10. CONCLUSIONI

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10. CONCLUSIONI

Quanto descritto nei Capitoli precedenti è il frutto di un'ampia ricerca bibliografica che ha coinvolto vari settori, spaziando dall'ingegneria civile - aeroportuale, toccando l'ingegneria meccanica, aerospaziale ed agricola, senza prescindere ovviamente dal campo dell'ingegneria geotecnica.

Tale studio multidisciplinare aveva originariamente lo scopo di diradare la nebbia che avvolge il campo della progettazione e della verifica della capacità portante delle aree strip che circondano la pista di volo; più precisamente, l'obiettivo era quello di individuare una procedura univoca, semplice, affidabile ed allo stesso tempo economica che fosse in grado di descrivere le prestazioni fisiche e meccaniche di un "pacchetto strip", sia esso esistente o in fase di progettazione.

L'indisponibilità di dati riferiti a situazioni reali, unita all'impossibilità di effettuare indagini in sito, ha reso impossibile la messa a punto di un metodo di previsione avente le caratteristiche sopra elencate, che fosse in grado di prevedere il comportamento delle strip in caso di attraversamento sia da parte dell'aeromobile critico che dei mezzi di soccorso usualmente in servizio nell'Aeroporto di riferimento.

Il risultato finale di questo lavoro consiste pertanto nell'individuazione di alcuni metodi di previsione che, sulla base dell'accuratezza del modello fisico su cui sono strutturati, sono risultati meglio rappresentativi della situazione reale; riteniamo gli stessi meritevoli di un approfondimento teorico-sperimentale quale passo successivo da compiere in continuità col presente studio.

Spetterà, tuttavia, ai Soggetti direttamente interessati l'onere finale di decidere riguardo l'opportunità di approfondire la tematica in oggetto dando seguito alle indicazioni qui contenute, anche sulla base di valutazioni di carattere economico. Alcuni dei metodi proposti, infatti, necessitano di essere sottoposti ad una fase di sperimentazione in campo che possa condurre, in base ai risultati ottenuti, ad un'auspicabile convalida dei risultati forniti, con conseguente legittimazione del loro impiego.

Ricordiamo che un "pacchetto strip" è realizzato da uno strato soffice superficiale, cui è

demandato il compito di rallentare l'aeromobile in veer-off, e da un sottofondo di

maggiore portanza. Ciò premesso, ci è sembrato utile scindere il problema di

interazione ruota-terreno in due problemi distinti: la stima delle deformazioni plastiche

indotte nello strato superficiale - profondità dei solchi prodotti - e la verifica che i

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cedimenti del sottofondo rimangano entro i limiti elastici del materiale che lo costituisce.

Studiando le principali Normative di riferimento, è emerso che l'attuale approccio al problema è esclusivamente di tipo prescrittivo: in particolare, le Norme forniscono prescrizioni in relazione alla portanza minima da garantire, in termini di Indice CBR, ed all'affondamento massimo consentito per la ruota del nose gear dell'aeromobile critico.

In riferimento a quest'ultimo, non vi sono particolari indicazioni che ci guidino verso la sua individuazione; affidandoci allora al buonsenso ingegneristico, riteniamo che sia opportuno considerare critico quel velivolo che impegna maggiormente la pavimentazione della pista di volo, di solito coincidente con il velivolo che presenta il massimo peso al decollo.

Volendo superare l'impostazione puramente prescrittiva delle Norme, ci è sembrato estremamente utile individuare una procedura di valutazione che legasse la capacità portante del terreno alla manovrabilità di velivoli e mezzi di soccorso su di esso, ossia un modello che ponesse in relazione Indice CBR ed affondamento previsto.

Tra tutti i metodi empirici analizzati, la relazione auspicata viene posta in essere solo da quello di Crenshaw; tuttavia, a questo livello di conoscenza non possiamo pronunciarci sulla bontà di tale metodo poiché non è stato possibile applicarlo ad un caso reale di studio in quanto necessita di una calibrazione che va condotta necessariamente attraverso accurate indagini in sito.

Visto il rigoroso modello fisico su cui si basa, lo segnaliamo come metodo meritevole di essere approfondito allo scopo di superare le difficoltà di applicazione legate alla sua calibrazione.

