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3.1 ACCELERATED PAVEMENT TESTING
Le prove di carico accelerate, dall’inglese Accelerated Pavement Testing (APT), consistono nell’applicare ad una pavimentazione in esercizio, oppure a sezioni sperimentali appositamente progettate e realizzate, un sufficiente numero di ripetizioni di carico, in un tempo limitato in modo da valutare la risposta del materiale e la tipologia di danneggiamento prodotto senza dover attendere il naturale deterioramento della pavimentazione per effetto degli effettivi carichi che essa è destinata a sopportare.
Una delle apparecchiature principali per condurre questo tipo di indagini è il Dynatest HVS (Heavy Vehicle Simulator), Fig. 3-1.
Fig. 3 – 1 Dynatest Mk VI Heavy Vehicle Simulator (HVS).
Fig. 3 – 2 Carrello di carico dell’HVS Mk VI.
Si riportano le caratteristiche generali di questo dispositivo (HVS Mk VI) per dare un’idea sulle potenzialità di questo tipo di prove:
93 caricamento automatico della pavimentazione con almeno 13000 passaggi unidirezionali o 26000 passaggi bidirezionali su un periodo di 24 ore con trave standard usando sia ruote singole o doppie da autocarro che da aeromobile;
livelli di carico raggiungibili compresi tra 30 e 100 kN con ruote singole o doppie da autocarro;
velocità di prova fino a 12,8 km/h;
“wheel wander” automatico o programmabile tra i passaggi con incrementi da 25 a 75 mm su 0,8 m.
Va ricordato che un modello Dynatest HVS MarkVI Airport è stato recentemente installato presso il National Airport Pavement and Materials Research Center (NAPMRC) - U.S.
Department of Transportation Federal Aviation Administration (FAA), Fig. 3-3.
Fig. 3 – 3 HVS installato presso il NAPMRC.
La possibilità da portare a rottura la pavimentazione in tempi brevi può ottenersi seguendo diverse procedure di prova:
incrementando la frequenza di applicazione del carico;
aumentando l’entità del carico fino a valori maggiori di quelli previsti in progetto; riducendo gli spessori della pavimentazione;
imponendo condizioni ambientali particolarmente gravose; attraverso una combinazione di tutti i precedenti fattori.
Secondo quanto riportato dalla letteratura internazionale di riferimento, tra tutte le opzioni precedentemente indicate la possibilità di applicare un significativo numero di ripetizioni di carico in un ridotto lasso di tempo sembra essere da preferire. È infatti necessario ricordare che l’idea alla base di questa tipologia di indagini prevede di riuscire a indurre nella pavimentazione un danneggiamento simile a quello che si manifesterà al termine della vita utile, promuovendone lo sviluppo in un tempo compatibile con le comuni tempistiche di controllo, ovvero nell’arco di poche settimane. Tale condizione potrà essere raggiunta senza dover necessariamente proseguire nelle ripetizioni di carico fino al valore reale di progetto. Ciò presuppone, inevitabilmente, la possibilità di disporre di uno strumento capace di riprodurre nella pavimentazione uno stato tensionale prossimo alle condizioni reali di esercizio o di poterlo eventualmente incrementare.
94 I principali benefici di un APT possono essere riassunti come di seguito:
le indagini possono essere condotte in un tempo relativamente breve ed in maniera controllata;
le caratteristiche ed il numero delle ripetizioni di carico possono essere valutate in modo accurato;
possono essere valutati simultaneamente diversi fattori che influenzano le prestazioni dei materiali.
3.2 QUADRO STORICO GENERALE SUGLI HEAVY VEHICLE
SIMULATOR (HVS) NELLE PROVE DI ACCELERATED PAVEMENT
TESTING (APT)
Il bisogno delle prove accelerate sulle pavimentazioni (“Accelerated Pavement Testing”, APT) si presentò dall’incertezza dei modelli di progetto e delle tecniche di analisi, le quali potevano essere verificate solo con le performance osservate sotto il normale traffico in tempo reale. Le APT furono sviluppate per ricoprire l’importante lacuna tra i modelli di progetto empirici e il monitoraggio e analisi delle reali performance a lungo termine.
