La progettazione strutturale di pavimentazioni rigide: analisi critica dei metodi razionali e sviluppo di un applicativo di calcolo = Structural design of rigid pavements: a critical analysis of rational methods and development of a computational tool

Il progetto strutturale delle pavimentazioni, così come qualsiasi procedura di dimensionamento, consiste in un processo iterativo ove, partendo da variabili esogene rappresentative le azione esterne e il sistema, si giunge, mediante correzioni in itinere, ad una possibile soluzione che soddisfi le condizioni al contorno del problema. L’obiettivo principale di questo documento è fornire un’analisi critica di alcuni approcci progettuali, basati su metodi razionali ampiamente impiegati in ambito internazionale, con lo scopo di individuare delle linee guida potenzialmente utili all’elaborazione di una procedura di dimensionamento strutturale delle pavimentazioni rigide che ben si adatti al contesto italiano. Per tale scopo, a valle di una ricerca letteraria tra i modelli disponibili, per compatibilità geografica, importanza storica, rilevanza internazionale, nonché semplicità di implementazione per effettuare analisi successive, la scelta è ricaduta sul metodo razionale francese e quelli australiano e statunitense. Il metodo francese, di riferimento in molti paesi francofoni, prevede l’analisi strutturale basata sul multistrato elastico e riduce il problema di progetto alla verifica che le tensioni di trazione all’intradosso della lastra e della fondazione siano inferiori rispetto ai rispettivi valori ammissibili dipendenti dal comportamento a fatica dei materiali e dal numero di ripetizioni di un asse di riferimento. Il metodo australiano basa la sua analisi sul metodo statunitense ed è calibrato sulle reti stradali australiana e neozelandese. Il progetto prevede che lo spessore ipotizzato della lastra sia tale da ottenere percentuali di danneggiamento nei confronti di fatica ed erosione limitate, per conservare l’integrità strutturale. Il metodo statunitense, proposto nella sua versione più nota del 1984, dalla Portland Cement Association, viene preso in considerazione per la sua importanza storica nonché l’ampia diffusione internazionale. La modellazione di schemi strutturali con il software ad elementi finiti “KENPAVE” permette di comprendere meglio il significato di concetti come tensioni equivalenti e fattori di erosione alla base della procedura grafica del metodo, permettendo, con un ragionevole errore, di ottenere risultati convergenti con quest’ultimo. Lo strumento di calcolo sviluppato in Excel per i diversi metodi si basa sull’acquisizione delle variabili indipendenti delle diverse procedure (traffico, materiali, spessori, ambiente) e consente la verifica strutturale secondo i relativi criteri di rottura. Per quanto concerne gli approcci australiano e statunitense, questo è reso possibile mediante funzioni di trasferimento piuttosto che equazioni e tabelle forniti dalle relative guide e studi successivi; il metodo razionale francese invece, non essendo prescindibile dalla risoluzione del multi-strato elastico, richiede l’impiego di una function Matlab, basata sulla suite opensource “ALVA”, che non solo calcola e restituisce la soluzione richiesta ma consente un aggiornamento della stessa al variare dei dati di ingresso, migliorando l’efficienza del processo e sfruttando l’interoperabilità tra Matlab ed Excel. La validazione dello strumento, declinato per le differenti procedure, è avvenuta considerando gli esempi di riferimento forniti nelle guide. Il risultato è la possibilità di analisi di sensitività, ottimizzazione e, nel caso di dati di input comuni, comparazione.