La stessa cosa non possiamo dire del metodo di Bekker analizzato in alternativa, il quale si basa su un modello estremamente semplificato e scarsamente rappresentativo della realtà fisica del fenomeno, con conseguente limitata attendibilità del risultato finale fornito.

Alla luce dei limiti evidenziati, si è visto che a tali metodi empirici potrebbero essere

preferite procedure analitiche di stima, quali ad esempio la modellazione agli elementi

finiti. Tale metodologia di indagine, infatti, si fregia del vantaggio di poter essere

applicata a tutti gli scenari possibili seguendo una procedura univoca, modellando

l'effettiva configurazione ed il reale comportamento del terreno con precisione crescente

al crescere dello sforzo profuso nella calibrazione del modello creato. Quest'ultimo

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aspetto è però abbastanza controverso, poiché si è visto che le calibrazioni proposte da vari Autori sono eseguite a mezzo di prove in sito che non riproducono fedelmente le sollecitazioni da veer-off; proprio perché una calibrazione efficace richiederebbe test ed apparecchiature particolarmente onerose, il ricorso a tale metodo dovrà, pertanto, essere sottoposto a valutazioni di natura economica da parte dei Soggetti interessati.

Volendo superare le numerose difficoltà legate alla riproduzione fedele della situazione in sito - stratigrafia, umidità, stato tensionale - e delle sollecitazioni trasmesse dall'aeromobile critico e dai mezzi di soccorso, una promettente strada da intraprendere è quella dei test in scala reale con ruota singola/doppia.

La difficoltà di riprodurre la velocità effettiva di escursione, sulla cui determinazione permangono ancora dei dubbi, può essere superata facendo trainare l'apparato del SWL test da un mezzo dei VV.F. che, seppur oberato dal carico rimorchiato, sia in grado di raggiungere una velocità massima maggiore di quella ottenibile con un mezzo di movimentazione delle terre, come previsto dall'Autore del metodo.

Occorre sottolineare che, da quanto abbiamo scoperto nel corso del presente studio, la velocità di escursione rappresenta una variabile primaria che influenza fortemente i parametri di interazione ruota-terreno, per cui riteniamo non si possa prescindere da essa; ciò nonostante le attuali Norme non forniscono indicazioni sul valore da utilizzare per progettare le strip e verificarne l'efficacia. Al contrario, precise indicazioni sono invece previste per la progettazione dei letti di arresto da collocare nell'area RESA, ma bisogna ammettere che le condizioni sono differenti: pur ammettendo l'analogia della funzione esplicata, la velocità di escursione presa come riferimento non può essere la stessa. Poiché l'escursione laterale può verificarsi in qualsiasi momento, sia in fase di decollo che di atterraggio, non è facile stabilire un intervallo di valori di velocità più probabili: ciò ci porta a fare dei ragionevoli compromessi. Sappiamo che escursioni a velocità basse sono molto severe per le strip, mentre transiti ad alte velocità producono effetti minori; alla luce di ciò, fissare un valore di velocità critica medio pari a quello massimo ottenibile con i mezzi utilizzati per l'esecuzione del SWL equivarrebbe in un certo senso a mediare gli effetti del transito alle varie velocità.

In un test di questo tipo è oggettivamente difficile raggiungere velocità maggiori ed il

dispendio di denaro connesso al suo ottenimento non giustificherebbe un incremento

significativo nell'accuratezza del risultato finale: se l'effettiva velocità di escursione

fosse maggiore di quella teorizzata, l'affondamento misurato nel corso del test

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risulterebbe sovrastimato, per quanto precedentemente ammesso, ma l'entità di tale surplus potrebbe essere letta come un conveniente margine di sicurezza di cui dotarsi.

Inoltre, tale metodologia di indagine fornisce risultati in termini di affondamento e drag- force valutati nelle effettive condizioni ambientali in cui si trovano le strip all'atto dell'esecuzione del test, ai quali è possibile associare valori di Indice CBR da determinare con apposita apparecchiatura in maniera discreta lungo le strisce su cui verrà eseguita la prova.