Le APT si fecero avanti negli ultimi anni ’50 con l’”AASHO road test” negli USA e da allora hanno giocato un ruolo importante per quanto riguarda la presa di posizione dei processi razionali nella costruzione stradale. Metcalf riporta 28 programmi APT attivi nel mondo (anno 1996), e Hugo & Ebbs hanno elencato le scoperte significative ottenute da queste APT in scala reale. La filosofia dietro – e l’approccio alle – APT nei vari programmi varia considerevolmente, impartendo un grado di unicità ad alcuni di questi allestimenti sperimentali. Nel caso dell’HVS sud-africano l’unicità deriva primariamente dal fatto che era stato progettato per essere usato su pavimentazioni reali in servizio.
3.2.1 MOTIVAZIONI DEL PROGRAMMA HVS IN SUD AFRICA
Anche se le procedure di progetto empiriche sviluppate dall’”AASHO road test” erano originariamente incorporate nei metodi di progetto sud-africani in uso al tempo, una gran parte degli sforzi fu dedicata allo sviluppo di procedure di progetto che si adattassero all’ambiente locale. Visto che le APT sembravano avere la capacità di valutare rapidamente le performance di questi sviluppi, il Sud Africa decise di perseguire questo approccio.
I dispositivi APT fissi, ed in alcuni casi i complessi ad anello, hanno lo svantaggio che le sezioni di pavimentazione sperimentali costruite in queste strutture, potrebbero non essere caratteristiche delle pavimentazioni in servizio. Al fine di verificare i limiti di tutte le tecnologie APT al tempo presenti, quello che era il “National Institute of Road Research” (NIRR) del “Council for Scientific and Industrial Research” (CSIR) (ora “The CSIR
95
3.2.2 L’AVVIO DEL PROGRAMMA HVS IN SUD AFRICA
L’approccio al progetto delle pavimentazioni sud-africano stava per sviluppare, durante gli anni ’60, una procedura di progetto analitica, in cui le caratteristiche ingegneristiche dei materiali da pavimentazione, potevano essere usate insieme ad un modello matematico per predire, o analizzare, le performance della pavimentazione. Questo portò al “South African
Mechanistic Design Method”. L’affidabilità di questi modelli sarebbe comunque potuta essere
accertata solo verificando le loro predizioni sulle performance di pavimentazioni reali. Nel 1967 Van Vuuren riportò che non c’erano procedure soddisfacenti per la determinazione degli effetti dei trasporti eccezionali sulle strade, e raccomandò di costruire delle strade sperimentali di prova in scala reale e di farle percorrere dai trasporti eccezionali. Questo portò alla costruzione di sezioni di prova ad anello al sito di prova di Silverton del NIRR. Furono usati veicoli pesanti per applicare i carichi sulle sezioni di prova. Il basso tasso di applicazioni di carico usando questo approccio divenne la motivazione per lo sviluppo di una struttura di prova con carichi accelerati.
Il primo HVS fu progettato per simulare il danno fatto alle piste di volo aeroportuali dall’impatto dei carrelli degli aeromobili. Questa struttura fissa fu costruita dai componenti dei ponti Bailey e successivamente divenne conosciuto come l’HVS Mk I. La forza di reazione (zavorra) applicata alla pavimentazione era costituita da serbatoi d’acqua posti al di sopra della ruota da aeromobile supportata dalla struttura del ponte Bailey. Come conseguenza, nel 1972 Van Vuuren raccomandò di sviluppare una strutta di carico mobile che potesse testare pavimentazioni reali in servizio.
