La moderna manutenzione delle pavimentazioni stradali: sostenibilità, sicurezza e durabilità : analisi FEM dell'efficacia delle membrane strutturali

In the current context, road pavement maintenance represents a fundamental tool for ensuring adequate levels of road safety while also contributing to the environmental sustainability of infrastructure. Sustainable maintenance management makes it possible to address several critical issues typical of urban areas, such as surface overheating, urban heat island effect, and noise pollution. Within this framework, durability plays a central role: extending pavements service life allows to reduce the frequency of maintenance interventions, thereby limiting material consumption, construction activities and associated emissions, and disruptions to traffic caused by roadworks. Furthermore, the progressive road pavement deterioration, resulting from the combined action of vehicular traffic and environmental agents, can compromise the functional and structural performance of the pavement. This promotes the development of distresses that can negatively affect user safety and contribute to increase the risk of accidents. In this context, the adoption of innovative solutions helps to improve the effectiveness of maintenance interventions and to slow the evolution of degradation phenomena. The aim of the thesis is to assess, through fracture mechanics theory and finite element modelling, the effectiveness of geocomposites in slowing crack propagation in a flexible pavement. The model was applied to two different maintenance configurations: a superficial intervention and a deep intervention. The results show that the inclusion of the geocomposite increases the number of load cycles required for crack propagation, thereby improving the overall durability of the pavement. This benefit becomes more significant with increasing reinforcement stiffness or in the case of deeper maintenance interventions, where the geocomposite contributes more effectively to limiting reflective cracking. The thesis therefore confirms that a durability-oriented maintenance strategy, supported by the use of reinforcement systems, represents an effective solution for extending the service life of pavements and reducing the impacts associated with maintenance interventions.

La manutenzione delle pavimentazioni stradali costituisce, nel contesto attuale, uno strumento fondamentale per garantire adeguati livelli di sicurezza stradale e, al contempo, contribuire alla sostenibilità ambientale delle infrastrutture. Una gestione manutentiva sostenibile consente, infatti, di intervenire su alcune criticità tipiche dell'ambito urbano, quali il surriscaldamento superficiale, il fenomeno delle isole di calore e l'inquinamento acustico. In questo quadro, la durabilità assume un ruolo centrale: prolungare la vita utile della pavimentazione permette di ridurre la frequenza degli interventi, limitando il consumo di materiali, le lavorazioni, le emissioni associate e le interferenze con la mobilità dovute alle cantierizzazioni. Inoltre, il degrado progressivo della sovrastruttura stradale, causato dall'azione combinata del traffico veicolare e degli agenti ambientali, può compromettere le prestazioni funzionali e strutturali della pavimentazione, favorendo la comparsa di dissesti, che possono incidere negativamente sulla sicurezza degli utenti, contribuendo all'aumento del rischio incidentale. In questo contesto, l'adozione di soluzioni innovative contribuisce a migliorare l'efficacia degli interventi e a rallentare l'evoluzione dei fenomeni di degrado. L'obiettivo della presente tesi è valutare, mediante la teoria della meccanica della frattura e la modellazione agli elementi finiti, l'efficacia dei geocompositi nel rallentare la propagazione delle fessure in una pavimentazione flessibile. Il modello è stato applicato a due diverse configurazioni manutentive: un intervento superficiale ed un intervento profondo. I risultati ottenuti evidenziano che l'inserimento del geocomposito consente di incrementare il numero di cicli di carico necessari alla propagazione della frattura, migliorando la durabilità complessiva della pavimentazione. Il beneficio risulta più marcato all'aumentare della rigidezza del rinforzo e nel caso di interventi manutentivi più profondi, nei quali il geocomposito contribuisce in modo più efficace a contrastare il fenomeno del reflective cracking. La tesi conferma quindi come una strategia manutentiva orientata alla durabilità, supportata dall'impiego di sistemi di rinforzo, rappresenti una soluzione efficace per aumentare la vita utile delle pavimentazioni e ridurre gli impatti associati agli interventi di manutenzione.