• HWD
• GPR
• FOD Index
• PCI

La tesi è intitolata “Ammalorati superficiali e analisi strutturali nell’implementazione di un sistema di gestione delle pavimentazioni rigide aeroportuale (APMS)” ad indicare come nell’ambito delle pavimentazioni rigide, nello specifico quelle aeroportuali, sia le indagini visive (aventi il fine di individuare gli ammaloramenti superficiali) sia quelle strutturali (con lo scopo di risalire alle caratteristiche di portanza) siano due aspetti fondamentali che trovano un perfetto connubio all’interno di un Airport Pavement Management System – APMS.

Si può garantire ad una pavimentazione il raggiungimento della vita utile teorica solo attaverso un’adeguata manutenzione che agisca nel tempo in modo preventivo e che deve cominciare fin dall’inizio mediante l’applicazione di prescelte Maintenance and Rehabilitation - M & R; infatti, facendo ciò, non solo si aumenta la sua durata ma nel contempo si minimizzano i costosi interventi di riabilitazione e ricostruzione. Il momento ideale per intervenire è quello in cui il deterioramento inizia ad aumentare. In quest’ottica l’APMS è il sistema di gestione da mettere in atto; esso basa la sua efficacia su un approccio che non è solo reattivo ma soprattutto proattivo; infatti, sfrutta dati visivi fornendo un quadro delle condizioni attuali delle pavimentazioni e nel contempo prevede l’evoluzione dei parametri prestazionali delle stesse riuscendo a fornire garanzie di efficienza e affidabilità; per fare ciò è necessario conoscere nel dettaglio le caratteristiche strutturali e funzionali delle pavimentazioni sia al termine della costruzione sia ad intervalli regolari dall’entrata in esercizio; inoltre, si deve prevederne le prestazioni future (definendo le leggi di decadimento) e fare un uso adeguato delle tecnologie e dei materiali da costruzione.

Il risvolto pratico di questa tesi si è esplicato nell’implementazione dell’APMS delle pavimentazioni rigide dell’area Apron (nella fattispecie dei Settori A e C) dell’Aeroporto Galileo Galilei di Pisa; per tale ragione la scelta dei metodi di indagine ivi trattati e approfonditi sono specificatamente indicati per una siffatta tipologia di elaborazione. Nel seguito si riporta una sintesi delle analisi eseguite.

1) Rilievi degli ammaloramenti superficiali, calcolo di PCI - Pavement Condition Index e di FOD - Foreign Object Damage Index; approfondimento della letteratura relativa a ASR - Alkali Silica Reaction.

Preliminarmente all’esecuzione dei rilievi, le lastre presenti nell’area Apron di Pisa sono state georeferenziate e identificate in modo univoco mediante codici alfa-numerici assegnati in riferimento ad una griglia le cui maglie corrispondono a singole lastre; quindi, si sono svolte le indagini visive mettendo in pratica sia il Metodo Manuale (così definito perché si è eseguita l’ispezione manualmente) sia il Metodo Paver (così denominato perché si è esplicato nell’uso di un tablet con ivi installato PAVERTM, un software originariamente sviluppato negli anni '70 da Department of Defense - DOD per gestire l’inventario delle pavimentazioni).

Si è adottato il metodo di rilievo descritto in ASTM D5340 che si è dimostrato uno strumento valido in grado di guidare nella distinzione tra danni funzionali e strutturali riuscendo a far notare che, qualora il modulo risultasse buono, se è in essere un ammaloramento che comporterà danni strutturali è bene prendere dei provvedimenti opportuni; infatti, in generale, il modulo superficiale delle pavimentazioni rigide decresce molto poco nell’arco temporale di 20 anni (periodo a cui si è fatto rifermento nell’implementazione dell’APMS di Pisa) a meno che non siano già in atto un processo di degrado in stadio avanzato; per questo motivo, in una siffatta infrastruttura, il calcolo del parametro PCI, trattato esplicitamente nella norma, risulta di estrema importanza.

Il procedimento descritto in tale norma permette di ottenere un database (di ammaloramenti e loro gravità) che può essere usato per il calcolo sia del PCI sia del FOD Index (quest’ultimo descrive la potenzialità della superficie della pavimentazione di produrre FOD e, quindi, comportare pericolo per la sicurezza in aeroporto provocando incidenti aerei e aeroportuali).