Il primo HVS (Mk II) totalmente mobile ed autoalimentato fu commissionato nell’Ottobre 1970. La macchina da 30 tonnellate poteva applicare fino ad 800 ripetizioni all’ora su una sezione di prova lunga 6,2 m. Il carico massimo iniziale applicabile alla pavimentazione era di 35 kN (mezzo asse), che è stato in seguito aumentato a 75 kN (un asse). Alla fine del 1972 erano state condotte 10 prove di traffico accelerato con l’HVS Mk II. I dati registrati durante i 10 test iniziali includevano deflessioni superficiali, raggio di curvatura, deformazioni permanenti, dati su ammaloramenti visibili come fessure, perdita di materiale, rotture di taglio, ecc.
Le analisi su questi dati fornirono informazioni sui fattori di equivalenza dei carichi delle ruote, sull’ormaiamento degli strati granulari non trattati e sulla fessurazione riconducibile ai carichi nelle basi trattate con cemento. Alla fine del 1975 erano state completate 24 prove con l’HVS Mk II, ma il successo principale del programma HVS iniziò nel 1972. Una nuova strada per la consegna del carbone fu costruita tra Witbank e Johannesburg tra il 1966 e il 1969. Si verificarono delle gravi rotture su una sezione di 48 km di questa strada durante il primo anno di attività e fu necessaria una manutenzione straordinaria su certe sezioni. Di conseguenza furono condotte 18 prove HVS su questa strada per indagare su questi problemi.
96 I risultati dei test furono così promettenti nel 1972 il NIRR fu motivato per la fabbricazione di 3 macchine addizionali migliorate HVS Mk III, che furono denominate HVS 2, 3 e 4. Queste macchine furono finanziate dal NIRR, il “National Department of Transport” (NDoT) e il “Transvaal (ora Gauteng) Department of Transport”. Le motivazioni per l’espansione della flotta HVS sono brevemente riassunte di seguito:
il desiderio fu espresso da alcune autorità stradali per verificare il progetto delle nuove pavimentazioni sul campo prima dell’inizio di grandi costruzioni. Questo fu possibile costruendo delle sezioni di prova nella stessa area così che le condizioni ambientali e del sottofondo fossero state simili a quelle che riguardano il vero sito di costruzione. L’obiettivo sarebbe quello di determinare il meccanismo di ammaloramento e il numero di passaggi di carico a rottura della pavimentazione proposta e di migliorare le procedure di progetto sud-africane delle nuove pavimentazioni e di manutenzione. Nello specifico le mire erano di:
o determinare l’equivalenza di carico tra le varie ruote; o stabilire l’effetto del traffico bidirezionale;
o verificare i nuovi progetti proposti nei metodi di progetto delle pavimentazioni; o estendere i dati alle quattro regioni climatiche del Sud Africa;
o verificare le predizioni teoriche di ammaloramento nelle pavimentazioni con base cementata;
o valutare le predizioni della fessurazione a fatica nelle pavimentazioni bituminose;
o valutare le risposte dipendenti dalla sollecitazione e la deformazione di pavimentazioni esistenti per scopi di progetto di ricoprimento.
3.2.3 SUCCESSIVI SVILUPPI DELL’HVS
La macchina Mk III era fondamentalmente simile alla Mk II, ma aveva delle significative differenze al di là dei miglioramenti superficiali: il carrello di prova era ora progettato per ospitare una normale ruota doppia da autocarro (nel modello Mk II era usata solo la ruota singola), così come ruote da aeromobile. Il trasporto su strada fu cambiato per usare un trattore stradale per trainare l’HVS tra destinazioni lontane a circa 45 km/h. Era autoalimentato per la mobilità in sito. Il design consente anche il movimento del carrello sia uni- che bi-direzionale. La lunghezza della sezione di prova rimane approssimativamente di 6 m ed il carico fino a 200 kN dove possibile. La velocità della ruota di prova era circa 8 km/h, permettendo approssimativamente 18000 passaggi bi-direzionali al giorno. Con una ruota di prova di 40 kN (mezzo asse) questo produce 18000 ESALs al giorno. Si può avere un ulteriore aumento della velocità di prova incrementando il carico della ruota di prova. Ad esempio, se viene usato un carico sulla ruota di 100 kN, la relazione di danno elevata alla quarta potenza suggerisce che ogni passaggio della ruota produce 39 ESALs, per un totale di circa 702000
97 ESALs al giorno. Il design permette di simulare fino ad un metro di “wandering” della ruota. Le dimensioni dell’HVS erano 23 m x 3,7 m x 4,2 m. L’Mk III pesava circa 57 T.
