La strumentazione FWD 66

Per ottenere delle valutazioni corrette della capacità strutturale della pavimentazione esaminata i dati raccolti dalle campagne di rilievo devono rispettare determinati criteri di accuratezza. Questa è la ragione per cui i sistemi che compongono l’intera strumentazione devono rispettare determinati requisiti di affidabilità, così come risulta necessario applicare un carico impulsivo di caratteristiche simili a quello derivante dal traffico stradale. Riguardo l’affidabilità di uno strumento si ricorda che l’errore sistematico viene misurato come la differenza tra la media dei valori misurati ed il valore reale della misura, mentre l’errore casuale corrisponde allo scostamento dalla media misurata.

Di seguito si descrivono i sistemi che compongono gli apparati FWD, riportando anche alcuni esempi di requisiti richiesti da alcuni standard internazionazionali, quali

la COST Action 336, la normativa britannica DMRB HD 29/08, e lo standard ASTM D 4694.

4.6.1 Impulso di carico

La rigidezza di uno strato asfaltico dipende dalla velocità del carico, per cui la risposta della pavimentazione dipende dalla forma dell’impulso di carico applicato. Per questo l’impulso deve essere abbastanza simile a quello prodotto da una ruota di un veicolo pesante in movimento sulla pavimentazione. Tale impulso, che avrà una forma semisinusoidale, sarà definito dal picco d’intensità, dal tempo di salita e dalla durata. Si riportano come esempio i parametri dell’impulso indicati dal COST 336.

 Picco impulso: 50 KN ± 5 KN

 Tempo di salita: 5 ÷ 30 ms

 Durata impulso: 20 ÷ 60 ms La maggioranza dei FWD in commercio rispetta tali indicazioni. Per quanto riguarda il picco di carico, bisogna specificare che in caso di pavimentazione seriamente ammalorata si potrebbero ottenere deflessioni maggiori di 2000 μm, che come si vedrà tra poco rappresenta il valore massimo per cui l’affidabilità dei sensori di deflessione risulta accettabile. In questi casi si consiglia di diminuire il carico in step di 10 KN fino ad ottenere deflessioni minori di 2000 μm.

4.6.2 Piastra di carico

Il compito della piastra di carico è quello di trasmettere l’impulso di carico prodotto dalla massa battente alla superficie della pavimentazione nella forma più omogenea possibile. L’impulso di carico su una pavimentazione finita andrà applicato attraverso una piastra di carico di diametro 300 mm, mentre se si vogliono investigare gli strati più profondi prima della sovrapposizione di quelli più superficiali è possibile utilizzare una piastra del diametro di 450 mm, in modo che le pressioni risultanti si avvicinino maggiormente a quelle sperimentate a profondità maggiori.

Figura 4.47 Tipico impulso di carico generato da strumentazione FWD

Figura 4.48 Piastra di carico segmentata di diametro 300 mm

Per ottenere una distribuzione di pressioni approssimativamente uniforme, il contatto tra piastra e pavimentazione deve essere il più regolare possibile, e per questo alcune piastre di carico possono essere segmentate, a 2 o 4 segmenti, o essere dotate di un cuscinetto di gomma. Inoltre la piastra di carico deve essere opportunamente costruita in maniera tale da permettere la misurazione delle deflessioni al centro della piastra stessa.

4.6.3 Cella di carico

La cella di carico ha il compito di registrare il carico reale trasmesso alla pavimentazione. Come si vedrà più avanti, conoscendo tale livello di carico per ogni battuta è possibile sia effettuare un procedimento di normalizzazione delle deflessioni che, utilizzando differenti livelli di carico, studiare le eventuali proprietà non lineari del sottofondo. Sempre come esempio si riportano i requisiti che la cella di carico deve rispettare, sempre secondo il COST 336.

