Evoluzione storica delle pavimentazioni stradali in pietra e strumenti per il dimensionamento secondo criteri razionali

Il patrimonio delle pavimentazioni urbane in pietra costituisce la più estesa struttura materiale della città di impianto storico. Nonostante ciò la ricerca nel settore stradale, soprattutto negli ultimi decenni, si è focalizzata sullo studio di soluzioni ad alto contenuto tecnologico, alla compatibilità ambientale, all’ottimizzazione tecnico-economica dei processi ritenendo non strategico un investimento culturale su tale rilevante dotazione. Specificatamente in seno all’ambito urbano, l’approccio di indagine propriamente scientifica ha trovato alimento soprattutto dagli input del mondo industriale focalizzandosi su materiali alternativi alla pietra naturale in grado di resistere a severe condizioni di traffico e di garantire la compatibilità ambientale, mettendo in secondo piano l’impatto di queste soluzioni su centri di interesse storico e monumentale. Chi oggi si pone di fronte a problematiche professionali o di ricerca scientifica riguardanti le pavimentazioni ad elementi lapidei, per il restauro e la salvaguardia di quelle esistenti o per la realizzazione di nuove vie, deve partire dalla conoscenza delle tecniche costruttive, spesso caratterizzate da regole regionali, che sottendono la storia ed il clima delle città, la geologia delle rocce locali e l’esperienza dei posatori. Le pavimentazioni ad elementi differiscono dagli altri tipi di pavimentazione poiché la finitura superficiale è costituita da piccoli blocchi distinti, disposti secondo una predeterminata apparecchiatura, al di sopra di uno strato di allettamento. Al di sotto dello strato di allettamento la struttura è concettualmente simile a quella di una pavimentazione flessibile. La soluzione analitica di calcolo per tali tipologie di pavimentazioni in un multistrato tridimensionale, per complessità e per la numerosità dei fattori che ne influenzano il risultato, non è ancora definita univocamente a livello internazionale e spesso si ricorre a soluzioni semiempiriche con studi disaggregati delle variabili. A tal fine si è quindi realizzata un’attenta analisi dei dati di letteratura aventi per oggetto le pavimentazioni autobloccanti in calcestruzzo alle quali le pavimentazioni ad elementi lapidei possono, in prima approssimazione, essere paragonate per la loro superficie discontinua. Pertanto, per agevolare lo studio delle componenti che influenzano il comportamento delle pavimentazioni ad elementi lapidei in ambiente controllato, si è deciso di progettare e realizzare una camera di calibrazione in laboratorio per sperimentazioni in scala 1:1 di pavimentazioni stradali ad elementi lapidei, ove definire nuovi protocolli di prova e nuove vie di acquisizione dati. Una camera di calibrazione comporta la predisposizione di spazi, risorse e dotazioni strumentali che richiedono specifica valutazione di dimensioni, rigidezze delle strutture, accessibilità per gli operatori e governo pieno dei sistemi di rilevamento dati. Tale allestimento originale, di fatto prototipo, è stato sede di indagini su pavimentazioni in pietra con sistemi celeri di misura di portanza (deflettometro leggero a massa battente) nonché di prove su piastra statiche, quasi statiche e cicliche, il cui esito è funzionale al dialogo con modelli di analisi agli elementi finiti. L’acquisizione dei dati deflettometrici attraverso trasduttori di spostamento ha permesso di individuare i bacini di deflessione di tali pavimentazioni; tuttavia essendo tali pavimentazioni costituite da elementi distinti che interagiscono tra di loro è importante analizzare cosa succede tra i vari elementi quando la pavimentazione è soggetta a carichi verticali. A tale scopo sono stati utili rilievi fotogrammetrici che, oltre a permettere l’analisi del bacino di deflessione, permettono di determinare gli spostamenti differenziali che avvengono tra i singoli elementi, avendo in potenza informazioni sulla traslazione o rotazione isolata altrimenti non valutabile. Sulla base dei dati ottenuti si è poi proceduto alla modellazione numerica di tali pavimentazioni al fine di analizzare, al variare di importanti parametri come la dimensione degli elementi e la loro apparecchiatura, il loro comportamento quando soggette a carichi verticali ed orizzontali. Per quanto riguarda il comportamento sotto l’azione di carichi verticali, è emerso che la dimensione degli elementi influisce notevolmente sul comportamento globale della pavimentazione mentre l’apparecchiatura riveste un ruolo marginale. Per l’analisi di tali pavimentazioni soggette a carichi orizzontali si è implementato un modello all’interno di un software open source (Chrono). Tale modello, che permette di considerare un’interazione visco-elastoplastica a rottura tra gli elementi, ha permesso di analizzare, a parità di parametri meccanici, il ruolo della composizione degli elementi lapidei che, oltre al voluto effetto estetico, possono contribuire in maniera apprezzabile alla risposta strutturale alle azioni insistenti sul piano viario. Allo stesso modo, a parità di geometria, sono state create le condizioni per analizzare gli apporti dei diversi materiali di riempimento dei giunti e dello strato di allettamento.