CdSINGEGNERIA CIVILE AMBIENTALE E EDILE
Codice173HH
CFU6
PeriodoSecondo semestre
LinguaItaliano
L'insegnamento si compone di due moduli, uno progettuale e uno sperimentale. Al termine del modulo progettuale lo studente avrà acquisito le conoscenze in merito agli strumenti tecnici e applicativi per la redazione di un progetto stradale. Al termine del modulo sperimentale lo studente avrà acquisito le conoscenze teoriche ed applicative sui materiali utilizzati nelle costruzioni stradali.
The course consists of two modules: a design and an experimental module. At the end of the design module, the student will have acquired the knowledge of the technical and applicative tools for drawing up a road project. At the end of the experimental module the student will have acquired the theoretical and applicative knowledge on the materials used in road construction.
La verifica delle conoscenze acquisite avviene per la parte progettuale mediante lo svolgimento in aula di esercizi, mentre per la parte sperimentale mediante lo svolgimento di esercitazioni in laboratorio per l'esecuzione di prove sperimentali.
The acquired knowledge will be verified both for the design and the experimental module; the first one by carrying out exercises in the classroom, the second by performing exercises on tests carried out in laboratory.
Lo studente sarà in grado di svolgere un progetto preliminare di una strada extraurbana secondaria e di dimensionare una pavimentazione stradale con indicazione dei requisiti tecnici e prestazionali dei materiali da impiegare.
The student will be able to carry out a preliminary project of a secondary road and to design a road pavement including the technical and performance requirements of the materials to be used.
Lo studente dovrà redigere degli elaborati progettuali e una relazione scritta in cui siano riportati i risultati dell'attività progettuale svolta, con particolare riferimento al dimensionamento degli elementi geometrici (planimetrici e altimetrici) e al dimensionamento della pavimentazione.
The student will have to draw up project drawingsand a report in which the results of the design activity carried out are reported, with particular reference to the design of the geometric elements (horizontal and vertical alignment) and the pavement design.
Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità nello svolgere attività di progettazione stradale. Lo studente potrà acquisire la capacità di leggere o scrivere un capitolato speciale d'appalto relativo alla costruzione dell'intero corpo stradale.
The student will be able to acquire and / or develop sensitivity to road design issues.The student will be able to acquire the ability to read or write technical specifications relating to the construction of the entire road body.
Durante le esercitazioni di laboratorio e i ricevimenti individuali finalizzati allo sviluppo dell'esercitazione progettuale saranno accurate le competenze ed il grado di sensibilità acquisito sulle tematiche inerenti la progettazione stradale e i materiali utilizzati nelle costruzioni stradali.
During the practical laboratory exercises and the individual receptions aimed at developing the design exercise, the skills and the degree of sensitivity acquired on issues relating to road design and the materials used in road construction will be ascertained.
Per poter svolgere le attività progettuali previste nel corso, lo studente dovrebbe possedere conoscenze dell'equazione fondamentale della dinamica e dell'equilibrio statico dei corpi rigidi, di derivate, integrali, equazioni differenziali del primo ordine e di geometria analitica.
In order to carry out the project activities foreseen in the course, the student should possess knowledge of the fundamental equation of dynamics and static equilibrium of rigid bodies, of derivatives, integrals, first order differential equations and analytical geometry.
L'insegnamento si articola in una parte di lezioni frontali ed una parte di esercitazioni in laboratorio per l'esecuzione di prove sperimentali. Le lezioni frontali in aula si svolgono prevalentemente alla lavagna; quando vi è la necessità di mostrare figure difficilmente riproducibili si utilizza la proiezione di slide. Tutte le slide sono messe a disposizione in formato digitale sulla piattaforma e-learning (http://elearn.ing.unipi.it/). Durante le lezioni frontali il docente cercherà di coinvolgere gli studenti ponendo loro quesiti su cui affrontare una discussione bilaterale.
Le esercitazione vengono svolte presso il laboratorio Sperimentale Stradale e consistono nella visione e nell'utilizzo delle strumentazioni per lo svolgimento delle prove sperimentali sui materiali impiegati nelle costruzioni stradali. Per migliorare l'apprendimento le esercitazioni vengono svolte chiamando a turno uno studente per lo svolgimento delle prove sperimentali. Per lo svolgimento delle esercitazioni il docente si avvale della collaborazione del personale tecnico del laboratorio Sperimentale Stradale e di eventuali supporti alla didattica assegnati.
