L’aderenza è definita come la “componente parallela al piano rotabile della reazione vincolare esercitata dalla via sul pneumatico che, rimanendo a contatto con essa, avanza con un movimento combinato di rotolamento e scivolamento.”
L’aderenza deriva da due fenomeni: l’attrito per scorrimento fra le superfici in contatto e l’isteresi dello pneumatico intorno alle asperità superficiali. Il primo trae origine dalla resistenza al taglio dei legami molecolari che si formano quando la gomma dello pneumatico viene costretta dalla pressione ad un intimo contatto con la superficie della pavimentazione. Il secondo deriva dalla deformazione del pneumatico, di materiale plastico e localmente morbido, intorno alle asperità superficiali del piano rotabile. E’ opportuno evidenziare come il coefficiente di adesione si riduca drasticamente passando da superficie asciutta a superficie bagnata, mentre il coefficiente d’isteresi è sostanzialmente insensibile alla presenza di acqua.
Numerosi fattori concorrono alla variazione dell’aderenza fra pneumatico e pavimentazione; come tra questi il traffico, le condizioni climatiche, la velocità dei veicoli, la pressione degli pneumatici, il carico sulla ruota, il tipo di battistrada, le caratteristiche superficiali e di drenaggio della pavimentazione.
I parametri di tessitura superficiale maggiormente utilizzati oggi sono: - Texture Depht (TD): Distanza spaziale tra la superficie stradale ed
un piano passante dai tre punti più alti all’interno di un area dello stesso ordine di grandezza dell’interfaccia pneumatico- pavimentazione.
- Mean Texture Depht (MTD): TD valutata attraverso metodologie volumetriche.
- Profile Depht (PD): Differenza, per una distanza longitudinale o trasversale dello stesso ordine di grandezza dell’interfaccia pneumatico pavimentazione, tra il valore del profilo reale e una linea orizzontale al punto più alto del profilo, all’interno della distanza considerata.
- Mean Profile Depht (MDP): Differenza fra la media dei due valori di picco, calcolati su una determinata lunghezza denominata Baseline, con il valore medio del profilo.
- Estimated Texture Depth (ETD): Profondità media della tessitura nel caso in cui questa venga stimata con metodi di tipo volumetrici.
- Spettro della tessitura (TS): Ampiezza delle componenti spettrali della tessitura.
Attraverso una corretta manutenzione stradale è possibile valutare ed intervenire sulle caratteristiche superficiali della pavimentazione.
L’aderenza è generalmente considerata funzione del contributo delle tre lunghezze principali di tessitura per le quali viene considerato il profilo di una pavimentazione: micro tessitura, macro tessitura e mega tessitura. La micro tessitura viene solitamente individuata per lunghezze d’onda che vanno da 0,001 mm a 0,5 mm; la macrotessitura viene individuata da lunghezze d’onda che vanno da 0,5 mm a 50 mm; la megatessitura viene individuata da lunghezze d’onda maggiori di 50 mm. In condizioni minime normali microtessitura e macrotessitura sono i principali responsabili del fenomeno dell’aderenza. In particolare la microtessitura influenza principalmente l’adesione fra pneumatico e pavimentazione oltre che il consumo fisico dello pneumatico transitante. La macrotessitura influenza principalmente il drenaggio, l’effetto di acqua planning e la generazione di inquinamento acustico. Per il miglioramento delle caratteristiche è necessario prendere diversi accorgimenti in funzione della caratteristica che si vuole migliorare: la microtessitura può essere controllata utilizzando aggregati con elevate caratteristiche meccaniche, in grado di resistere alla levigatura. Per la macrotessitura è invece importante valutare attentamente il fuso granulometrico degli inerti utilizzati per la progettazione della miscela.
Per la misura dell’aderenza le metodologia tradizionalmente impiegate prevedono delle misure puntuali attraverso lo Skid Resistance Tester e la valutazione dell’altezza in sabbia. Per quanto concerne le metodologie ad alto rendimento uno degli strumenti ad oggi maggiormente utilizzati è l’High Speed Texture Meter, il quale è in grado di svolgere misure della macrotessitura in continuo.
3.2.1 Metodi tradizionali di misura della micro tessitura: il coefficiente di levigabilità accelerata
Il coefficiente di levigabilità accelerata viene misurato attraverso il British Portable Skid Resistance Tester. Tale strumentazione misura l’attitudine dell’aggregato lapideo a consumarsi superficialmente e diventare
scivoloso. La prova può essere svolta sia in situ che in laboratorio. In laboratorio i provini generati utilizzando diverse composizioni granulometriche vengono sottoposti ad una azione levigante accelerata standardizzata. In seguito viene svolta la prova sui provini levigati e vengono valutate quali sono le caratteristiche di tessitura.