Con lo scopo sia di ottenere un maggiore livello di dettaglio nel definire lo stato complessivo della pavimentazione e della quantità di ammaloramenti rilevati sia di dare la giusta importanza ai 2 indici suddetti, si è assunto che ciascuna Section (parte di un ramo che può essere considerata omogenea sotto il profilo manutentivo) coincidesse con la Sample Unit (in cui si può suddividere ciascuna Section) per cui si sono calcolati tali indici.

La situazione dei Settori A e C di Pisa dal punto di vista di:
• PCI → Può essere definita Fair-Poor; tuttavia, si rileva anche che alcune aree si trovano in condizioni Good-Satisfactory perché o recentemente oggetto di trattamenti completi di ricostruzione o ricadenti in Stand occupati da aerei aventi basso MTOW – Max Take – Off Weight;
• FOD Index → Può essere definita nel complesso Good ma si nota che le stesse aree che sono risultate “critiche” dall’analisi del PCI, anche dal punto di vista del FOD Index necessitano di interventi immediati.

Il fatto che in entrambe le analisi le zone “critiche” coincidano conferma che il PCI, al suo interno, considera la potenzialità della produzione di FOD; tuttavia, mediante il calcolo del FOD Index alcune aree diventano prioritarie: ciò è importante all’interno di un APMS per determinare le precedenze tra gli interventi.

Infine, si è effettuato un confronto teorico per capire quanto sarebbe potuto pesare, in termini di punti PCI della Sample Unit, riconoscere o meno la presenza di ASR in fase di Visual Rating; in generale, non registrare erroneamente ASR può comportare un maggior costo di gestione delle pavimentazioni perché non si metterebbero in atto interventi per mitigare le reazioni alcalino-silicati in quanto non riconosciute; quindi, il deterioramento della lastra continuerebbe in modo non previsto.
Inoltre, sarebbe opportuno approfondire il tema per capire se, quando e in che modo considerare ASR nel calcolo del FOD Index.

2) Indagini GPR - Ground Penetrating Radar.

Tali dati sono stati acquisiti quasi interamente per i Settori C e A ma ad oggi risultano calibrati solo quelli ricadenti nella cosiddetta “Stecca dei 10” (appartenente a quest’ultimo settore).

Per l’elaborazione dei dati radar si è dovuto utilizzare anche l’acquisizione “ibrida” (essa usa 2 antenne: una avente frequenza di 1600 MHz e una di 600 MHz); infatti, molti radargrammi risultavano disturbati in quanto le indagini GPR si erano svolte subito dopo aver piovuto: il film d’acqua superficiale, anche se non spesso, ha influenzato il segnale radar rendendo più difficile l’interpretazione dei dati.

Dai dati GPR si è potuto ricavare lo spessore della lastra ma non quello degli strati sottostanti; quindi, per la “Stecca dei 10” si è assunto il seguente modello di stratigrafia:
1. Strato superficiale (lastra di calcestruzzo) → Avente spessore pari a quanto ricavato dalle prove GPR;
2. Fondazione → Composta dallo strato di magrone (10 cm) e misto cementato (30 cm) di spessore complessivo pari a 40 cm;
3. Sottofondo → Schematizzato come un semispazio elastico, omogeneo e isotropo.

Nella Norma HD29, in relazione all’analisi dei Test HWD, si può leggere che una sottostima del 15% dello spessore di uno strato legato può comportare una sovrastima del 50% della rigidezza dello stesso; pertanto, i dati provenienti dalle elaborazioni GPR devono essere il più accurati possibili; perseguendo questo fine si è effettuata la calibrazione applicando il metodo della carota che risulta efficiente a patto di rispettare alcune indicazioni quali: posizionare le carote all’interno dei dati radar con una precisione di ± 1 m nella direzione longitudinale e di ± 0.1 m in quella trasversale ed eseguire carotaggi in aree in cui il materiale appaia omogeno sia nella qualità sia nello spessore.