L'interazione tra studente e docente avviene prevalentemente durante le esercitazioni di laboratorio e nei ricevimenti individuali offerti con frequenza settimanale o mediante posta elettronica.
The course is divided into a part of lectures and a part of practical laboratory exercises during which experimental tests will be performed. The lectures in the classroom take place mainly on the blackboard; when there is the need to show figures that are difficult to reproduce, the projection of slides is used. All slides are made available in digital format on the e-learning platform (http://elearn.ing.unipi.it/). During the lectures the teacher will try to involve the students by asking them questions on which to face a bilateral discussion.
The practical exercises are carried out at the Experimental Road laboratory and consist in the vision and use of the instruments needed to carry out experimental tests on the materials used in road construction. To improve learning, the practical exercises are conducted by calling a student in turn to carry out the experimental tests. For the practical exercises, the teacher avails itself of the collaboration of the technical staff of the Experimental Road laboratory and of any teaching aids assigned.
The interaction between student and teacher takes place mainly during practical laboratory exercises and in individual receptions offered on a weekly basis or by e-mail.
MODULO 1 - LABORATORIO DI PROGETTAZIONE STRADALE (L = 0; E = 30)
Redazione del progetto di un tratto di strada extra-urbana secondaria:
- Progetto planimetrico dell'asse stradale: inserimento degli elementi a curvatura costante e delle curve di transito.
- Progetto altimetrico dell'asse stradale: profilo longitudinale, inserimento delle livellette e dei raccordi verticali.
- Verifiche di sicurezza: coordinamento plano-altimetrico, diagrammi delle curvature, delle velocità e di visibilità.
- Progetto della sezione stradale: carreggiata e piattaforma, elementi marginali, la regimazione delle acque, opere d'arte connesse al corpo stradale.
MODULO 2 - NOZIONI DI BASE TEORICHE E APPLICATIVE SUI MATERIALI IMPIEGATI NELLE COSTRUZIONI STRADALI
GEOTECNICA STRADALE (L = 3; E = 5)
Classificazione di una terra secondo CNR UNI 10006: curva granulometrica, sensibilità all'acqua, limiti di Atterberg. Riduzione della sensibilità all'acqua e al gelo mediante l'impiego di leganti idraulici (calce, cemento). Analisi del costipamento in laboratorio: prova Proctor. Valutazione delle caratteristiche di portanza in laboratorio: prova CBR. Valutazione delle caratteristiche meccaniche delle terre in laboratorio e in sito: modulo resiliente, modulo di deformazione e modulo elastico equivalente. Svolgimento in laboratorio delle seguenti prove sperimentali: curva granulometrica, contenuto d'acqua, limite liquido, limite plastico, prova Proctor, indice di portanza CBR e rigonfiamento.
AGGREGATI LAPIDEI PER STRATI NON LEGATI O LEGATI CON CEMENTO (L = 3; E = 5)
Caratterizzazione degli aggregati (grosso, fine e filler) per il confezionamento di misti granulari e misti cementati. Strati in misto granulare e misto cementato: caratteristiche volumetriche e requisiti di portanza. Svolgimento in laboratorio delle seguenti prove sperimentali: requisiti aggregato grosso (resistenza alla frantumazione, quantità di frantumato, indice di forma, indice di appiattimento, resistenza al gelo e disgelo, coefficiente di levigabilità accelerata), requisiti aggregato fine (equivalente in sabbia), resistenza a compressione.
LEGANTI BITUMINOSI (L = 7; E = 12)
Processi di distillazione del petrolio. Natura colloidale del bitume (struttura GEL e SOL). Prove tradizionali di classificazione (penetrazione, palla-anello, fraass). Viscosità: curva di flusso e strumenti di misura. Abaco di Heukelom e suscettività termica. Suscettività al tempo di applicazione del carico: prova di creep. Modulo di rigidezza e strumenti di misura. Bitumi modificati con elastomeri e plastomeri. Processo di invecchiamento del bitume a breve e a lungo termine: prova RTFOT e PAV. Caratterizzazione del bitume secondo approccio SHRP. Svolgimento in laboratorio delle seguenti prove sperimentali: penetrazione, temperatura palla-anello, temperatura fraass, misure con reometro DSR in regime oscillatorio e rotazionale con diverse geometrie di misura, invecchiamento RTFOT e PAV, stabilità allo stoccaggio, ritorno elastico.
