PAVEMENT ENGINEERING

Conoscenza e comprensione

L'insegnamento fornisce agli studenti le conoscenze tecniche relative al campo dell'Ingegneria delle Pavimentazioni, affrontando i materiali bituminosi, la progettazione e la manutenzione delle pavimentazioni. A partire dai materiali costituenti — bitume, aggregati e conglomerati bituminosi — il corso sviluppa la comprensione della composizione e del mix design del conglomerato bituminoso (Asphalt Concrete) e, successivamente, della progettazione delle pavimentazioni, descrivendo la recente evoluzione delle procedure di calcolo dai metodi empirici a quelli analitici (meccanicistici), unitamente alla valutazione delle condizioni della pavimentazione e alla progettazione degli interventi di manutenzione, compreso il calcolo dei rinforzi (overlay).

Al superamento dell'esame, gli studenti conosceranno le procedure per l'analisi, la progettazione e la manutenzione delle pavimentazioni, incluse la selezione e la caratterizzazione dei materiali, il mix design del conglomerato bituminoso, la progettazione degli strati della pavimentazione mediante metodi sia empirici sia meccanicistici, e la valutazione delle prestazioni delle pavimentazioni esistenti attraverso ispezione visiva, sistemi manuali, apparecchiature ad alto rendimento e veicoli strumentati. Gli studenti acquisiranno inoltre le conoscenze fondamentali alla base delle prove di laboratorio sui materiali.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Gli studenti saranno in grado di applicare le conoscenze acquisite e le competenze fondamentali di laboratorio per risolvere problemi pratici di ingegneria delle pavimentazioni. In particolare, al superamento dell'esame gli studenti saranno in grado di:

• classificare la capacità portante del sottofondo, il suo potenziale di rigonfiamento e la suscettività al gelo;
• selezionare la tecnica più appropriata per la stabilizzazione dei terreni;
• individuare e analizzare i parametri dei carichi da traffico;
• individuare e analizzare i fattori climatici per la progettazione delle pavimentazioni;
• selezionare e testare i materiali per gli strati della pavimentazione;
• eseguire il mix design del conglomerato bituminoso;
• dimensionare gli spessori degli strati della struttura di pavimentazione;
• individuare le esigenze di manutenzione lungo la vita utile della pavimentazione;
• identificare i degradi e le prestazioni delle pavimentazioni bituminose in esercizio;
• progettare i rinforzi (overlay) per migliorare la vita residua della pavimentazione.

Autonomia di giudizio

Gli studenti svilupperanno la capacità di valutare criticamente le alternative disponibili nell'ingegneria delle pavimentazioni — dalla selezione dei materiali e dal mix design alla progettazione strutturale e alle strategie di manutenzione — confrontando le soluzioni in termini di prestazioni tecniche, durabilità, costo e sostenibilità. Saranno in grado di interpretare i risultati delle prove di laboratorio e delle indagini sulle condizioni delle pavimentazioni, e di formulare giudizi autonomi sulle opzioni di progettazione e manutenzione più appropriate per un dato contesto di traffico, sottofondo e clima, anche in condizioni di dati incompleti.

Abilità comunicative

Gli studenti saranno in grado di presentare e giustificare, utilizzando un linguaggio tecnico appropriato, le scelte metodologiche adottate e i risultati delle proprie analisi e prove, sia in forma scritta attraverso la redazione di relazioni tecniche ed elaborati progettuali, sia oralmente nella presentazione e discussione del proprio lavoro. Saranno inoltre in grado di comunicare efficacemente con gli interlocutori tecnici e non tecnici coinvolti nella progettazione, costruzione e gestione delle pavimentazioni stradali.

Capacità di apprendimento

Gli studenti avranno acquisito un metodo di studio e di lavoro che consentirà loro di aggiornare autonomamente le proprie competenze in linea con l'evoluzione dei materiali, dei metodi di prova, delle procedure di progettazione e delle tecnologie nel campo dell'Ingegneria delle Pavimentazioni, così da affrontare con autonomia i successivi percorsi formativi e la pratica professionale.

L'insegnamento si articola in lezioni frontali, esercitazioni, attività di laboratorio e sviluppo di un elaborato progettuale (relazione). 

Le lezioni frontali, svolte con il supporto di materiale didattico e presentazioni, introducono i fondamenti teorici relativi ai materiali, alla progettazione strutturale e alla manutenzione delle pavimentazioni. 

Le esercitazioni, di tipo numerico e applicativo, guidano gli studenti nella risoluzione di problemi pratici quali la caratterizzazione dei materiali, il mix design dei conglomerati bituminosi e il dimensionamento degli strati della pavimentazione con metodi empirici e meccanicistico-empirici. 

