STRADE, FERROVIE ED AEROPORTI Prof. Ing. T. Giuffrè IL ... · STRADE, FERROVIE ED AEROPORTI Prof....

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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ENNA KORELaboratorio di Strade Ferrovie Aeroporti

Anno Accademico 2017 - 2018

STRADE, FERROVIE ED AEROPORTI

IL PROGETTO DEL TRACCIATO PLANIMETRICO

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LA COMPOSIZIONE DELL’ASSE STRADALE

La progettazione della geometria stradale prende le mosse dallo studiodel suo asse e della sua sezione trasversale.

Poiché lo sviluppo dell’asse avviene nello spazio a tre dimensioni, èconsuetudine studiare separatamente l’andamento planimetrico, otracciato, e l’andamento altimetrico, o profilo, in relazione allaproiezione dell’asse in due piani (orizzontale e verticale).

Per raggiungere una soluzione geometrica che soddisfi criteri disicurezza e confort dell’utente, oltre che risultati “estetici”, non èsufficiente che l’andamento planimetrico e il profilo longitudinalerispettino i rispettivi standard di composizione, ma è necessario chesiano opportunamente coordinati tra di essi.

COORDINAMENTO PLANO-ALTIMETRICO

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LA COMPOSIZIONE DELL’ASSE STRADALE

In genere nelle strade ad unica carreggiata si assume come asse quellodella carreggiata stessa.

Nelle strade a due carreggiate complanari e ad unica piattaforma,l’asse si colloca a metà del margine interno.

Negli altri casi occorre considerare due assi distinti.

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L’ANDAMENTO PLANIMETRICO DELL’ASSE STRADALE

Si definisce andamento planimetrico (o tracciato orizzontale) laproiezione dell’asse della strada su di un piano orizzontale.

Nella costruzione della sequenza di elementi piani che compongono iltracciato orizzontale, il progettista stradale deve ottimizzare lesoluzioni che tengano conto dell’orografia del terreno (costruzionedell’andamento altimetrico), della geologia dei terreni in relazione allanatura del manufatto stradale, dalla minimizzazione degli impattiambientali e sulle attività antropiche sino alla minimizzazione dei costidi realizzazione

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Il tracciato orizzontale è costituito da elementi a curvatura costante –rettifili ed archi di cerchio – tra i quali vengono inseriti sempre elementia curvatura variabile (curve di transito).

Rettifili

Quando un veicolo percorre un rettifilo, in condizioni normali non èsottoposto ad alcuna azione trasversale e la resistenza al moto in sensolongitudinale può superare il valore dell’aderenza disponibile conconseguente scorrimento delle ruote senza che l’utente se ne accorga.

Inoltre, se il veicolo percorre il rettifilo a velocità sostenuta si avrà unrestringimento del campo della visione periferica e una certa difficoltàda parte dell’utente a valutare l’idoneità della propria condotta diguida.

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Inoltre, occorre aggiungere all’impossibilità di “controllare” la velocitàdi un veicolo che percorre un lungo rettifilo anche la possibilità diabbagliamento notturno e l’insorgere di problemi di monotonia delquadro prospettico, con evidente deficit di carico di lavoro mentaledell’utente.

In genere, è da preferire l’adozione di rettifili di lunghezza limitata alfine di favorire l’inserimento del tracciato nell’ambiente

Per le considerazioni anzidette, le Norme di progettazione stradaleimpongono che i rettifili abbiano una lunghezza Lr contenuta nelseguente limite:

Lr = 22 ×Vpmax [m]dove Vpmax è il limite superiore dell'intervallo di velocità di progettodella strada, in km/h.

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Rettifili

Per considerazioni legate ai L.d.S. minimi da garantire in relazione allaclasse stradale del tracciato che si sta progettando, un rettifilo, perpoter esser percepito come tale dall’utente, deve avere una lunghezzanon inferiore ai valori riportati in tabella; per velocità si intende ilvalore massimo desunto dal diagramma di velocità per il rettifiloconsiderato.

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Curve circolari

Il dimensionamento di una curva stradale con raggio di curvaturacostante, deriva essenzialmente dal rispetto di tre criteri:

-Criterio dinamico

-Criterio ottico

-Criterio del comfort di marcia

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Curve circolari – Criterio dinamicoLa percorrenza di una curva circolare di

raggio R a Velocità costante V (m/s) poneil veicolo sotto l’azione di un sistema diforze equilibranti che consentono istanteper istante l’avanzamento.Allo scopo di migliorare la stabilità del veicolo e garantire maggiorivelocità di percorrenza a parità di condizioni di sicurezza, lapiattaforma stradale viene inclinata verso il centro di curvatura di unangolo (pendenza trasversale, q = tan ).

