Criteri di progettazione per adattare le infrastrutture stradali alla nuova situazione climatica

I raggi solari carichi di energia penetrano nell’atmosfera durante il giorno e mentre alcuni di questi vengono riflessi e si disperdono nello spazio, altri vengono trattenuti dalla superficie terrestre e dai mari durante il giorno.
L’azione dell’uomo ha alterato nell’ambiente le concentrazioni dei gas serra nell’atmosfera con aumento della quantità dei raggi infrarossi riflessi. Ciò ha causato elevati scompensi sull’equilibrio dell’effetto serra naturale nella temperatura ambientale, generando un notevole incremento della evaporazione legato all’ incremento della temperatura media sulla terra oltre i 15°.
Il riscaldamento globale ha quindi un impatto diretto sui fenomeni atmosferici estremi sempre più frequenti quali uragani, incendi e alluvioni e localizzati in zone ove tali fenomeni raramente erano presenti, rendendoli dunque più pericolosi e distruttivi. Inoltre l’aumento della temperatura ambientale ha iniziato a generare danni sulle infrastrutture del trasporto terrestre urbano ed extraurbano.
Dunque nell’ambito delle infrastrutture sarebbe necessario intraprendere nuove azioni fondamentali per migliorarne resilienza e adattamento. In particolare utilizzando nuovi criteri di progettazione, esecuzione e manutenzione per adattare le infrastrutture stradali al cambiamento climatico ed in particolare alle temperature estreme estive ed invernali per un esercizio in piena sicurezza della mobilità.

Da cosa è composta l'atmosfera

La superficie terrestre è irraggiata dai raggi solari per circa 168 W/m². Quando i raggi solari raggiungono la superficie del nostro pianeta, riscaldano mare e terra che restituiscono calore per circa 390 W/m².
Tale calore si propaga per irraggiamento in quanto l'energia termica si trasmette dal corpo caldo della superfice terrestre a quello freddo dell’atmosfera per mezzo di onde elettromagnetiche infrarosse. L'energia irradiata viaggia alla velocità della luce.

Tuttavia, i raggi infrarossi provenienti dalla Terra e che costituiscono la radiazione uscente non si disperdono del tutto nello spazio. In parte, i raggi infrarossi rimbalzano verso il basso (radiazione rientrante) quando colpiscono le molecole dei gas serra presenti nell'atmosfera. I gas serra naturali sono quei gas che si accumulano nell’atmosfera terrestre e sono generati da fonti incluse nell’insieme delle forme di vita e di tutti i fattori non viventi che costituiscono la biosfera.

I principali sono:

• il vapore acqueo (H₂O);
• l’anidride carbonica (CO₂);
• il metano (CH₄);
• il protossido di azoto (N₂O);
• l’ozono (O₃);
• i gas fluorurati.

I gas serra quindi riescono a evitare la dispersione dei raggi infrarossi nello spazio e permettono di mantenere una temperatura terrestre ottimale per la vita.

Quindi al calore emesso dalla Terra per irraggiamento si aggiunge quello generato dall'atmosfera per l’effetto serra.
Complessivamente, i gas serra riflettono verso il basso una quantità di raggi infrarossi pari a 324 W/m² pari all’83% della radiazione uscente. Il processo avviene in 24 ore (Fig. 1).

In sintesi i raggi solari carichi di energia penetrano nell’atmosfera durante il giorno e mentre alcuni di questi vengono riflessi e si disperdono nello spazio, altri vengono trattenuti dalla superficie terrestre e dai mari durante il giorno.

Nella notte, invece, queste stesse superfici rilasciano nell’aria il calore che riscalda l’atmosfera.
La distribuzione dei gas serra nell’atmosfera, prima dell’intensa azione dell’attività umana con la diffusione della urbanizzazione, dell’industrializzazione e dei sistemi di trasporto, era equilibrata, garantendo temperatura, qualità dell’aria e clima adatti ad una normalità di vita.

L’azione dell’uomo ha alterato nell’ambiente le concentrazioni dei gas serra, con aumento della quantità dei raggi infrarossi riflessi pari al 95% della radiazione uscente ovvero 370 W/ m² (Fig. 2). Ciò ha causato elevati scompensi sull’equilibrio dell’effetto serra naturale nella temperatura ambientale, generando un notevole incremento della evaporazione legato all’ incremento della temperatura media sulla terra oltre i 15°.

Il riscaldamento globale ha quindi un impatto diretto sui fenomeni atmosferici estremi sempre più frequenti quali uragani, incendi e alluvioni e localizzati in zone ove tali fenomeni raramente erano presenti, rendendoli dunque più pericolosi e distruttivi.

In Italia negli ultimi 15 anni osservati appaiono in aumento gli eventi meteoclimatici classificati come estremi, con impatti rilevanti sulle aree urbane.