Le attività di laboratorio, condotte anche in forma dimostrativa, illustrano le principali prove sui materiali (aggregati, leganti e miscele) e i sistemi di rilievo delle condizioni della pavimentazione. 

Lo sviluppo dell'elaborato progettuale, svolto individualmente, richiede l'applicazione integrata delle conoscenze acquisite a un caso di studio e si conclude con la redazione di una relazione tecnica e la sua presentazione e discussione.

Fortemente consigliata

Traffico, condizioni ambientali, terreni e drenaggio
Fattori climatici e ambientali. Concetti di traffico e distribuzione dei carichi. Fattori di equivalenza dei carichi (Load Equivalency Factors). Sottofondo, strato di fondazione (subbase), drenaggio. Concetto e metodi di stabilizzazione dei terreni.

Caratterizzazione dei materiali e mix design dei conglomerati bituminosi
Cenni storici. Prestazioni delle pavimentazioni. Tipologie di pavimentazione: pavimentazione flessibile, pavimentazione rigida, pavimentazioni speciali (drenanti-fonoassorbenti, composite). Conglomerato bituminoso (Asphalt Concrete). Proprietà e caratteristiche dei leganti e degli aggregati. Caratterizzazione dei materiali in laboratorio. Natura viscoelastica del bitume e misura diretta della rigidezza. Tipologie, proprietà e progettazione delle miscele bituminose. Mix design Marshall e Superpave. Specifiche tecniche europee armonizzate.

Progettazione strutturale
Modulo resiliente, modulo dinamico del conglomerato bituminoso. Fessurazione per fatica, ormaiamento e deformazioni permanenti. Prestazioni della pavimentazione e periodo di analisi. Cataloghi delle pavimentazioni. Metodi empirici. Metodi meccanicistico-empirici.

Manutenzione e riabilitazione
Manutenzione e riabilitazione delle pavimentazioni bituminose. Sistemi di gestione delle pavimentazioni (Pavement Management Systems, PMS). Rilievo delle condizioni della pavimentazione (Pavement Survey). Prove non distruttive. Capacità portante, regolarità (unevenness), aderenza e tessitura superficiale, valutazione visiva dei degradi. Progettazione dei rinforzi (overlay).

Guide for Design of Pavement Structures, 4th Edition, AASHTO, 1993 (pdf)

Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide, AASHTO, 2008 (pdf)

Catalogo delle Pavimentazioni Stradali, CNR, 1994 (pdf)

Highway Engineering - Pavements, Materials and Control of Quality. A. Nikolaides. CRC 2015

Pavement Engineering, Rajib B. Mallick, Tahar El-Korchi, CRC, 3nd edition, 2016

F.A. Santagata et al. Strade. Vol. 2 Teoria e Tecnica delle Costruzioni Stradali - Pearson, 2016

Huang Y. H. (2003). Pavement Analysis and Design. Prentice Hall.

Mallick R. B., El-Korchi T. (2008). Pavement Engineering. Chapman and Hall/CRC.

La verifica dell'apprendimento si articola in una prova orale intermedia (facoltativa), una prova orale finale e nella valutazione delle esercitazioni assegnate (homework) e dell'elaborato progettuale finale di pavimentazione. Non sono previste prove scritte: l'accertamento avviene mediante colloquio orale con domande a risposta aperta, volte a valutare la conoscenza dei contenuti, la capacità di applicarli e la proprietà di linguaggio tecnico.

Prenotazione. La prenotazione alla prova finale avviene tramite il portale di Ateneo, negli appelli pubblicati nel calendario d'esame; la prenotazione alla prova intermedia avviene tramite comunicazione via e-mail al docente, entro i termini indicati a lezione.

Prova intermedia (facoltativa) — peso 30%. Si svolge durante il periodo delle lezioni e verte sugli argomenti elencati nelle domande d'esame: sezione A) 1÷10, 12, 16, 17 – sezione B) 1÷3. Consiste in un colloquio della durata orientativa di 20–30 minuti, con alcune domande a risposta aperta. Il superamento della prova intermedia esonera lo studente dai relativi argomenti nella prova finale.

Prova finale — peso 45%. Per gli studenti che abbiano superato la prova intermedia, verte sugli argomenti elencati nelle domande d'esame: sezione A) 11, 13÷15, 18, 19 – sezione B) 4÷10 – sezione C) 1÷4. Per gli studenti che non sostengono la prova intermedia, la prova finale verte su tutti gli argomenti presenti nell'elenco delle domande e assorbe anche il peso della prova intermedia (peso complessivo 75%). Consiste in un colloquio della durata orientativa di 30–45 minuti, con domande a risposta aperta e discussione degli elaborati.