Il dimensionamento del raggio di curvatura R attraverso il criterio dinamico, consente di controllare le condizioni limite di sbandamento e di ribaltamento

del veicolo, attraverso la determinazione del valore dell’aderenza e della pendenza trasversale della piattaforma.

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Curve circolari – Criterio dinamicoSi consideri un veicolo a due assi che percorre

a velocità costante Vp una curva circolare diraggio R.Per studiare l’equilibrio del veicolo allo sbandamento , occorre considerare le seguenti azioni:

-Il peso aderente Pa (espresso in daN);-la forza centrifuga Fc (espressa in daN)-la reazione Ft esplicata dalla strada sulle ruote (espressa in daN)La reazione Ft ha come valore limite l’aderenza disponibile in senso trasversale,cioè la differenza vettoriale fra l’aderenza totale e quella impegnata in sensolongitudinale.Detto ft il coefficiente di aderenza trasversale, il valore limite di Ft è dato da Nft, dove N è la risultante delle forze agenti in direzione normale allapiattaforma stradale .

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Curve circolari – Criterio dinamicoPerché non vi sia sbandamento occorre chesia soddisfatto l’equilibrio alla traslazionelungo la direzione radialeFc • cos() - Pa • sen() = ft • [Pa • cos()+Fc • sen()]e esplicitando i termini, si ottiene

e quindi,Potendo trascurare il termine Vp

2 q/g R rispetto all’unità si ha:Ovvero, esprimendo la velocità in km/h e sostituendoall'accelerazione di gravità g il suo valore, si perviene a:che definisce la condizione di equilibrio in curva quandoè impegnata tutta l’aderenza trasversale disponibile.

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O


Curve circolari – Criterio dinamicoAl fine di garantire anche l’equilibrio

al ribaltamento del Veicolo, rispetto al punto O,si dovrà avere

Potendo trascurare il termine V2 tg / gR rispetto all’unità si ha:

Confrontando la condizione di sbandamento con quella diribaltamento, si osserva che essendo in genere il rapporto s/h maggioredi ft, lo sbandamento precede sempre il ribaltamento, tranne per il casoin cui una particolare disposizione del carico porti il baricentro così inalto da rendere s/h minore di ft (veicoli pesanti).

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Curve circolari – Criterio dinamicoNella progettazione stradale si cerca diaccompagnare alla diminuzione dellaaccelerazione centrifuga derivante dalloaumento del raggio, una diminuzionedell’aderenza trasversale impegnata.Quindi, il progettista ha l’obiettivo di mantenere costanti, al variare delraggio, le frazioni dell’accelerazione centrifuga compensate dallapendenza trasversale e dall’aderenza, ed in particolare all’aumentaredel raggio la componente dell’accelerazione compensata dallasovrapendenza trasversale.

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Curve circolari – Criterio dinamicoPer valutare la massima pendenza trasversale che si può sostituirenell’equazione di equilibrio, occorre considerare che se tutti i veicolipercorressero la curva alla stessa velocità, ad esempio elevata, sipotrebbe assegnare un altrettanto elevata sopraelevazione trasversale(ovvero un grande angolo ) tale da consentire, per un dato raggio, laquasi totale compensazione della forza centrifuga.In effetti, però, i veicoli che percorrono una curva presentano velocitàmolto diverse fra loro. In particolare i veicoli lenti, in presenza dielevata sopraelevazione e sottoposti a una forza trasversale risultanterivolta verso l'interno della curva, potrebbero addirittura subire ilribaltamento, soprattutto se telonati, con carico a vuoto e in presenzadi vento spirante in direzione trasversale verso il centro curva.