In contrasto con l’Mk II, le tre macchine di nuova produzione andarono in uso continuo sulle strade pubbliche attraverso il Sud Africa fin dall’inizio. Erano state finanziate dalle donazioni ricevute dal NDoT (per due macchine) e dalla “Transvaal Provincial Administration” (TPA) (per la sua macchina) ed erano tutte gestite e mantenute dal personale del NIRR. Questo fu fatto in stretta collaborazione con le autorità stradali coinvolte, e un rappresentativo comitato consultivo fu formato fin dall’inizio. Questa relazione è stata un fattore significante nell’indubbio successo del programma, assicurando l’applicazione di importanti scoperte prima possibile.
Dagli ultimi anni ’70 e per tutti gli anni ’80, il programma esteso HVS fu in grado di sostenere virtualmente tutti i progressi e gli sviluppi nell’ingegneria delle pavimentazioni in Sud Africa, alcuni dei quali furono evidenziati successivamente. Anche se lo stato politico del Sud Africa al tempo restrinse indubbiamente la divulgazione diretta del lavoro dell’HVS, un significante numero di visitatori d’oltreoceano venne in Sud Africa durante questo periodo, in particolare dagli Stati Uniti, il Regno Unito e Australia.
Nel 1994, dopo un progetto pilota di successo che ha dimostrato le capacità dell’HVS, il “California Department of Transportation” (Caltrans) decise di fondare il programma CAL/APT e acquistò due macchine HVS Mk III. Entrambe le macchine vennero ammodernate in Sud Africa prima di essere spedite negli USA. Le macchine furono spedite nel 1995 e immediatamente iniziarono le prove sulle pavimentazioni per il programma CAL/APT. Questo programma coinvolgeva i contributi collaborativi di Caltrans, University
of California, Dynatest Consulting e il CSIR. Questa impresa suscitò interesse internazionale
per la tecnologia HVS, ed entro il 2003 furono vendute internazionalmente altre 4 nuove unità addizionali.
Il crescente interesse internazionale per le APT ha spinto successivi sviluppi della tecnologia HVS e una nuova generazione di HVSs, l’HVS Mk IV, fu sviluppato da Dynatest Consulting sotto il permesso del CSIR. L’HVS Mk IV rimane in linea ai suoi predecessori, ma fu ammodernato e riprogettato dall’inizio, dando luogo a una macchina migliorata e più efficiente. Controllata totalmente da computer, molte delle funzioni della macchina sono monitorate e si verifica uno spegnimento automatico se una di queste funzioni si spinge oltre i limiti stabiliti. L’uso di equipaggiamenti disponibili in commercio e altre migliorie hanno fatto sì che il peso si riducesse a circa 46 T. L’altezza fu ridotta a 3,9 m. la velocità della ruota di prova fu aumentata a circa 12 km/h, permettendo così approssimativamente 26000 passaggi bidirezionali al giorno. Altre specifiche di prova sono simili a quelle dell’Mk III. Il primo HVS Mk IV fu acquistato dal “Cold Regions Research and Engineering Laboratory” (CRREL) dell’”US Army Corps of Engineers” (USACE), e fu spedito all’inizio del 1997. Un
98 secondo HVS Mk IV fu venduto in comproprietà al “National Road Research Laboratories
of Finland and Sweden” (VTT e VTI rispettivamente) e fu spedito nel Giugno 1997.
In uno sviluppo parallelo fu progettato un HVS per il test di pavimentazioni aeroportuali per il “Waterways Experiment Station” (WES) dell’”US Army Corps of Engineers” (USACE). A parte per le dimensioni (36,3 m x 4,23 m x 4,99 m) ed il peso (102 T), la fondamentale differenza tra il nuovo HVS-A Mk V (detto “Bigfoot”) e l’HVS Mk IV sta nella capacità di carico, infatti può caricare la ruota di prova fino a 400 kN su una sezione di test di 12 m, mentre l’HVS Mk IV può applicare solo 200 kN di carico su 6 m. L’HVS-A è progettato anche per l’utilizzo di ruote da aeromobile doppie. Questa macchina fu consegnata al WES nel 1998.