L’Istat rende disponibili annualmente misure statistiche su tali fenomeni, attraverso un insieme di Indici di estremi di temperatura e precipitazione (definiti dalla World Meteorological Organization delle Nazioni Unite WMO-UN).
Inoltre l’aumento costante della temperatura ambientale (Fig. 3- trend temperature medie nel mondo e in Italia dal 1961 al 2020) ha iniziato a generare danni alle infrastrutture del trasporto terrestre urbano ed extraurbano.
Per effetto delle elevate temperature si è generato un forte decadimento della resistenza delle infrastrutture con elevate deformazioni delle vie di corsa sia stradali che ferroviarie.

Dunque nell’ambito delle infrastrutture sarebbe necessario intraprendere azioni fondamentali per migliorarne resilienza e adattamento, ossia:

misure green:

• con utilizzo di vegetazione in grado di resistere ad elevate velocità del vento lungo la linea;
• con azioni volte alla riqualificazione idro-morfologica degli alvei fluviali lungo le linee di tendenza evolutiva;
• con progetti mirati alla rinaturalizzazione dei margini dell’infrastruttura e di ricostituzione e potenziamento del verde anche per la riduzione delle isole di calore in ambito urbano.

misure grey:

• con interventi di progettazione, manutenzione e più in generale di gestione dei sistemi di drenaggio;
• con sostituzione della sovrastruttura stradale con materiali resistenti alle alte temperature;
• con rialzo del sedime delle strade costiere;
• con interventi di stabilizzazione della superficie piana su cui poggia l’infrastruttura ferroviaria;
• con verifica e adeguamento dei franchi liberi dei ponti ferroviari e stradali su fiumi a mutato regime idraulico.

Le strade e le tipologie di pavimentazione

Le strade sono composte schematicamente da diversi strati che operano sinergicamente e compongono la sottostruttura e la sovrastruttura (pavimentazione).

Questi strati realizzati con attenzione alla qualità e alla regolarità del piano viabile, sono essenziali per garantire la sicurezza di esercizio e la vita utile della strada.

Alle strade è delegata la funzione di assolvere una congrua prestazionalità relativamente a:

• portanza del traffico veicolare in perfette condizioni di sicurezza e comfort durante la guida degli automezzi;
• longevità e durabilità verso gli agenti atmosferici con una adeguata stratigrafia in modo tale che:

a) non sia permesse filtrazioni sino agli strati più profondi della struttura causando danni alla integrità e riscontrabili in deformazioni della sovrastruttura stradale superficiale;
b) siano resistenti alle alte temperature dell’irraggiamento solare, evitando gravi deformazioni del manto stradale superficiale.

Le pavimentazioni si diversificano in relazione agli strati costituenti e vengono classificate come:

• rigide;
• flessibili;
• semi rigide.

Le strade a pavimentazione rigida costituiscono una tipologia di strada realizzata principalmente con materiali come il calcestruzzo.

Questa scelta costruttiva offre una soluzione robusta e durevole, particolarmente adatta per strade ad alto traffico, come autostrade e strade principali.

Gli strati costituenti le strade a pavimentazione rigida, di qualità strutturale via via crescente dal basso verso l’alto, vengono classificati dal piano di appoggio alla superficie come:

• Fondazione in misto granulare;
• Strato di base in misto cementato;
• Strato di usura in calcestruzzo aperto (drenante) o chiuso.

Le strade a pavimentazione flessibile sono tipologie di strade che presentano una certa flessibilità o elasticità, ove è necessario gestire deformazioni o movimenti del terreno.

La flessibilità dei vari strati consente di adattarsi alle variazioni di temperatura e alle deformazioni del suolo, riducendo il rischio di fessurazioni e danni strutturali.

Gli strati costituenti le pavimentazioni flessibili, di qualità strutturale via via crescente dal basso verso l’alto, vengono classificati dal piano di appoggio alla superficie come:

• Sottofondo in terre stabilizzate;
• Fondazione in misto granulare con terre stabilizzate;
• Strato di base in conglomerato bituminoso con bitume tale quale o modificato;
• Strato di binder in conglomerato bituminoso con bitume tale quale o modificato;
• Manto di usura in conglomerato bituminoso aperto (drenante) o chiuso con bitume tale quale o modificato.

Qualora lo strato di sottofondo risulti di scarsa qualità, si potrà notare in brevissimo tempo un rapido deterioramento della pavimentazione sovrastante con una drastica riduzione della durabilità di tutta l'opera.
Gli strati costituenti le pavimentazioni semirigide si differenziano da quelle flessibili per le Fondazioni in misto cementato in luogo del misto granulare con terre stabilizzate.

Sommario
-Effetto serra antropico
-Le strade e le tipologie di pacimentazione
-I conglomerati bituminosi delle pavimentazioni flessibili
-Caratteristiche del bitume tal quale
-Uso del bitume modificato
-Isole di calore, la riflettanza solare, gli effetti sulle pavimentazioni
-Gli obblighi dei quadri normativi sui CAM

...Continua a leggere nel PDF in allegato.