Figura 3.2.1 - Skid Tester
Sperimentalmente si è visto come il valore di CAT non si riduce progressivamente e costantemente al protrarsi dell’azione del traffico, ma raggiunge un valore di equilibrio inversamente proporzionale all’intensità del traffico commerciale.
3.2.2 Metodi tradizionali di misura della micro tessitura: la valutazione dell’altezza in sabbia
Il metodo dell’altezza in sabbia è una dei metodi più utilizzati in Italia per la misura della regolarità. In particolare attraverso la prova di altezza in sabbia, una quantità standard di materiale granulare di dimensione standardizzate (sabbia) viene posto sulla superficie pavimentata e viene poi sparso fino a quando non si genera un cerchio la cui altezza è la stessa della superficie pavimentata. Di tale cerchio vengono quindi misurate le dimensioni ed il coefficiente di altezza in sabbia è espresso come:
- V è il volume del materiale sparso; - D è il diametro del cerchio generato.
3.2.3 Strumenti innovativi per la misura della macrotessitura: l’High Speed Texture Meter
Per la misura della tessitura una delle strumentazioni di nuova generazione che vengono usate è l’High Speed Texture Meter. Tale strumentazione è costituita da un generatore di impulsi laser short-range montato su una barra sulla quale sono presenti degli accelerometri ed un odometro. La barra è a sua volta bloccata sul telaio di un veicolo stradale. La misura viene svolta durante il moto del veicolo sulla superficie pavimentata alle normali velocità del traffico veicolare in corrispondenza del punto di passaggio dello pneumatico. Le misure vengono svolte nel rispetto della norma ASTM E 1845. E’ stato analizzato sperimentalmente come le misure di tessitura acquisite attraverso l’HSTM siano statisticamente correlabili alle misure volumetriche.
Generalmente l’High Speed Texture Meter viene affiancato nella stessa barra profilometrica ai sensori laser per la misure della regolarità superficiale.
3.2.4 Strumenti innovativi per la misura della macrotessitura: misura attraverso dinamometri su ruote
Per la misura dell’aderenza non si opera svolgendo misure della sola microtessitura, ma applicando metodologie sperimentali è possibile misurare contemporaneamente il contributo congiunto della micro e della macrotessitura. I metodi di rilievo dell’aderenza si dividono in tre tipologie principali:
1- Metodi a ruota parzialmente frenata. 2- Metodi a ruota bloccata.
3- Metodi a ruota inclinata.
I metodi a ruota parzialmente frenata si basano sulla valutazione della percentuale di scorrimento dello pneumatico rispetto alla velocità di prova:
BSN(V,%slip) = (F/N) * 100 dove:
- V = Velocità di prova - F = Forza d’aderenza
- N = Carico verticale sul pneumatico - % slip = [(V-r*ω)/V]*100
- r = Raggio pneumatico prova - ω = Velocità angolare
I metodi a ruota bloccata/inclinata si basano sulla valutazione della forza in funzione dell’angolo di deriva e della velocità di prova:
SN(V,θ) = (Fs/N) * 100 dove:
- V = Velocità di prova - θ = Angolo di deriva
- Fs = Forza d’aderenza perpendicolare al piano dello pneumatico - N = Carico verticale sul pneumatico
3.2.5 International Friction Index I.F.I.
Il comitato AIPCR ha svolto uno studio teso ad armonizzare e confrontare i diversi metodi utilizzati per la misura della tessitura e dell’aderenza. Al termine delle sperimentazioni e dell’elaborazione dei dati fu messo a punto un indicatore il quale ha la caratteristica di poter essere valutato con qualsiasi attrezzatura fra quelle che furono coinvolte nel test. Tale indicatore è denominato “I.F.I.” , ed è definito come:
I.F.I. = F60 * e(60-S)/Sp dove:
- S = velocità di scorrimento relativo tra pneumatico e pavimentazione - Sp = costante di velocità, funzione della macrotessitura:
Sp = a+b* Tx
con a e b costanti di regressione fornite dal produttore - Tx = misura della macrorugosità
- F60 = Valore dell’aderenza a velocità di scorrimento di 60 Km/h F60 = A+B * FR60
con A e B costanti di regressione fornite dal produttore
- FR60 = Misura dell’aderenza riportata ad una velocità di scorrimento di 60Km/h
L’importanza dell’IFI non risiede solo nella possibilità di poter definire dei valori unici di riferimento da utilizzare nella gestione delle
pavimentazioni, nell’analisi dell’incidentalità e nella definizione dei capitolati dei lavori, ma di consentire una gestione univoca nelle fasi di controllo e manutenzione dei dati di aderenza e macrotessitura.