Obiettivi Formativi

L’obiettivo del corso di Sovrastrutture di Strade, Ferrovie ed Aeroporti consiste nel fornire agli studenti del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile le conoscenze relative alla progettazione strutturale delle pavimentazioni stradali, ferroviarie ed aeroportuali. Lo studente, inoltre, apprenderà i metodi per la caratterizzazione delle prestazioni strutturali dei materiali per gli usi stradali e per il mix design delle miscele non legate, dei conglomerati bituminosi e di quelli cementizi. Lo studente acquisirà un'ampia e solida conoscenza e competenza sui criteri su cui si basa la progettazione strutturale, la costruzione e la manutenzione delle sovrastrutture stradali, ferroviarie e aeroportuali. In particolare, acquisirà conoscenze sui modelli razionali, empirici e semi-empirici per affrontare le analisi strutturali nonché sui modelli previsionali per studiare il decadimento caratteristiche strutturali e funzionali per una corretta implementazione delle strategie di manutenzione. A tal riguardo, lo studente acquisirà ulteriori conoscenze sulle moderne tecniche di monitoraggio ad alto rendimento delle sovrastrutture (tecniche non distruttive) mediante visite in laboratorio. Lo studente deve dimostrare di saper utilizzare i concetti teorici e applicativi acquisiti per affrontare correttamente la progettazione attraverso una puntuale conoscenza dei parametri di input (traffico, caratteristiche dei materiali, fattori climatici etc.) secondo un approccio integrato che comprenda anche le fasi di costruzione e manutenzione. Lo studente deve essere in grado di valutare in maniera autonoma situazioni anche diverse da quelle standard presentate dal docente durante il corso e di adottare le migliori metodologie risolutive. Lo studente deve avere la capacità di sviluppare e presentare temi e progetti nell’ambito delle sovrastrutture stradali, ferroviarie ed aeroportuali utilizzando correttamente il linguaggio tecnico-scientifico. Lo studente deve essere in grado di aggiornarsi continuamente, tramite la consultazione di testi e pubblicazioni (anche in lingua inglese), allo scopo di acquisire la capacità di approfondire gli argomenti del settore relativo al progetto delle sovrastrutture stradali, ferroviarie ed aeroportuali.

Learning Goals

The objective of the Structural Design Of Road Railway and Airport Pavements is to provide students of the Master of Science in Civil Engineering with knowledge related to the structural design of road, railway and airport pavements. The student will also learn the methods for characterizing the structural performance of materials for road use and for the mix design of unbound mixtures, bituminous conglomerates and concrete ones. The student will acquire a broad and solid knowledge and competence on the criteria on which the structural design, construction and maintenance of road, railway and airport superstructures are based. In particular, he will acquire knowledge on rational, empirical and semi-empirical models to deal with structural analyzes as well as on forecast models to study the decay of structural and functional characteristics for a correct implementation of maintenance strategies. In this regard, the student will acquire further knowledge on modern high-performance monitoring techniques of superstructures (non-destructive techniques) through laboratory visits. The student must demonstrate his ability to use the theoretical and application concepts acquired to correctly deal with the design through a precise knowledge of the input parameters (traffic, material characteristics, climatic factors etc.) according to an integrated approach that also includes the construction and maintenance phases. The student must be able to independently evaluate situations even different from the standard ones presented by the teacher during the course and to adopt the best resolution methods. The student must have the ability to develop and present themes and projects in the field of road, railway and airport superstructures using correctly the technical-scientific language. The student must be able to continuously update himself, through the consultation of texts and publications (also in English), in order to acquire the ability to deepen the topics of the sector related to the design of road, railway and airport superstructures.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula. Esercitazioni. Assegnazione di un tema progettuale consistente nel progetto strutturale di una pavimentazione stradale. Visita in un cantiere stradale.

Teaching Methods

Lectures. Exercises. Structural design of a road pavement. Visit of a road construction site.

Prerequisiti

Per poter frequentare utilmente il corso di Sovrastrutture di Strade, Ferrovie ed Aeroporti è fondamentale avere i prerequisiti fisico-matematici di base, nonché la conoscenza delle Costruzioni Stradali e di Tecnica e Sicurezza dei Cantieri, che verranno applicati con continuità nell’ambito sia delle lezioni teoriche che delle applicazioni pratiche.

Prerequisites

In order to use the course of Structural Design Of Road Railway and Airport Pavements it is essential to have the basic physical-mathematical prerequisites, as well as the knowledge of Road Construction and Construction Site Technique and Safety, which will be applied continuously in both theoretical lessons and practical applications.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento consiste in una prova orale. Lo studente per sostenere tale esame deve produrre l’elaborato progettuale assegnato durante il corso. Il criterio di valutazione consiste nell’assegnare una votazione compresa tra un minimo di 18/30 ed un massimo di 30/30.

