. IM.. In alto, particolare della barra di stato. Al centro, schermata informativa di presentazione del software. In basso, finestre di controllo

numerico.

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La ricerca dei suddetti punti è effettuata attraverso un “contatore” il quale all’internoi una finestra di scansione aperta dall’operatore, analizza tutti i punti immagine (pixel)artendo dall’alto verso il basso e spostandosi di volta in volta da sinistra verso destrall’interno dell’area di lavoro.

Al termine di questa fase l’algoritmo permette il riconoscimento del pixelndividuato, sul video di interfaccia del programma, assegnando ad esso una diversaromatura rispetto al colore originario; l’insieme di questi punti individua quindi ilrofilo z(x) raffigurato da una linea di demarcazione colorata fra la zona illuminata e ilesto dell’immagine, chiaramente visibile sullo schermo.

Contemporaneamente, nella memoria del personal computer, viene effettuata laegistrazione delle coppie di coordinate (x,z), in millimetri, relative ai pixels oggettoella ricerca e calcolate rispetto ad un sistema di riferimento assoluto la cui origineoincide col vertice in basso a sinistra dell'immagine.

La matrice è salvata dallo SCAN.IM. nel formato *.txt compatibile con i più diffusioftware di calcolo.

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6. PRESTAZIONI SPECIFICHE DEL SIRAT E CLASSIFICAZIONESECONDO LE NORME ISO 13473-3

Secondo la Norma ISO 13473-3 [8] i profilometri vengono classificati prendendo inconsiderazione i seguenti aspetti:

- mobilità dello strumento;- intervallo di lunghezza d’onda rilevabile;- natura del contatto strumento-pavimentazione rilevata;- principio di funzionamento del dispositivo di rilievo,

inoltre vengono esaminati tutti e soli quei parametri necessari alla classificazionedegli strumenti che consentono il rilievo della micro-, macro- e megatessitura dellapavimentazione.

Con riferimento alla mobilità dello strumento, il SIRAT si colloca fra i profilometridi tipo stazionario in assenza di traffico, difatti va messo in stazione direttamente sullapavimentazione ogni qualvolta si voglia effettuare una misura e non consente celerispostamenti da un rilievo profilometrico al successivo; inoltre, pur avendo un’area diingombro abbastanza ridotta, comporta la limitazione del traffico veicolare sulla sezionestradale oggetto del rilievo.

Per quanto riguarda l’intervallo di lunghezze d’onda rilevabili, le Norme ISOindicano cinque classi di profilometri, ciascuna delle quali è contraddistinta da unalettera come indicato nella tab.1:

Classe A B C D EIntervallo di lunghezza

d’onda (mm) 0,05-0,16 0,2-0,5 0,63-2,0 2,5-50 63-500

Tabella 1 – Classificazione secondo gli intervalli di lunghezza d’onda rilevati. Lelunghezze d’onda sono espresse in termini di centri di bande di 1/3d’ottava. Si noti che le prestazioni del profilometro devono comprenderel’intera banda di lunghezze d’onda della classe considerata.

Il SIRAT, è in grado di rilevare lunghezze d’onda all’interno di un range 0.02-100mm pertanto potrebbe essere classificato come WR (Wavelength Range) Classe ABCD.Per un profilometro, l’appartenenza ad una classe è prevista solo se vengono rilevatetutte le lunghezze d’onda dell’intervallo indicato nella classe presa in considerazione

In merito alla natura del contatto tra il profilometro e la superficie da rilevare,considerando la descrizione del SIRAT riportata in precedenza, è evidente la suacollocazione fra i dispositivi di non-contatto.

Infine, prendendo in considerazione l’aspetto caratterizzante dei profilometri, cioè ilprincipio di funzionamento del “sensore” che esegue la “lettura” della grandezzatessitura, il PROFIM si può senz’altro classificare fra i profilometri a sezione di luce(Light Sectioning Profilometer).