CONGLOMERATI BITUMINOSI (L = 7; E = 12)
Composizione dei conglomerati bituminosi. Curva di Fuller. Tipologie di miscele: dense graded, gap graded e open graded. Caratteristiche volumetriche. Determinazione empirica della percentuale di bitume mediante formula di Duriez. Mix design con metodo Marshall: approccio classico e di Lees. Mix design secondo approccio SUPERPAVE: carta punti di controllo, metodo volumetrico. Modulo complesso di un conglomerato bituminoso: modello di Kelvin Voight. Manti di usura ad alto contenuto tecnologico: usure a bassa emissione sonora, impiego del polverino da PFU. Svolgimento in laboratorio delle seguenti prove sperimentali: determinazione del contenuto di bitume mediante estrazione o ignizione, determinazione della caratteristiche volumetriche mediante pesata idrostatica, mix design con metodo Marshall e metodo volumetrico, resistenza a trazione indiretta e sensibilità all'acqua, modulo di rigidezza, misure di macrotessitura con profilometro laser e metodo volumetrico, misure di attrito radente.
MODULE 1 - ROAD DESIGN LABORATORY (L = 0; E = 30)
Design of an extra-urban secondary road:
- Horizontal Alignment: horizontal curves and transition curves insertion
- Vertical Alignment: profile line design, vertical curves insertion
- Safety verification: horizontal-vertical coordination, diagrams of curvatures, speeds and visibility.
- Cross section design: carriageway and platform, marginal elements,drainage, structures connected to the road body
MODULE 2 - THEORETICAL AND APPLICATIVE BASICS OF MATERIALS USED IN ROAD CONSTRUCTION
ROAD GEOTECHNICS (L = 3; E = 5)
Soil classification as per CNR UNI 10006:particle size distribution, water sensitivity, Atterberg limits.Reduction of the water sensitivity and ice sensitivity through the use of hydraulic binders (lime, cement). Characterization of the bearing capacity of a mixture in laboratory: CBR test. Evaluation of the mechanical characteristics of soils in laboratory and on site: resilient modulus, deformation modulus and equivalent elastic modulus.
Laboratory execution of the following experimental tests: particle size distribution, water content, liquid limit, plastic limit, Proctor test, CBR bearing index and swelling.
STONE AGGREGATES FOR UNBOUND AND HYDRAULICALLY CEMENT-BOUND LAYERS(L = 3; E = 5)
Characterizationof aggregates (coarse, fine, filler) for granular and cement granular base layers. Granular and cement granular base layers: volumetric characteristics and bearing requirements. Laboratory execution of the following experimental tests:coarse aggregate requirements (resistance to fragmentationby theLos Angeles test method, amount of crushed material, shape index, flakiness index, resistance to freezing and thawing, polished stone value), fine aggregate requirements (sand equivalent), strength compression.
BITUMINOUS BINDERS (L = 7; E = 12)
Petroleum distillation processes. Colloidal nature of bitumen (GEL and SOL structure). Traditional classification tests (penetration, ball-ring, fraass). Viscosity: flow curve and measuring instruments. Heukelom abacus and thermal susceptibility. Susceptibility to load application time: creep test. Stiffness module and measuring instruments.Bitumen modified with elastomers and plastomers. Short and long term bitumen aging process: RTFOT and PAV test. Characterization of bitumen according to the SHRP approach.
Laboratory execution of the following experimental tests: penetration, ring and ball, fraass breaking point, Dynamic Shear Rheometer DSR measurements in oscillatory and rotational regime with different measurement geometries, RTFOT and PAV aging, storage stability, elastic recovery.
ASPHALT CONCRETE(L = 7; E = 12)
Asphalt concrete composition:Fuller curve. Types of bituminousmixtures: dense graded, gap graded and open graded. Volumetric characteristics. Empirical determination of the percentage of bitumen using the Duriez formula. Mix design by Marshall method: classic and Lees approach. Mix design according to SUPERPAVE approach: control point chart, volumetric method. Complex modulus of an asphalt mixture: Kelvin Voight model. New experimental wearing layers: low noise surfaces, use of crumb rubber from ELTsin asphalt mixtures.