Esercitazioni ed elaborato progettuale — peso 25%. La valutazione tiene conto della puntualità nello svolgimento e della qualità delle esercitazioni assegnate (homework) e della qualità dell'elaborato progettuale finale di pavimentazione. La consegna delle esercitazioni e dell'elaborato progettuale è obbligatoria e costituisce condizione di ammissione alla prova finale; le consegne avvengono entro i termini concordati con il docente e sono oggetto di discussione durante la prova orale.

Scala di valutazione. Il voto è espresso in trentesimi. La prova si intende superata con una votazione minima di 18/30; il punteggio massimo è 30/30, con eventuale attribuzione della lode. Il voto finale è determinato dalla media ponderata delle prove secondo i pesi sopra indicati (prova intermedia 30% + prova finale 45% + esercitazioni ed elaborato 25%, oppure prova finale 75% + esercitazioni ed elaborato 25% in assenza della prova intermedia). Concorrono positivamente alla valutazione la frequenza e la partecipazione attiva alle attività didattiche.

A) Materiali

1. Classificazione del sottofondo [3.0]
2. Indagine sulla capacità portante — prova di carico su piastra (piastra statica, FWD, LWD) [3.0]
3. Indagine sulla capacità portante — Modulo resiliente [3.0]
4. Indagine sulla capacità portante — prove empiriche (CBR) [3.0]
5. Costipamento (prova Proctor, controllo in sito) [3.0]
6. Variazione stagionale, valore di progetto equivalente di Mr [3.0]
7. Caratteristiche degli aggregati e prove di laboratorio [5.1; 5.2; 5.3]
8. Componenti del conglomerato bituminoso e proprietà volumetriche della miscela [5.4]
9. Tipologie e applicazioni dei leganti bituminosi (naturali, artificiali, flussati/cutback, emulsioni, schiumati, modificati, speciali) [6.1]
10. Prove empiriche e classificazione dei leganti bituminosi [6.2]
11. Reologia dei leganti bituminosi: definizione di viscosità e prove di laboratorio (viscosità dinamica, cinematica) [6.2]
12. Rigidezza del legante bituminoso (IP, Van der Poel) [6.2]
13. Reologia dei leganti bituminosi: viscosità e modulo complesso (RV, DSR) [6.3]
14. Reologia dei leganti bituminosi: invecchiamento, rigidezza e resistenza (RTFO, PAV, BBR, DTT) [6.3]
15. Performance Grade del legante bituminoso [6.4]
16. Mix design del conglomerato bituminoso: Marshall [7.0]
17. Mix design del conglomerato bituminoso: Superpave [5.3; 8.0]
18. Caratteristiche del conglomerato bituminoso: modello e definizione del modulo complesso [9.0]
19. Caratteristiche del conglomerato bituminoso: prove di laboratorio sul modulo e formule empiriche [9.0]

B) Progettazione

1. Progettazione empirico-meccanicistica: fattori di traffico (tipologie e distribuzione dei carichi da traffico) [2.0]
2. Progettazione empirico-meccanicistica: fattori ambientali (temperatura, umidità) [2.0]
3. Progettazione empirica AASHTO: carico assiale standard equivalente, ESAL nel periodo di progetto [2.0]
4. Progettazione empirica AASHTO: Numero strutturale (PSI, Mr, R, S, ESAL) [12.0]
5. Progettazione empirica AASHTO: rigonfiamento (swelling) [12.0]
6. Progettazione empirica AASHTO: coefficienti di strato e distribuzione degli spessori [12.0]
7. Progettazione dei rinforzi (overlay) AASHTO [16.0]
8. Progettazione empirico-meccanicistica: sistema elastico multistrato [10.0]
9. Progettazione empirico-meccanicistica: modello di fessurazione per fatica, prova di laboratorio e formule di progetto [10.0]
10. Progettazione empirico-meccanicistica: modello di ormaiamento, prova di laboratorio e formule di progetto [10.0]

C) Manutenzione

1. Capacità portante effettiva della pavimentazione: Falling Weight Deflectometer (prova, moduli degli strati, SNeff) [11.0]
2. Aderenza: GRIP, SCRIM (apparecchiature e stima del coefficiente) [13.0]
3. Profilo longitudinale della pavimentazione: micro-macro-mega tessitura, MPD, IRI (apparecchiature e stima del coefficiente) [13.0]
4. Degradi superficiali della pavimentazione: sistemi di classificazione e misura (fessurazioni, ormaiamento) [10.0; 13.0]