Analisi di efficacia dei rinforzi per pavimentazioni stradali tramite modellazione Fem e applicazione della meccanica della frattura

This thesis aims at studying reflecting cracking in reinforced flexible pavements. This term refers to the phenomenon of propagation of an existing crack towards the surface. The objective of the analysis is the description of the effects brought by differently composed interlayer elements through finite element modeling. The model with which the pavement was represented has been progressively refined, passing from a scheme of a simply supported beam to an elastic multilayer model, representative of all the parts constituting the pavement under examination. In particular, it was examined the ability of interlayers to attenuate tensions and slow down the ascent of a crack already present in the underlying layer. This second part of the research was conducted assuming a static evolution of the fracture and applying Linear Elastic Fracture Mechanics, through Paris’ law. The extrapolated results enabled to identify significant trends as the two quantities considered varied: thickness and stiffness of the reinforcement. On the basis of the outcomes, it was possible to draw the first conclusions on the characteristics and performance offered by the interlayers. The study shows that a reinforcement characterized by low modulus (SAMI) is useful only in certain aspects. On the other hand, an interlayer featured by high stiffness (geomembrane) is always beneficial to the pavement and this advantage is greater as its elastic modulus increases.

Il presente elaborato di tesi affronta lo studio del reflecting cracking in pavimentazioni flessibili rinforzate. Con tale termine si intende il fenomeno di propagazione verso la superficie di una fessura già presente all’interno della sovrastruttura stradale. L’obiettivo dell’analisi è la descrizione, attraverso la modellazione ad elementi finiti, degli effetti apportati da interstrati di diversa natura. Il modello con cui è stata rappresentata la pavimentazione è stato affinato progressivamente, passando da uno schema di trave bistrato semplicemente appoggiata ad un multistrato elastico rappresentativo di tutti gli strati costituenti il problema in esame. In particolare, è stata esaminata la capacità del rinforzo di attenuare le tensioni e di rallentare la risalita di una frattura già presente nello strato di base-binder. Questa seconda parte di analisi è stata condotta considerando un’evoluzione statica del difetto ed applicando la teoria della meccanica della frattura lineare elastica, tramite la legge di Paris. I risultati estrapolati hanno permesso di individuare alcuni andamenti al variare delle due grandezze considerate (spessore e rigidezza dell’interstrato), sulla base dei quali è stato possibile trarre delle conclusioni sull’efficacia del rinforzo inserito. Gli esiti dello studio hanno dimostrato che un interstrato caratterizzato da moduli bassi (SAMI) risulta benefico in alcuni scenari, tuttavia svantaggioso sotto altri punti di vista. Al contrario, un rinforzo con un’elevata rigidezza (geomembrana) porta sempre giovamento alla pavimentazione e tale effetto positivo è maggiore all’aumentare delle sue proprietà meccaniche.