Una versione migliorata dell’Mk IV, l’Mk IV+, fu progettata per il CSIR e consegnata nel
Marzo 1999. L’Mk IV+ è basato sull’HVS Mk IV ma la struttura e la trave di carico furono
rinforzate in modo da permettere la simulazione di un carico totalmente dinamico. Il sistema idraulico dell’Mk IV+ e la struttura rinforzata permetteranno un futuro aggiornamento del
sistema per simulare un carico dinamico ad una frequenza di 10 Hz. Un HVS Mk IV+ è stato consegnato al “Florida Department of Transport” (FDOT) nel 2000 e il “Central Road
Research Institute” in India ne ordinò uno che è stato consegnato nel 2009.
Il più recente HVS è l’Mk VI. La versione base costa circa il 25% meno dell’Mk IV+. Questo
è stato possibile rimuovendo la propulsione e l’alimentazione autonoma, le quali sono ora disponibili come opzioni extra. La struttura dell’Mk VI è stata riprogettata e il sistema idraulico semplificato usando il design del carrello dell’Mk V. Il carico e altre capacità funzionali sono le stesse dell’Mk IV+, ma l’Mk VI ha una estensione opzionale della trave che
permette una velocità maggiore della ruota su una sezione di prova di 6 m oppure una velocità della ruota uguale all’ Mk IV+ ma su una sezione di 12 m. L’Mk VI può anche essere trainato
tra i siti di prova e il suo peso minore ne facilita l’operazione. Le ruote dell’Mk VI sono montate su una piattaforma girevole, rendendolo più manovrabile in sito.
3.3 RISULTATI SIGNIFICATIVI DAL PROGRAMMA HVS IN SUD
AFRICA
Alcuni dei più importanti sviluppi nel campo dell’ingegneria delle pavimentazioni in Sud Africa provenienti dall’uso dell’HVS sono elencati di seguito.
3.3.1 SVILUPPO DEI MATERIALI Large aggregate mix bases (LAMBs)
I risultati preliminari sono riportati altrove (Rust et al., 1992), i quali evidenziano il comportamento promettente e i benefici tecnici di questo tipo di strato di base. Seguendo uno studio di laboratorio estensivo, l’HVS fu utilizzato per validare le scoperte di laboratorio. Il
99 lavoro di sviluppo da allora è stato completato e ne è derivato un metodo di progetto (Sabita, 1993).
Granular emulsion mixes (GEMs)
L’uso di basi trattate con emulsione, soprattutto per la riabilitazione e il miglioramento di strade esistenti, rimane un’area di sviluppo particolare in Sud Africa. L’obiettivo principale era quello di confrontare i GEMs usando materiale al margine del sito con un aggregato importato formato da roccia frantumata per basi. Risultati più recenti dell’HVS (de Beer and Grobler, 1993) hanno provveduto ad un input addizionale per lo sviluppo di un appropriato metodo di progetto (Sabita, 1993).
Misure di riabilitazione per pavimentazioni con base cementata
È stata fatta una ricerca HVS a lungo termine nella selezione delle misure di riabilitazione per le basi leggermente cementate. Le scoperte della ricerca sono riportate altrove (Steyn et al., 1997).
Trattamenti per il miglioramento in fasi delle strade non pavimentate
Il lavoro HVS in Sud Africa è strettamente allineato con la necessità di miglioramenti economicamente efficaci alle strade non pavimentate. I dettagli di un confronto HVS di alcuni tipi di trattamenti a base di bitume e di catrame sono stati studiati durante gli anni ’90 (Steyn, 1996).