Lo svantaggio che tale metodo presenta è quello di richiedere un apparato del tipo SWL analizzato in precedenza; tuttavia, nel rispetto del brevetto cui tale apparato è assoggettato, la progettazione e la realizzazione di un apparato simile non presenta particolari problemi ingegneristici ed il costo ci appare sostenibile. Al momento, le principali difficoltà tecniche si concentrano sull'individuazione di un mezzo che sia in grado di trainare il pesante apparato ad elevate velocità, in modo da riprodurre un test che rispecchi il più possibile le condizioni reali di escursione.

In analogia a questo modo di procedere, la stima della manovrabilità dei mezzi di soccorso può essere effettuata servendosi dei veicoli effettivamente operativi nel sito aeroportuale considerato.

A questo punto è d'uopo una precisazione: l'impiego dei mezzi di soccorso per la simulazione del transito dell'aeromobile critico, sia esso finalizzato alla stima diretta dell'affondamento o anche solo alla calibrazione di un modello di previsione, è sconsigliato in quanto carichi e pressioni di gonfiaggio sono differenti da quelle reali e, come abbiamo visto, tali parametri hanno una forte influenza sui parametri d'interazione. Per cui il ricorso alle prove di attraversamento delle strip con tali mezzi è legittimo solo ai fini della stima della manovrabilità di questi ultimi.

In alternativa ai metodi finora menzionati, una semplice indagine da condurre sulle strip consiste nella determinazione dell'Indice CBR in sito, tanto per lo strato superficiale quanto per il sottofondo.

Limitare l'analisi prestazionale delle strip ad una mera determinazione dell'Indice CBR

può apparire estremamente semplificativo, alla luce della complessità del fenomeno che

abbiamo studiato. In effetti i valori di tale indice riportati dalle Linee Guida di ENAC

sono molto utili per una prima ricognizione, ma non ci si dovrebbe fermare a questo

livello di conoscenza, cercando di perseguire l'obiettivo di prevedere una risposta

dinamica del terreno alle sollecitazioni cui è assoggettato. Ciò che dovrebbe essere

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considerato, infatti, è l'effettivo comportamento del terreno in tutte le condizioni climatiche e per ogni scenario possibile, dettato anche dallo spettro di traffico che caratterizza l'Aeroporto in esame.

Tali obiezioni trovano senz'altro un fondamento teorico; ciò nonostante, il presente lavoro ha messo in evidenza le molteplici difficoltà, di natura tanto tecnica quanto economica, che si è chiamati ad affrontare nel tentativo di condurre uno studio approfondito sull'interazione ruota-terreno delle strip.

Per questi motivi, limitare le prescrizioni progettuali al solo valore di Indice CBR, sia dello strato superficiale che dello strato di sottofondo, appare la via sicuramente più economica. Inoltre il ricorso a questa metodologia di indagine appare legittimo anche dal punto di vista tecnico: alcuni Enti accreditati a livello mondiale, infatti, hanno stabilito delle relazioni tra i parametri di capacità portante di un dato terreno e la manovrabilità dei mezzi su di esso, sfruttando i dati raccolti nell'ambito di numerosissime indagini sperimentali condotte nel corso degli anni. In particolare, le prescrizioni fornite dai costruttori ci assicurano che, rispettando i valori di Indice CBR prescritti, il terreno non riporta solchi eccessivi al passaggio di un determinato velivolo considerato critico. A tal riguardo, gli stessi Costruttori hanno dimostrato che il limite di 15 cm all'affondamento del nose gear suggerito da ENAC è eccessivamente cautelativo, ammettendo che a valori ottimali di CBR con cui preparare le strip possano corrispondere affondamenti fino a 25÷30 cm .

Ad una simile conclusione eravamo già arrivati interpretando i risultati ottenuti con l'approccio della drag-force nell'esempio di applicazione del modello di Bekker; tuttavia i pregiudizi che nutriamo nei confronti di tale metodo per via della sua scarsa aderenza al caso reale ci hanno portato a non enfatizzare tale risultato.

A rigor di logica, una superficie caratterizzata da valori di CBR ritenuti ottimali per i

velivoli - alti carichi e pressioni di gonfiaggio degli pneumatici - dovrebbe, per

estensione, andar bene anche per i mezzi di soccorso, caratterizzati da carichi e

pressioni di gonfiaggio inferiori. Ad ogni modo, per essere sicuri che il loro transito sia

consentito in qualsiasi condizione ambientale, è conveniente condurre dei test in scala

reale utilizzando i veicoli in forza ai soccorritori a pieno carico e valutarne le

prestazioni, rispondendo peraltro ai suggerimenti riportati da ENAC nella Circolare.