Dall’analisi specifica dei radargrammi acquisiti nel Settore:
• C → Si è rilevata la presenza di una rete metallica (posta circa a 1/3÷1/2 dello spessore della lastra) che serve a risolvere il problema legato alla contrazione/dilatazione. Tale rete è apparsa regolare e le sezioni delle mappe radar omogenee; pertanto, si sono programmati ulteriori specifici carotaggi per poterle calibrare;
• A → Si è ultimata la calibrazione dell’area denominata “Stecca dei 10“e si è stabilito, dopo un’analisi iniziale dei restanti radargrammi, dove eseguire ulteriori carotaggi.

3) Prove mediante strumentazione HWD - Heavy Weight Deflectometer

Ai fini della presente tesi, ci si è concentrati sull’elaborazione dei dati acquisiti per gli stand ricadenti nella suddetta “Stecca dei 10”.

L’applicazione, mediante Elmod, del Metodo Deflection Basin Fit ha permesso di ricavare i moduli della pavimentazione nel suo complesso (compreso il relativo sottofondo), della lastra in calcestruzzo, della fondazione (magrone e misto cementato) e del sottofondo. Nella totalità delle postazioni elaborate il modulo della lastra è risultato >30000MPa, quindi, integro dal punto di vista strutturale.

Inoltre, in fase di acquisizione dei dati, si è deciso di valutare l’efficienza dei giunti; pertanto, si sono eseguite prove deflettometriche posizionando lo strumento in modo opportuno, così da calcolare LTE - Load Transfer Efficency adottando la formulazione proposta da Westergaard. Per i ¾ delle postazioni indagate si è ottenuto LTE>75%, a cui corrisponde un trasferimento del carico buono.

Infine, si sono calcolati i Moduli di reazione del sottofondo al centro (kc) e al giunto (kj) applicando la formulazione presente in AC 150/5320-6F; nella quasi totalità delle postazioni indagate è risultato kj/kc<0.8, che significa che le condizioni del supporto sono scarse

4) Elaborazioni dei dati di traffico di Pisa (relativi al periodo 1 Aprile 2017 – 31 Marzo 2018)

Tali elaborazioni hanno permesso sia di ottenere i movimenti all’interno dell’area suddivisi per Stand/Taxilane e tipologia di aereo sia di individuare uno specifico spettro di traffico; inoltre, ipotizzando un tasso di incremento pari al 2%, si è stimato il traffico a cui sarà soggetto l’aeroporto nei prossimi 20 anni. Il tutto, insieme ai risultati provenienti dalla back-calculation, è confluito in Elmod che ha restituito, per ogni postazione HWD indagata dello Stand i-esimo, il codice PCN - Pavement Classification Number e l’aereo critico (caratterizzato da uno suo ACN - Aircraft Classification Number).
Dai risultati ottenuti si può affermare che per la “Stecca dei 10” la “domanda” strutturale dell’areo critico sia sempre minore dell’”offerta” strutturale della pavimentazione.

5) Redazione del Piano delle Manutenzioni delle infrastrutture nell’area Apron di Pisa

Tutti i risultati e le informazioni ottenuti dalle elaborazioni dei punti sovrastanti, relative all’area Apron denominata “Stecca dei 10” (facente parte del settore A di Pisa), sono confluite in A.I.R.P.O.R.T.S.

Si è organizzato la banca dati delle pavimentazioni assumendo che ciascuna Section coincida con la corrispettiva Sample Unit ottenendo così un superiore livello di dettaglio (per quanto riguarda la definizione dello stato complessivo della pavimentazione definito dal PCI); in tal modo, si sono potuti prevedere interventi mirati su aree di estensione limitata, minimizzando le ripercussioni delle attività di manutenzione ordinaria sull’operatività dello scalo e sulla logistica dell’area Apron.

I risultati mostrano che gli interventi inizieranno nel 2023 dallo Stand 12 su cui si applicherà uno specifico intervento di ripristino strutturale mentre dal 2034 al 2037 sia lo Stand 14 sia una porzione della Taxilane Papa saranno soggette ad uno specifico intervento di ripristino superficiale; infine, dal 2025 al 2033 tutte le aree rimanenti saranno interessate dal medesimo intervento di ripristino strutturale suddetto.