Per quanto riguarda il range verticale di misura le altezze stimate con l’apparecchioSIRAT non sono affette da errori dovuti al movimento verticale della sorgente o deldispositivo di lettura, tipici dei dispositivi mobili. Di fatto, una volta messo in stazionelo strumento, in posizione pseudo-parallela rispetto al piano stradale, la ripresa vieneeffettuata senza alcun movimento della camera fotografica, quindi mantenendoinalterata la distanza fra l’obiettivo e la superficie da testare. La capacità del sistema dimisurare le distanze verticali soddisfa pienamente i requisiti minimi previsti dalle ISO.

Con riferimento alla valutazione orizzontale delle lunghezze ed in particolare allaminima distanza rilevata ininterrottamente, il SIRAT si collocherebbe ancora nelle

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classi ABCD, riuscendo a misurare un profilo la cui lunghezza ininterrotta raggiunge i200 mm.

Secondo la normativa in considerazione, i profilometri che misurano e restituisconosolo curve di profili devono garantire una risoluzione verticale pari almeno a 0.05 mm,condizione pienamente soddisfatta dal SIRAT che raggiunge valori di risoluzione pari a0,01mm. Nei casi generali, ed in particolare per i profilometri che utilizzano l’analisispettrale, la risoluzione verticale deve possedere dei requisiti minimi definiti per ogniclasse di lunghezze d’onda.

In relazione ai valori di risoluzione verticale minima, il SIRAT si colloca fra iprofilometri di classe BC e trattandosi di un sistema profilometrico per la lettura diimmagini digitalizzate, la risoluzione coincide con la dimensione del pixel.

Per i dispositivi a sezione di luce le ISO prevedono inoltre che la linea di contrastobianco/nero proiettata sulla pavimentazione abbia uno spessore minore del valore dirisoluzione orizzontale ∆x. Il valore di ∆x per il SIRAT è di 0,05 mm, pari alladimensione del singolo pixel e quindi alla linea di demarcazione bianco-nero; ciò neconferma l’appartenenza alle classi BC sopra indicate.

7. PROCEDURA DI CALIBRAZIONE7.1 Rilievo e restituzione di una superficie TEST attraverso l’uso del S.I.R.A.T.

Nell’intento di testare la ripetibilità, e nel contempo, ottimizzare le procedure diripresa e restituzione di profili z(x) attraverso l’uso del S.I.R.A.T., ci si è avvalsi di unasuperficie di calibrazione (superficie TEST) la cui tessitura, anisotropa egeometricamente nota, presenta un profilo ad onde “quadre” con andamento periodicoregolare: lunghezza d’onda 4mm, ampiezza picco-valle 1mm come mostrato in fig. 4.

La procedura di calibrazione ha comportato il rilievo e la restituzione della matricez(x) di uno profilo campione di lunghezza pari a 200mm individuato sulla superficieTEST.

Il rilievo e la restituzione del profilo campione sono stati effettuati per un numero di30 ripetizioni (letture), da parte di uno stesso operatore. Per ogni iterazione del processodi rilievo e restituzione si sono mantenute invariate le condizioni di ripresa1 del moduloPROF.IM.:- apertura del diaframma f/11, modalità di esposizione a priorità di diaframmi,

modalità di misura dell’esposizione matrix, baseline di ripresa 200mm, angolod’incidenza superficie TEST-asse ottico camera fotografica 26°;

- così come sono state mantenute immutate le impostazioni di acquisizione delmodulo DIG.IM.:

1 Tali condizioni sono state testate in precedenza e rappresentano le condizioni ottimali per una

restituzione “fedele” del profilo.