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Laddove la capacità portante dello strato superficiale appaia inadeguata, si rendono necessari interventi di adeguamento, quali stabilizzazione o addirittura sostituzione del materiale. Nel caso in cui la sostituzione del materiale appaia inevitabile, il ricorso a materiali engineered del tipo impiegato nei letti di arresto posti a fine pista ci metterebbe sicuramente al riparo da tutti i rischi connessi al verificarsi di un veer-off e ci darebbe garanzie di buona progettazione: già negli anni '80, infatti, un accurato studio ha dimostrato che i materiali naturali non sono idonei ai fini dell'arresto di un velivolo.

Nel corso di un'accurata ricerca sperimentale condotta su nuovi materiali engineered, è stato scoperto che gli engineered aggregate esercitano alle alte velocità una drag-force maggiore rispetto a quella esercitata alle basse velocità; questo comportamento è esattamente l'opposto di quello che abbiamo appurato per i materiali naturali e pertanto rende gli engineered aggregate perfetti affinché le strip svolgano al meglio il compito ad esse demandato. L'aeromobile esce di pista verosimilmente a forte velocità, quindi subisce inizialmente una grande resistenza che decresce man mano che il velivolo dissipa la sua energia cinetica; allo stesso tempo, questo comportamento è favorevole anche ai mezzi di soccorso, i quali viaggiano a velocità inferiori di quelle con cui verosimilmente l'aeromobile esce di pista, perciò sono soggetti ad una resistenza minore.

Sulla base di quanto appena considerato, il ricorso ad un materiale engineered con cui realizzare lo strato superficiale delle strip sarebbe fortemente auspicabile; il tutto andrebbe adagiato su un sottofondo ben compattato, con una geogriglia interposta che provveda ad una migliore distribuzione di carichi.

Purtroppo quella appena descritta non è sicuramente la soluzione più economica.

Appare opportuno precisare che la continua ricerca della soluzione conveniente dal punto di vista economico è legata al fatto che, dati statistici alla mano, la probabilità di accadimento di un veer-off è molto inferiore rispetto al verificarsi di un overrun; questo, ad esempio, è il motivo principale per il quale non è ritenuto conveniente sostituire il materiale delle strip con gli stessi materiali engineered impiegati con successo nei letti di arresto (EMAS) posti a fine pista.

Per la trattazione del secondo problema, ossia la verifica della capacità portante del

sottofondo, oltre alla verifica della rispondenza dell'Indice CBR ai valori prescritti dalle

Norme per lo strato in oggetto, abbiamo ritenuto necessario il calcolo del cedimento che

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occorre allo stesso per effetto del passaggio del velivolo critico. La strategia di indagine che consigliamo è quella del semispazio elastico alla Boussinesq, secondo cui il calcolo può essere affrontato facendo ricorso alla teoria dell'elasticità senza perdere di verosimiglianza ed affidabilità.

Nonostante il terreno presenti prevalentemente un comportamento di tipo elasto- plastico, l'esperienza pluriennale ha dimostrato che, essendo il problema della previsione dei cedimenti particolarmente complesso e difficile da gestire matematicamente, l'introduzione di ragionevoli ipotesi semplificative, quali la validità delle relazioni di tipo elastico, semplifica notevolmente il problema e non ne altera significativamente l'aderenza con la realtà fisica del fenomeno.

Il problema che si presenta principalmente in questo tipo di analisi è quello di ottenere

valori attendibili dei parametri elastici: l'impossibilità di recuperare campioni

indisturbati di terreno comporta che i valori misurati in laboratorio risultino sovente in

errore, per cui vi è una tendenza diffusa a utilizzare prove in sito. In particolare,

l'esistenza di relazioni che trovano ampia conferma sperimentale ci permette di ricorrere

a metodi di indagine economici e speditivi, quali ad esempio i test deflettometrici con

apparecchiatura LWD dai cui risultati è possibile risalire al modulo elastico del terreno

in esame.