Analisi degli sforzi in una pavimentazione aeroportuale soggetta al moto di un aeromobile in curva considerando l'interazione fra ruota e pavimentazione

In this thesis, the response of an airport semi-rigid pavement to the stresses generated by a turning aircraft was analyzed. An Airbus A380-800 was considered as reference. For the purpose of calculating the stresses, a finite element model is implemented by creating an equivalent wheel model to study the stress state of the pavement proposed by Wang et al., 2015. Then it followed the analysis of the response of an original pavement subject to the same force used by Wang, ensued by the study of the motion of the aircraft leaving the runway and the calculation of the response of the pavement to the real stresses of a turning A380-800 (a 90 ° exit and a high speed exit). The equivalent wheel model consists of a wheel of the same diameter as that of an A380-800, with the same footprint area and the same deflection, but 12,7 mm thick and composed of a fictitious material. It is static and the centripetal force is applied transversely to the rolling direction. The results obtained are in line with those of previous studies and highlighted the importance of considering the interaction between wheel and pavement to obtain a realistic tension response. Nevertheless, since the stresses for a high-speed exit are not particularly more critical than in a 90° exit, a high-speed exit at 110 km/h is proposed, to reduce the time spent on runway by the aircraft. In curve the centripetal force of the wheel generates high transversal shear stresses, which can lead to cracking starting from the top of the wear layer and sliding between the wear and binder layers. If the longitudinal shear stresses are added, it is possible to reach states of tension such as to bring cracking inside the wear layer and sliding even between the base layer and the subbase layer. Therefore, the pavement sections located in curves must be realized considering the real motion conditions of the airplane, in order not to cause cracking or sliding between the layers.

Nel presente elaborato di tesi si è analizzata la risposta di una pavimentazione semirigida aeroportuale alle sollecitazioni generate da un aeromobile in curva. È stato considerato come riferimento un Airbus A380-800. Ai fini del calcolo degli sforzi si è realizzato un modello agli elementi finiti implementando un modello di ruota equivalente per studiare lo stato tensionale della pavimentazione proposta da Wang et al., 2015. È seguita l’analisi della risposta di una pavimentazione originale soggetta alle stesse sollecitazioni utilizzate da Wang, per proseguire con lo studio del moto dell’aeromobile in uscita dalla pista e il calcolo della risposta della pavimentazione alle reali sollecitazioni di un A380-800 in curva (uscita a 90° e uscita ad alta velocità). Il modello di ruota equivalente consiste di una ruota dello stesso diametro di quella di un A380-800, con la stessa area d’impronta e la stessa deflessione, ma spessa 12,7 mm e composta di un materiale fittizio. Essa è statica e la forza centripeta è applicata trasversalmente alla direzione di rotolamento. I risultati ottenuti sono in linea con quelli di studi precedenti ed evidenziano l’importanza di considerare l’interazione fra ruota e pavimentazione per ottenere una risposta tensionale realistica. Poiché gli sforzi tangenziali generati a seguito di un’uscita ad alta velocità non sono particolarmente più critici rispetto ad un'uscita a 90°, si è proposta un’uscita ad alta velocità percorsa a 110 km/h, per ridurre il tempo di permanenza in pista dell’aeromobile. In curva la forza centripeta della ruota genera sforzi di taglio trasversali elevati sulla pavimentazione, che possono portare alla fessurazione a partire dalla sommità dello strato di usura e lo scorrimento fra gli strati di usura e binder. Se si aggiungono gli sforzi longitudinali, è possibile raggiungere stati tensionali tali da portare fessurazione all’interno dello strato di usura e lo scorrimento finanche dello strato di base rispetto alla sottobase. Perciò i tratti di pavimentazione in curva devono essere realizzati considerando le reali condizioni di moto dell’aeromobile, per non provocare fessurazione o scorrimento fra gli strati.