Figura 4 – Geometria “ideale” superficie TEST di calibrazione

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- massima risoluzione ottica di scansione offerta dallo scanner 2700dpi noninterpolati, supporto analogico dell’immagine pellicola fotografica negativa,formato digitale dell’immagine Bitmap (bpm);

e quelle di scansione del modulo SCAN.IM.:- risoluzione orizzontale ∆x ≅ 0.06mm ≅ 16.8 pixel, risoluzione verticale ∆y ≅ 0.07mm

≅ 14.2 pixel, passo di scansione ∆x ≅ 0.06mm.- Per evitare fenomeni di riflessione della luce, la superficie TEST, in prossimità del

profilo campione, è stata trattata superficialmente con un sottile strato di vernicenero opaco. La tabella seguente riassume le impostazioni e le modalità di rilievo erestituzione adottate.

Pellicola ILFORD PAN F 50 plus B&WObiettivo NIKON-Nikkor 60mmApertura diaframma f/11Modalità di esposizione a priorità di diaframmiModalità di misura dell’esposizione matrixBaseline di ripresa b 200 mmAngolo d’incidenza α 26° circa

PROF.IM.

Trattamento superficiale Sottile strato di vernice nera opacaRisoluzione ottica di scansione 2700dpi non interpolatiSupporto analogico immagine pellicola negativa

DIG.IM

Formato digitale immagine Bitmap (bpm)

Risoluzione orizzontale ∆x 16.8 pixel ≅ 0.06mmRisoluzione verticale ∆y 14.2 pixel ≅ 0.07mm

SCAN.IM

Passo di scansione ≡ ∆x 0.06mmTabella 2 – Quadro riepilogativo delle “variabili di governo” del rilevo e restituzione

profilometrica del S.I.R.A.T.

La tessitura della superficie TEST è stata realizzata mediante l’uso di macchinafresatrice; ciò ha naturalmente comportato delle alterazioni rispetto ai valori “ideali” difig.4. Tali alterazioni sono da addebitare al grado di precisione ottenuto dallalavorazione meccanica.

Al fine di testare la “bontà” geometrica della superficie TEST è stato allora effettuatoil rilievo del profilo campione con uno dispositivo laser2 la cui precisione, in termini discarto quadratico dalla media, è di 2.5µm = 0.0025mm ricavandone anche in questocaso una matrice colonna delle coordinate (x,z) dove il passo di scansione ∆x è pari acirca 0.017mm.

7.2 Trattamento dei dati profilo z(x)Le trenta matrici z(x) restituite dal S.I.R.A.T. così come la matrice restituita dal

profilometro laser sono state impiegate per determinare undici descrittori aggregati dellatessitura superficiale [14], [15] e [16] da mettere a confronto. Si tratta di indicatori per iquali l’informazione fornita non è riferita ad una singola classe di lunghezza d’onda delprofilo preso in esame ma, piuttosto, all’effetto che il complesso delle lunghezze d’ondae delle relative ampiezze, cioè quindi l’intera geometria della superficie, sortisce sulvalore del singolo indicatore.

Gli indicatori aggregati stimati sono di seguito brevemente descritti:

2 Si tratta di un profilometro stazionario, Conoscan2000, equipaggiato con un lettore laser Optimet diclasse II con lente 50mm.

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MPDaipcr:Mean ProfileDepth

Rappresenta la distanza media fra i punti del profilo ed una retta tangente la sommità del piccopiù alto contenuto nel profilo campione analizzato. Il calcolo deve essere realizzato conriferimento ad una lunghezza di baseline dello stesso ordine di grandezza di quella relativaall’interfaccia pneumatico/piano viabile. La norma indica tale lunghezza pari a 138mm.

Per il profilo campione in condizioni di idealità geometrica il valore teorico atteso è pari a0.5mm.

MPDiso:Mean ProfileDepth

Tale descrittore è rappresentato dalla seguente espressione:

mediopiccopicco

iso LivelloLivelloLivello

MPD −°+°

=2

21

rispetto alle prescrizioni AIPCR, la lunghezza di baseline è pari a 100mm ± 10mm e vienesuddivisa in due parti uguali per ciascuna delle quali risulta identificato un livello di piccodistinto. Il descrittore MPDiso è quindi calcolato mediando aritmeticamente i due valori dipicco e sottraendo, al valore così ottenuto, il livello medio del profilo.