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Curve circolari – Criterio dinamico

Prescrizioni fornite dal D.M. 5/11/2001 per limitare il valore di q

Per valutare la variazione della pendenza trasversale in funzione del raggioplanimetrico, esplicitando il raggio R dall’equazione di equilibrio allosbandamento, si ottiene:Per una strada di assegnato intervallo di velocità di progetto, il raggio minimoRmin è quello calcolato con l'espressione dinanzi citata e con la velocità allimite inferiore dell'intervallo di progetto, per una pendenza trasversale parialla qmax, nonché per un impegno di aderenza trasversale pari a ftmax

La formula per il calcolo del raggio minimo diventa:

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Curve circolari – Criterio dinamicoPer quanto riguarda la quota limitedel coefficiente di aderenza impegnabile

trasversalmente (ftmax) valgono i valoririportati nella Tabella (D.M. 5.11.01)

strade di classe A, B, C ed F extraurbanestrade di classe D, E, F urbane

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L’ANDAMENTO PLANIMETRICO DELL’ASSE STRADALECurve circolari – Criterio dinamico

Prescrizioni fornite dal D.M. 5/11/2001 per il Rmin in funzione dellaclasse stradale

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Rmin rappresenta il minimo raggio delle curve circolari che è possibileinserire nel tracciato stradale. Ciò vuoi dire che, una volta calcolatone ilvalore, il Progettista può utilizzare il raggio:

1) R = Rmin

2) R> Rmin

Nel primo caso la pendenza trasversale in curva deve essere pari aquella massima stabilita dalla Normativa (cfr. tabella slide precedente).

Nel secondo caso invece, la Normativa definisce due valori daconfrontare con R:

1) raggio R*;

2) raggio R2,5

dove: R* = raggio calcolato con l'espressione:

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1)caso: se si adotta un valore di Rmin< R <R* la pendenza trasversale èpari a quella da adottare per R = Rmin;

2)caso: se si adotta un valore di R* < R <R2,5 la pendenza trasversalevaria seguendo la funzione logaritmica

3) caso: se si adotta un raggio R > R2,5 la pendenza trasversale deveessere posta pari al minimo , ovvero pari a q = 0,025.Il D.M. 5/11/01, inoltre, considera anche l’ipotesi di raggi uguali o superiori adun valore R’, ovvero ove è possibile adottare la sagoma con falda esterna incontropendenza (q = -0,025)

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equazione di una retta nel pianobi-logaritmico

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Curve circolari – Criterio dinamico

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L’ANDAMENTO PLANIMETRICO DELL’ASSE STRADALECurve circolari – Criterio ottico (o di visibilità)

In curva, limitazioni della visibilità per l’arresto o per la manovra disorpasso possono derivare da ostacoli presenti all’interno della curvaquali muri, scarpate in trincea, barriere di sicurezza, siepi, ecc., e ingalleria o nelle strade a doppia carreggiata nel caso di curve sinistrorseda barriere di sicurezza e/o siepi antiabbaglianti.

La relazione esistente tra raggio di curvatura R, distanza dell’ostacoloalla visibilità dall’asse della corsia di marcia e distanza di visuale liberaD che si vuole assicurare, si ricava dalla seguente espressione.

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Curve circolari – Criterio ottico (o di visibilità)

dove:

AB rappresenta la distanza tra l’occhio del

conducente e l’oggetto da vedere;

R’ = R-b è il raggio in asse della corsia , valutato lungo l’asse dellacorsia interna

Da cui:

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L’ANDAMENTO PLANIMETRICO DELL’ASSE STRADALECurve circolari – Criterio ottico

Il criterio ottico deve essere soddisfatto per tutti i tipi di strade per D=Da, ossia per la distanza di arresto; se occorre consentire il sorpasso,per le strade a unica carreggiata a due corsie, deve essere soddisfattaper D = Ds.

Quando non risulta assicurata la distanza di arresto occorre aumentare, ossia rimuovere l’ostacolo e, se ciò non è possibile, è necessario oaumentare il raggio ricavandolo dalla relazione per dato , oppurelimitare la velocità calcolando il valore di Da che verifica la relazioneanzidetta.

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Curve circolari – Criterio ottico

Attraverso un abaco è possibile determinare graficamente il francolaterale richiesto in curva per differenti valori di visuali libere

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L’ANDAMENTO PLANIMETRICO DELL’ASSE STRADALECurve circolari – Criterio del comfort di marcia (o visibilità del ciglio interno)

Affinchè il conducente possa vedere per intero la traiettoria curvilinea(dell’asse o del ciglio interno) senza modificare il propriocomportamento ottico, il valore di R deve essere pari a :

Sia l0 sia il valore di sono determinatia partire dal valore di velocità di progettoper cui occorre dimensionare la curva

Di norma il raggio da adottare è il maggiore tra quello fornito dalcriterio dinamico e da quello del comfort di marcia

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