Confronto di basi costruite con tecniche ad alta intensità di manodopera
L’applicazione di tecniche di costruzione ad alta intensità di manodopera è di speciale rilevanza in Sud Africa. Il programma HVS del 1997 confrontò il comportamento di differenti tipi di base costruite in questo modo. Questi includono “penetration macadam”, ghiaia naturale trattata con emulsione e macadam legato con malta fluida.
Asfalto poroso
Furono studiate le performance dell’asfalto poroso, con una percentuale dei vuoti maggiore del 20%, sotto traffico accelerato. Le deformazioni caratteristiche di un asfalto poroso con legante bituminoso con gomma furono studiate con l’HVS. Questo lavoro è stato incorporato in un manuale per il progetto degli asfalti porosi (Sabita, 1996).
3.3.2 RICERCHE PIÙ RECENTI
Performance della pavimentazione a lungo termine e HVS
Anche se l’“Accelerated Pavement Testing” (APT) può fornire dati significanti per analizzare e predire gli effetti del carico del traffico sulle performance dei vari materiali, non è sempre capace di predire effetti ambientali ed altri effetti di lungo termine. Solo quando sono
100 disponibili dei confronti tra APT e “Long-Term Pavement Performance” (LTPP) ci sarà grande affidabilità nell’interpretazione e uso dei dati APT.
Durante il 2005 Gautrans ha condotto analisi LTPP su sezioni di prova adiacenti ai recenti esperimenti HVS completati. Il progetto è iniziato con lo sviluppo di un protocollo per l’avviamento e le operazioni sulle sezioni LTPP, che include:
dettagli sul collegamento dei dati raccolti tra LTPP e HVS; gestione e responsabilità;
posizione del sito e avviamento; raccolta dei dati e conservazione; presentazione dei criteri.
Ad oggi sono state avviate quattro sezioni LTPP, tre delle quali sono adiacenti a siti di prove HVS. Tutte queste sezioni LTPP sono esaminate due volte all’anno, all’inizio (Maggio) ed alla fine (Novembre) della stagione secca in Sud Africa. La prima serie di valutazioni ebbe luogo nel Dicembre 2005. Le valutazioni attuali includono:
una verifica visiva;
profili trasversali e longitudinali; misure DCP;
determinazione della densità e dell’umidità in sito; misure di qualità di percorrenza;
misure di deflessione (“Falling Weight Deflectometer” (FWD) e “Road Surface
Deflectometer” (RSD)).
I volumi di traffico sono determinati da conteggi settimanali del traffico e le condizioni ambientali sono determinate dalla pioggia caduta e dalle letture della temperatura raccolte dalle fattorie vicine e da sensori di temperatura installati presso le sezioni LTPP.
Poiché sono stati registrati i dati di solo 5 punti (dal Dicembre 2005) non è ancora possibile fare previsioni realistiche sul successo delle prove HVS al fine di simulare il deterioramento reale. Un esempio di un confronto dello sviluppo delle ormaie in una prova HVS (sulla N7 vicino Cape Town) con i risultati di una sezione LTPP adiacente sono mostrati in Fig. 3-4. Sono stati ottenuti risultati promettenti nonostante questa indagine sia nelle prime fasi.
101
Fig. 3 – 4 Confronto dello sviluppo delle ormaie nella sezione di prova HVS con quelle della sezione LTPP.
Prove HVS su pavimentazioni in calcestruzzo
Il “South Africa National Road Agency Ltd.” (SANRAL), Gautrans, il “Cement and Concrete
Institute” (C&CI) e il CSIR hanno iniziato un programma di ricerca sul calcestruzzo nel 2003
per verificare i correnti limiti nel manuale di progetto delle pavimentazioni in calcestruzzo sud-africano.
In modo da verificare specialmente il problema del trasferimento di carico, sono state costruite due sezioni HVS sperimentali in “Portland Cement Concrete” (PCC). Queste sezioni sono state soggette ad un carico accelerato per un periodo di oltre 7 mesi partendo dal Novembre 2003.