Per il profilo campione in condizioni di idealità geometrica il valore teorico è pari a 0.5mm.RtPeak-to-valleyHeight

Distanza massima sommità-incavo. È da intendersi come la massima distanza verticale tra ilpicco più alto e la valle più bassa del profilo. Tale descrittore è stato calcolato per unalunghezza di baseline di 140mm.Per il profilo campione in condizioni di idealità geometrica il valore teorico è pari a 1mm.

RaAverageRoughness

Rappresenta una misura “grezza” della “rugosità” della superficie. In altri termini si tratta delvalor medio delle deviazioni (assolute), riferite alla linea media del profilo.Per il profilo campione in condizioni di idealità geometrica il valore teorico è pari a 0.5mm.

RuLevelling Depth

Distanza tra la linea media ed una retta parallela tangente ai punti più alti del profilo:Ru= zmax – zmedio.

Per il profilo campione in condizioni di idealità geometrica il valore teorico è pari a 0.5mm.RmMean Depth

Distanza tra la linea media ed una retta parallela tangente alle concavità più accentuate, cioè aipunti più in basso.Per il profilo campione in condizioni di idealità geometrica il valore teorico è pari a 0.5mm.

Significato geometrico dei descrittori - Rt – Ra –Ru -Rm.

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RpDepth of SurfaceSmoothness

È esprimibile, nel discreto, attraverso la relazione: Rp = Σ (zmax-zmedio)/L. Del tutto analogo aivalori introdotti per gli MPDaipcr ed MPDiso.Per il profilo campione in condizioni di idealità geometrica il valore teorico è pari a 0.5mm.

VarVarianza, stimata nel discreto come: ∑

=

−=N

imediozz

NVar

1

2)(1

Per il profilo campione in condizioni di idealità geometrica il valore teorico è pari a 0.25mm2.RMSRoot MeanSquareRoughness

Scarto quadratico medio, stimato nel discreto come: ∑=

−=N

imediozz

NRMS

1

2)(1

Per il profilo campione in condizioni di idealità geometrica il valore teorico è pari a 0.5mm.SkSkewness Asimmetria, valutata nel discreto come: ∑

=

− −=N

imediozz

NRMSSk

1

33 )(1

Per il profilo campione in condizioni di idealità geometrica il valore teorico atteso è pari a 0.KKurtosis Curtosi, valutata nel discreto come: ∑

=

− −=N

imediozz

NRMSK

1

44 )(1

Per il profilo campione in condizioni di idealità geometrica il valore teorico atteso è pari a 1.

Si riporta di seguito (tab. 3) il quadro riepilogativo dei valori assunti da talidescrittori per tutte le 30 restituzioni del profilo campione da parte del S.I.R.A.T., ilvalore medio, la varianza e lo scarto quadratico da tale valore medio; nonché quelloottenuto dalla lettura del profilo attraverso il profilometro laser, e quello teorico riferitoalla geometria “ideale” della superficie.

Tabella 3 – Quadro riepilogativo descrittori aggregati

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Dalla tab.3 è possibili trarre le prime importanti considerazioni:- le condizioni di “idealità” geometrica della superficie TEST, nella fattispecie del

profilo campione, dalle quali è stato possibile risalire ai valori teorici attesi deidescrittori, possono dirsi “alterate” dal processo di fresatura. Basta infatticonfrontare i valori teorici con i valori ricavati dalla post-elaborazione numericadella matrice (x,z) ottenuta dal rilievo con il profilometro laser;