Assessment

Verification of learning will consist of an oral exam. In order to take this exam, the student must produce a didactic exercise assigned during the course. The evaluation criterion is to assign a score between a minimum of 18/30 and a maximum of 30/30.

Programma del Corso

Le tipologie delle pavimentazioni stradali. Portanza dei sottofondi stradali. Correlazioni parametri di portanza. • La compattazione. • Caratterizzazione dei misti granulari non legati. • Il progetto dei drenaggi. Severity Factor. Sistemi di drenaggio. Approccio al progetto. Permeabilità dei dreni. Fattori che influenzano il contenuto d’acqua. Dimensionamento dei drenaggi. Stima dell’infiltrazione. Acqua di falda. Metodo di Cedergren. Spessore dello strato drenante. Dreni longitudinali. Trincee drenanti. Collettori. Porosità efficace. Tempo di drenaggio. • Bitumi per uso stradale. Proprietà dei bitumi. Reologia dei bitumi. Abachi di Heukelom. Creep compliance. Comportamento reologico delle miscele. Mix design. Modulo complesso. Curva maestra. Prova di creep statica. Resistenza a fatica delle miscele bituminose. Prove di fatica. Autoriparazione delle miscele bituminose. Leggi di fatica. Metodo di Vesys. Calcolo delle deformazioni plastiche per gli strati non legati. • Il progetto delle sovrastrutture stradali. Parametri di input. Concetto di carico equivalente su ruota singola. Area di contatto. Il traffico: analisi, fattore di crescita, fattore di direzione e di corsia. Condizioni ambientali: analisi termica. Gradienti termici nelle lastre in cls. Il calcolo razionale delle pavimentazioni flessibili: il modello multistrato. Strati a comportamento non lineare. Il software Kenlayer. • Le sovrastrutture rigide. Concetto di portanza del piano di posa delle piastre. Leggi di fatica del cls. Carico su ruota singola equivalente. Calcolo delle sollecitazioni nelle piastre in cls. Modelli semplificati (soluzioni di Westergaard). Calcolo delle sollecitazioni termiche: relazioni di Bradbury e soluzione di Eisenmann. Calcolo spaziatura dei giunti ed armature longitudinali. Progetto delle barre di compartecipazione. Il codice di calcolo Kenslab. Rigidezza del giunto. Contatto lastra-supporto. • AASHTO Guide. • La sovrastruttura ferroviaria. Introduzione. Calcolo delle sollecitazioni nella rotaia. Ipotesi di rotaia su appoggi discreti e continui. Le pressioni di contatto ruota-rotaia. Le sollecitazioni termiche. Le verifiche di resistenza. Forza orizzontale in curva. Instabilità sul piano orizzontale e verticale. • Le sovrastrutture aeroportuali. Definizione di zona critica. Il concetto di carico equivalente su ruota singola. Aereo critico. Metodo FAA. Metodo LCN.

Course Syllabus

The types of road pavements. The bearing of the road subgrades: parameters and correlations. The compaction of soils. Characterization and acceptance of granular mixtures. The design of drainage. Severity Factor. Drainage systems and solutions. Permeability of drains. Estimating water infiltration and groundwater. Cedergren method. Spessore dello strato drenante. Longitudinal drains. Drainage trenches. Pipes. Effective porosity. Drainage time. Bitumen for road use: properties and rheology. Heukelom laws. Creep compliance function. Rheology of bituminous mixtures and mix design. Complex modulus. Master curve. Static and dynamic creep test. Fatigue resistance of bituminous mixtures. Fatigue test. Fatigue laws. Vesys method. Evaluation of plastic strains in unbounded layers. Structural design of the road pavements. Input parameters. Equivalent Single Axle Load. Load area. Traffic: the analysis, the growth factor, the direction and lane factors. Environmental conditions: thermal analysis. Thermal gradients in the concrete slabs. Mechanicistic analysis of the flexible pavements: the multilayer model. Nonlinear analysis of unbound granular layers. Kenlayer software. Rigid pavements. Winkler support model. Fatigue laws of concrete. ESWL. Westergaard solutions for the calculation of the stresses in the plates. Thermal stresses: Bradbury and Eisenmann solutions. Distance between joints and longitudinal reinforcement. Design of the dowel bars. Kenslab software. Joint stiffness. Contact slab-support. AASHTO Guide. Railway track. Track loads: vertical forces, longitudinal forces and lateral forces. Temperature forces. Static track design: Winkler support model. Beam on elastic foundation model. Vertical stability of track. Track lateral behaviour. Ballast bed. The airport pavements. Critical zones. Equivalent traffic. Traffic load distribution. Critical airplane. FAA method . LCN method.