Gli obiettivi specifici della prova erano di:
indagare sull’influenza dell’ambiente e dei carichi accelerati sul deterioramento dei giunti;
determinare la vita residua rimanente di una sezione di pavimentazione in calcestruzzo in servizio.
In un secondo studio è stata indagata la vita residua di una pavimentazione “Continuously
reinforced Concrete Pavement” (CRCP) che mostrava un significante quantitativo di fessure.
La pavimentazione CRCP fu costruita nel 1998 e fino a Dicembre 2004 sono transitati circa 7 milioni di ESALs. Fu originalmente progettata per un traffico minore.
Al fine di ottenere un’indicazione sulla vita residua, fu selezionata una sezione per la prova HVS in un punto dove il disegno fessurativo esistente suggeriva la potenzialità dello sviluppo del “Punch-Out” (es. in Fig. 3-5).
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Fig. 3 – 5 Esempio di Punch-Out.
Usando un fattore di danno di 4,2 la pavimentazione fu soggetta a 5,9 milioni di ESALs in più rispetto ai 6,5 milioni prima dell’inizio della prova HVS e la pavimentazione non fu considerata rotta al completamento della prova.
I benefici delle prove HVS sono chiaramente illustrate da questo studio. A causa di una significante fessurazione si pensava che la pavimentazione avesse raggiunto la fine della sua vita strutturale. Attraverso la prova HVS è stato scoperto che la pavimentazione non era ancora rotta e che poteva transitare ancora un significante ammontare di traffico prima che un qualsiasi importante intervento di riabilitazione fosse richiesto.
Nei più recenti studi HVS (Aprile 2005 – Aprile 2008) sono state valutate delle sezioni “Ultra
Thin Continuously Reinforced Concrete” (UTCRCP). Questo tipo di calcestruzzo
(tipicamente spesso meno di 50 mm) è un tipico metodo di ricoprimento per la riabilitazione in aree dove ci sono problemi di spazio libero sotto gli impalcati dei ponti e il tempo per una ricostruzione profonda è limitato. L’HVS è usato per la determinazione del progetto della miscela ottima, resistenza strutturale e l’applicabilità dell’UTCRCP su differenti tipi di pavimentazione in vari stati di ammaloramento.
Il risultato di questa ricerca ha avuto così successo che SANRAL ha fatto un’offerta per un progetto di riabilitazione su vasta scala su una superstrada usando questo metodo di riabilitazione specializzata dopo la validazione usando l’HVS.
3.4 ALTRI PROGRAMMI HVS
Il seguente è un breve sommario delle prove APT intraprese con l’HVS al di fuori del Sud Africa.
3.4.1 CALIFORNIA
Nei nove anni tra la consegna dei due rinnovati HVS Mk III e la fine del 2007, queste macchine hanno applicato circa 81 milioni ripetizioni di carico, o approssimativamente 6 miliardi di ESALs se è assunta una relazione di danno elevata alla quarta. Sono state testate
103 più di 70 sezioni di pavimentazioni, incluse quelle costruite con materiali come il “Dense
Graded Asphalt Concrete” (DGAC), “Asphalt-rubber” (RAC-G), “Aggregate Base” (AB),
“Aggregate Subbase” (ASB), “Asphalt-Treated Permeable Base” (ATPB), PCC,
“Fast-Setting Hydraulic Cement Concrete” (FSHCC), binders modificati e “Cement-Treated Bases”
(CTB). Sono state confrontate le performance dei ricoprimenti in DGAC e RAC-G sul conglomerato bituminoso, e sono stati sviluppati e testati ricoprimenti flessibili a lunga vita sul PCC. I dettagli sono stati pubblicati altrove.