- tali “alterazioni” vengono però soddisfacentemente percepite anche dalS.I.R.A.T.. Infatti il confronto tra i valori dei descrittori ottenuti dal rilievoprofilometrico laser e il valore medio degli stessi ottenuto su 30 determinazionidel profilo attraverso il S.I.R.A.T., è confortante:

o i descrittori prettamente geometrici MPDaipcr, MPDiso, Rt, Ra, Ru, Rm edRp, presentano una differenza massima assoluta, fra valori “SIRAT” evalori “Laser” di circa 0.01÷0.02mm;

o i descrittori prettamente statistici Var ed RMS presentano una differenzamassima assoluta di circa 0.01mm;

o i descrittori Sk e K, che forniscono notizie di varia natura sulladistribuzione delle ampiezze lungo tutto il profilo, presentano: per Skuna differenza massima assoluta di circa 0.1, che è più facilmenteinterpretabile se valutata in termini relativi, essendo Sklaser>0 ed Sksirat<0e quindi entrambi “vicini” al valore zero (condizione quest’ultima diperfetta simmetria delle ampiezze), mentre per K una differenza massimaassoluta di circa 0.05 confermando una distribuzione platicurtica delleampiezze (Kteorico = 1) tipica dei profili a onde “quadre”.

7.3 Ripetibilità del S.I.R.A.T.Per completezza di indagine è stato condotto uno studio statistico sull’affidabilità del

sistema; ed è proprio per tale motivo che la restituzione dello stesso profilo, con lastessa apparecchiatura e lo stesso operatore, a parità di tutti gli altri parametri, è stataripetuta per un numero sufficiente di volte.

Si è quindi proceduto alla verifica dell’ipotesi di normalità degli errori compiutinell’eseguire l’intero percorso di restituzione dei descrittori aggregati, utilizzando il testdi Shapiro & Wilk e facendo riferimento ai tre descrittori aggregati più rappresentativi ediffusi nel campo della ricerca scientifica: MPDaipcr, MPDiso e RMS.

Per quest’ultimi si sono valutati rispettivamente i tre valori del coefficiente Wottenendo:

- WMPDaipcr= 0.9644;- WMPDiso= 0.9908;- WRMS= 0.9818;

i quali, confrontati con il valore teorico atteso per un livello di confidenza pari al 5%,Wteorico=0.927, risultano largamente maggiori. Si conferma quindi l’ipotesi di normalitàdei risultati.

È stato ancora possibile determinare la ripetibilità dell’intera procedura rilievoprofilo-restituzione descrittori MPDaipcr, MPDiso e RMS, calcolando:

- le varianze di ripetibilità 29

)(30

1

2

2∑

=

−= i

medioi

Xrip

XXσ ;

X CONVEGNO S.I.I.V.–CATANIA- 26/28 OTTOBRE 2000 13

- la ripetibilità della prova 2296.1 Xripr σ= ;

- la ripetibilità percentuale della prova medioXrrip ⋅= 100% ;

dove:Xi = i-esima determinazione del descrittore X, con i∈[1;30];Xmedio = valore medio del descrittore X;σXrip = scarto quadratico dal valore medio per il descrittore X .

ottenendo i valori sinteticamente raccolti in tab. 4.

Descrittoreaggregato

σσσσ2rip r %ripMPDaipcr 0.000260 0.045140 8.05%MPDiso 0.000281 0.046486 8.44%RMS 0.000028 0.014560 2.96%

Tabella 4 – Parametri di ripetibilità del S.I.R.A.T. per i descrittori aggregati dellatessitura MPDaipcr, MPDiso e RMS.

8. CONCLUSIONIIl sistema S.I.R.A.T. per il rilievo e la restituzione della tessitura superficiale in

termini di indicatori “aggregati”, per quanto precedentemente riportato, offre,nell’insieme delle procedure in esso contemplate, la possibilità di una rappresentazionesufficientemente fedele delle caratteristiche geometriche del piano di via.

Pur nei limiti dei domini di lunghezza d’onda con esso esplorabili (essenzialmentemacrotessitura e parzialmente microtessitura) e della non immediatezza del risultato, ilS.I.R.A.T., con un costo di implementazione decisamente contenuto e sfruttandoattrezzature spesso di uso generale (PC, scanner, apparecchiatura fotografica), siconfigura come utile ed affidabile strumento di laboratorio e da campo per ricerche sullatessitura superficiale delle pavimentazioni stradali.

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