Laboratory execution of the following experimental tests: determination of the bitumen content by extraction or ignition method, determination of the volumetric characteristics by hydrostatic weighing, mix design as per Marshall method and volumetric method, indirect tensile strength and water sensitivity, stiffness modulus, measurements of texture with laser profilometer and volumetric method, measurements of friction.
Testi di riferimento:
- Esposito, Mauro, (2001). Fondamenti di Infrastrutture Viarie. La geometria stradale - Vol. 1. Hevelius Edizioni.
- F.A. Santagata (2016). Strade: teoria e tecnica delle costruzioni stradali. Volume 1: Progettazione. Volume 2: Costruzione, gestione e manutenzione. Pearson, Milano.
Testi di consultazione:
- Harold N. Atkins, (1997). Highway Materials, Soils, and Concretes - Third edition. PRENTICE HALL.
- Dondi, Lantieri, Simone, Vignali, (2014). Costruzioni stradali. Aspetti progettuali e costruttivi, HOEPLI.
- Ferrari, Giannini, (2003). Ingegneria stradale. Corpo stradale e pavimentazioni - Vol. II. ISEDI.
Dispense e materiale didattico possono essere scaricati tramite la sezione dedicata all'insegnamento dalla piattaforma e-learning (http://elearn.ing.unipi.it/)
Reference books:
- Esposito, Mauro, (2001). Fondamenti di Infrastrutture Viarie. La geometria stradale - Vol. 1. Hevelius Edizioni.
- F.A. Santagata (2016). Strade: teoria e tecnica delle costruzioni stradali. Volume 1: Progettazione. Volume 2: Costruzione, gestione e manutenzione. Pearson, Milano.
Consultation books:
- Harold N. Atkins, (1997). Highway Materials, Soils, and Concretes - Third edition. PRENTICE HALL.
- Dondi, Lantieri, Simone, Vignali, (2014). Costruzioni stradali. Aspetti progettuali e costruttivi, HOEPLI.
- Ferrari, Giannini, (2003). Ingegneria stradale. Corpo stradale e pavimentazioni - Vol. II. ISEDI.
Didactic material can be downloaded from the section dedicated to the course on the e-learning platform (http://elearn.ing.unipi.it/)
Il corso non è ad obbligo di frequenza.
The course does not require mandatory attendance.
Per sostenere la prova orale è obbligatorio aver completato l'esercitazione progettuale relativa al progetto di una strada che deve essere formalmente firmato dal docente per l'approvazione finale.
Il progetto è costituito dai seguenti elaborati:
- Planimetria scala 1:2000 con indicazione dei picchetti e dei parametri degli elementi geometrici (curve circolari, rettifili, curve di transito).
- Profilo longitudinale scala 1:2000/1:200 con diagramma delle curvature, dei cigli e delle velocità.
- Sezioni tipo n. 3 (in trincea, in rilevato, a mezzacosta) e particolari costruttivi in scala 1:50 con indicazione delle prescrizioni di qualità dei materiali.
- Relazione tecnica (calcolo degli elementi geometrici planimetrici e altimetrici, dimensionamento della pavimentazione con indicazione dei requisiti tecnici dei materiali impiegati).
La prova orale verifica la capacità dello studente di discutere i principali contenuti teorici e tecnici dell'insegnamento con terminologia appropriata; inoltre, egli dovrà dimostrare la capacità di discutere e commentare con spirito critico l'applicazione progettuale sviluppata durante il corso.
For oral exam it is mandatory to have completed the individualroad design which must be formally signed by the teacher for final approval.
The project consists of the following graphical documents:
- Plan scale 1: 2000with indication of the center line sections and the parameters of the geometric elements (circular curves, straight curves, transition curves).
- Longitudinal profile scale 1: 2000/1: 200 with diagram of curvatures, superelevation and speeds.
- n. 3 road cross sections (in embankment, in cutting, including cuts and fills) and details in 1:50 scale with indication of the quality requirements of the materials.
- Technical report (calculation of the geometric horizontal and vertical elements, pavement design with indication of the technical requirements of the materials used).
The oral exam verifies the student's ability to discuss the main theoretical and technical contents of the course with appropriate terminology; moreover, he / she will have to demonstrate the ability to discuss and comment critically the road designimplemented during the course.