 Risoluzione: 0.1 KN o migliore

 Accuratezza: errore sistematico inferiore allo 0.5% del range totale di utilizzo o al 2% della lettura, a seconda di quale sia il più grande

4.6.4 Sensori di deflessione

Le deformazioni verticali devono essere rilevate attraverso un numero sufficiente di sensori, in modo da descrivere adeguatamente il bacino di deflessione generato dall’impulso. Inoltre tali sensori devono essere idoneamente distanziati tra loro, in funzione della rigidezza totale della pavimentazione. A seguire si riportano gli offset consigliati dal COST 336 in funzione della deflessione massima prevista a centro piastra. Deflessione massima prevista [µm] D0 [mm] D1 [mm] D2 [mm] D3 [mm] D4 [mm] D5 [mm] < 500 µm 0 300 600 900 1500 2100 500 ÷ 1000 µm 0 300 600 900 1500 1800 > 1000 µm 0 300 600 900 1200 1500 Sconosciuta 0 300 600 900 1500 1800

Tabella 4.2 Distanze dal centro piastra dei sensori di deflessione in funzione della deflessione massima prevista suggeriti dal COST 336

Secondo l’ASTM D 4694 i sensori di deflessione, per poter fornire dati sufficientemente affidabili deve rispettare le seguenti prescrizioni:

 Risoluzione: 1 μm o migliore nel campo 0 ÷ 2000 µm (0 ÷ 2 mm)

 Accuratezza: errore sistematico inferiore a ± 2% della lettura

4.6.5 Temperatura degli strati bituminosi

Oltre alla misurazione delle deflessioni, per il calcolo della rigidezza degli strati bituminosi risulta necessario conoscere la temperatura di questi ultimi durante le prove. Questa temperatura verrà infatti utilizzata per normalizzare la rigidezza degli strati asfaltici ad una temperatura di riferimento, tipicamente di 20 °C. Per il rilievo della temperatura degli strati bituminosi si praticheranno dei fori nella pavimentazione in una zona dello stesso colore superficiale della corsia testata. I fori andranno praticati un certo tempo prima delle misurazioni, in modo che l’energia creata dalla perforazione possa essere dissipata. I fori saranno quindi riempiti di glicerina per assicurare un buon contatto termico tra termometro e materiale legato. Il DMRB HD 29/08 richiede una risoluzione di 0.1 °C, una precisione di 0.5 °C, ed una profondità del foro di 100mm. Inoltre può risultare utile misurare la temperatura a diverse profondità, in modo da poter ricavare il gradiente di temperatura all’interno dello strato asfaltico. In alternativa alla misura in foro può essere rilevata la temperatura superficiale della pavimentazione insieme allo storico della temperatura dell’aria nei giorni precedenti il test, in modo da stimare la temperatura in profondità attraverso l’equazione BELLS3. Questo calcolo non si rende necessario quando lo spessore dello strato asfaltico è troppo sottile per praticare un foro, e la temperatura superficiale può essere utilizzata direttamente.

Risulta importante indicare anche i range di temperatura in cui dovrebbero essere condotti i test. Infatti se la temperatura degli strati asfaltici fosse troppo bassa (< 5 °C) si potrebbe avere del ghiaccio tra gli strati non legati che influenzerebbe più o meno significativamente i risultati del test. Se invece la temperatura fosse troppo alta (> 30 °C) gli strati asfaltici si comporterebbero sempre meno elasticamente e sempre più in maniera visco-elastica, rendendo più difficile la distinzione tra materiali in buono o in cattivo stato. Inoltre più la temperatura si allontana da quella di riferimento per la normalizzazione della rigidezza più si aggiunge incertezza al calcolo stesso. Per questi motivi il DMRB HD 29/08 ed il COST 336 consigliano di eseguire i rilievi nei range di temperatura di 5 ÷ 30 °C e di 0 ÷ 30 °C, rispettivamente. Quando si testano pavimentazioni con uno strato di base legato idraulicamente si consiglia di eseguire i rilievi in un intervallo di 5 ÷ 15 °C. In questo tipo di pavimentazioni infatti le alte temperature possono portare ad una chiusura delle fessure con un relativo irrigidimento dello strato.

4.6.6 Odometro

Per poter localizzare correttamente le sezioni testate, il FWD dovrà essere dotato di un odometro a cui si richiede una risoluzione di 1.0 metri o meno, ed una precisione di ± 0.5% della distanza misurata.