3.4.2 FINLANDIA E SVEZIA (VTT & VTI)
L’HVS Mk IV del VTT / VTI è stato consegnato nel 1997 alla Finlandia dove era stato usato per testare le strutture tipiche di pavimentazione finlandesi. È stato successivamente spostato in Svezia dove i test inclusero la valutazione di tre pavimentazioni con capacità portante gradualmente crescente, come anche la valutazione dei trattamenti di manutenzione “Mill &
Fill” per queste sezioni. Sono stati valutati approcci innovativi come l’uso di reti in acciaio
nelle pavimentazioni bituminose. Sono state studiate le performance della roccia frantumata in confronto alla ghiaia naturale, come anche l’effetto del contenuto di mica negli strati non legati di base e l’effetto della variazione di gradazione nelle fondazioni in roccia frantumata. Sono stati testati differenti spessori dello strato di base su materiale di riempimento leggero e sono stati valutati strati di base legati con cemento di differente qualità comprese le pavimentazioni semi-rigide. Sono stati anche intrapresi studi collaborativi con l’Islanda per valutare le performance delle basi e delle fondazioni islandesi.
Le prove correnti coinvolgono la valutazione di un potenziale miglioramento delle pavimentazioni e delle procedure di rinforzo in Slovenia e Polonia sotto il progetto “Sustainable Pavements for European New member States” (SPENS).
3.4.3 FLORIDA DOT
Il FDOT, nei primi tre anni e mezzo dopo aver ricevuto il suo HVS Mk IV+ nel 2000, ha
applicato 8,5 milioni di passaggi unidirezionali con un carico sulla ruota di 40 kN. Questo rappresenterebbe 17 milioni di passaggi se fosse stato usato un approccio bidirezionale. Il FDOT ha valutato gli effetti delle modifiche con polimeri sulle miscele Superpave, come anche le performance di ormaiamento di miscele a grana grossa e fine. Sono stati studiati gli ultimi requisiti di resistenza per la sostituzione di lastre in PCC al fine di minimizzare il ritiro e la fattibilità di usare pavimentazioni composite come UTW e TWT in Florida. La valutazione degli effetti dell’invecchiamento sulla fessurazione delle pavimentazioni è in corso. L’HVS è stato anche usato per testare le performance dei segnali stradali sporgenti dalla pavimentazione.
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3.4.4 USACE CRREL
Questo programma HVS Mk IV è specializzato in APT presso il complesso per la ricerca sugli effetti del gelo dello USACE, il quale permette il controllo su temperatura e umidità. Fu iniziato uno studio sulle performance dei sottofondi valutando gli effetti dell’umidità con la FHWA e collaborazioni con Danimarca e Finlandia. Questo studio continua con un approccio a fondi comuni condotto dal “New York Department of Transport” (NYDOT) e include altri 18 stati. Il CRREL ha anche portato a termine uno studio sull’effetto della pressione degli pneumatici sulle pavimentazioni stradali a basso volume di traffico per lo “US Forrest
Services” (USFS) e uno studio sull’effetto del disgelo per la “US Air Force” (USAF). Il
CRREL ha valutato l’uso di geogriglie per ridurre i requisiti di spessore delle basi, così come rinforzo per le pavimentazioni flessibili ad alto volume di traffico.
3.4.5 USACE WES
L’HVS-Airfield Mk V al WES è tipicamente usato per studi APT con carichi elevati alla ruota e breve durata. Ad esempio, per il primo test al WES furono pianificati 100000 passaggi di un carrello di un B727. Il lavoro è stato portato a termine per valutare le strutture di pavimentazione per il nuovo aeromobile cargo C-17, includendo strategie di riparazione rapide. La ricerca a breve termine si è concentrata sull’interazione del carico trasmesso dalla ruota per le configurazioni dei carrelli dei nuovi aeromobili. La WES è unica per la sua valutazione degli accorgimenti sulle pavimentazioni aeroportuali per uso militare su periodi molto brevi, con durata di 4 settimane, 6 mesi o 2 anni. Le prove a lungo termine si concentrano sulle relazioni che riguardano le performance delle pavimentazioni. Il lavoro attuale include le prove per verificare varie revisioni alla procedura CBR per pavimentazioni flessibili, al fine di verificare i requisiti di minimo spessore usati correntemente nelle procedure di progetto di pavimentazioni in conglomerato bituminoso, e per valutare l’uso di materiali vicino al sito per la costruzione dello strato di base della pavimentazione.
