Analisi tenso-deformative di una pavimentazione rigida aeroportuale soggetta a carichi termici mensili, stagionali e giornalieri

The purpose of this experimental thesis is to study the characterization of a rigid airport pavement subject to monthly, seasonal and daily thermal loads. For the determination of the thermal loads, various hypotheses have been examined. These thermal loads are associated with a 3D finite element model using the Ansys program. In particular, to determine the cases of study have been used a theoretical formula, an application of two formulas, an article of technical literature and the Transient Thermal Analysis. For the transient thermal analysis have been used three cases of temperatures deriving from the climatological data. The climatological data taken into consideration the temperature referred to the Milan Malpensa weather station; so, after the first analysis, the results have been generalized. Ansys in free downloadable academic version, was used to implemented the model. The model is referred to a real concrete pavement of FAA. The results obtained confirm what is already known about the stress behavior of concrete and steel. Concrete is a building material with compressive strength and the steel sharing bars are able to withstand tensile stresses.

Questo elaborato di tesi sperimentale ha come fine quello di studiare la caratterizzazione di una pavimentazione rigida aeroportuale soggetta a carichi termici mensili, stagionali e giornalieri. Per la determinazione dei carichi termici sono state vagliate diverse ipotesi tra cui l’utilizzo di formule teoriche quali: Barber, Peyronne e la formula teorica sperimentale che associa queste ultime due risolvendo il problema della formula di Barber legato alla non considerazione delle ore comprese tra l’alba e il tramonto e viceversa; tale formula ha come autori Faraggi, Jofre e Kramer. Le formule teoriche elencate possono però essere legati a casi stagionali in quanto considerano dei parametri dipendenti da fattori stagionali. Tutte le formule sono state applicate andando a fissare il valore dello spessore e vedendo come la temperatura della pavimentazione varia nelle ore del giorno. Per considerare come la pavimentazione si comporta a carichi termici giornalieri è stato sfruttato un articolo presente in letteratura di uno studio sperimentale in cui vengono calcolate le temperature giornaliere in funzione dello spessore della pavimentazione, tale studio è stato svolto presso l’università di Miami dagli autori: Zahidul Q.Siddique, Mustaque Hossain e Dave Meggers. In particolare essendo una pavimentazione abbastanza simile a quella presa come riferimento della FAA si sono poi applicati i carichi termici direttamente alla pavimentazione stessa. Dato che questi carichi termici sarebbero dovuti poi essere associati ad un modello ad elementi finiti 3D sfruttando il programma Ansys, per determinare lo stato tensionale e deformativo, si è sfruttata la funzione di Analisi Transient Thermal per legare le temperature climatologiche alla pavimentazione. In particolare si sono analizzati tre casi di temperature derivanti dai dati climatologici e per ciascuno di esso si sono determinate 4 combinazioni di distribuzione di temperatura per determinare quale fosse la combinazione grado di fornire i risultati più simili alla realtà; la distribuzione che poi è stata presa in considerazione è pari alla distribuzione lineare di temperatura. I dati climatologici presi in considerazione sono riferiti alla stazione metereologica di Milano Malpensa. In primo luogo infatti sono state considerati i tre casi riferiti a tale stazione e poi sono stati generalizzati. Per la costruzione del modello si è sfruttato il programma ANSYS nella versione accademica scaricabile gratuitamente, l’unico limite di questo programma è dato dal numero massimo di nodi che possono essere utilizzati nella realizzazione della mesh. La pavimentazione che è stata presa come riferimento è dell’FAA con una semplificazione degli strati sottostanti la lastra in cls. Tale semplificazione è stata adottata in accordo con quanto riportato nell’elaborato di tesi: ”Analisi tenso-deformativa di una pavimentazione rigida aeroportuale sottoposta a carichi di traffico” di Miriam Expósito Balastegui, con relatore il Prof. Ing. Federico Fiori. Determinati tutte le tipologie di carichi termici giornalieri, mensili e stagionali e aver disegnato il modello in Ansys è stata utilizzata la funzione Analisi Transient Thermal per studiarne lo stato tensionale e deformativo. L’elaborato di tesi è costituito da una introduzione alle sovrastrutture aeroportuali e stradali, successivamente nel Capitolo 1 si descrivono nel dettaglio le pavimentazioni aeroportuali sottolineando la differenza tra queste e le pavimentazioni stradali. Nel capitolo 2 vengono introdotte le pavimentazioni rigide mentre nel Capitolo 3 si sottolineano le caratteristiche e le proprietà delle pavimentazioni rigide aeroportuali. Il capitolo 4 è il cuore di questo elaborato di tesi in quanto vengono spiegati nel dettaglio i vari approcci utilizzati per la determinazione dei carichi termici e vi sono le applicazioni pratiche delle formulazioni teoriche, viene spiegato l’approccio tenuto per determinare i carichi termici utilizzando il modello Ansys mediante analisi transient thermal. Nel Capitolo 5 si descrive come si è costruito il modello Ansys basato su una pavimentazione aeroportuale rigida FAA e nel Capitolo 6 si descrivono le analisi transient strutturali di tutti i casi nominati in precedenza per determinare lo stato tensionale e deformativo. Infine nel capitolo 7 si riportano le conclusioni dedotte