UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Civile CORSO DI PROGETTO DI INFRASTRUTTURE VIARIE Esercitazione : PROGETTO DI UNA BRETELLA STRADALE Anno Accademico 2006/2007

2 L esercitazione del corso di Progetto di Infrastrutture Viarie prevede la progettazione geometrica di un tracciato, a partire da due punti assegnati da considerarsi come inizio e fine dello stesso. I due punti, che nel mio caso sono identificati con la sigla A4 si trovano su Carta Tecnica Regionale assegnata. Il progetto consiste nella redazione di un certo numero di elaborati, mediante l uso del software di progettazione Civil Design. Prima di spiegare per sommi capi tutta la procedura che ha portato a realizzare gli elaborati, elenchiamo le tavole richieste: -Planimetria del tracciato (scala 1:2000); -Profilo altimetrico (scala 1:2000); -Sezioni trasversali (scala 1:100); -Sezioni tipo in trincea, a mezzacosta ed in rilevato (scala 1:50) Entrando nel merito della progettazione, si ribadisce che questa è stata eseguita con l assistenza di un software Il foglio elettronico fornitoci contiene oltre ai dati contenuti in una normale CTR tutta una serie di punti per i quali sono state fatte delle rilevazioni altimetriche e di cui quindi si conosce la quota. Questo ci permette utilizzando il comando CREA DTM di andare a scomporre il nostro territorio in una serie di triangoli che per lati hanno le rete congiungenti i punti quotati. Questo in seguito ci permetterà di andare a calcolare attraverso delle interpolazioni le quote di tutti gli altri punti. Andando ora a descrivere quali sono stati i passaggi fondamentali nella realizzazione del progetto, vediamo come per prima cosa si debba impostare la normativa. Il programma infatti permette di caricare i dati contenuti all interno del D.M. 5/11/2001, relativi alla piattaforma che ci interessa, e che verranno usati poi per la verifica della strada. Nel mio caso la piattaforma che mi è stata assegnata è la F2e: F2e Asse stradale La Normativa attribuisce a questo tipo di strada velocità di progetto minima V p-min =40 Km/h e massima V p-max =100 Km/h.

3 I rettifili: Si deve quindi passare al tracciamento della poligonale per collegare i due punti A4, che avviene mediante l utilizzo di tre segmenti, che saranno raccordati da due curve. I tre segmenti dovranno rispettare i vincoli di lunghezza minima e massima imposti da Norma. I motivi di tali limiti sono per la lunghezza massima imputabili principalmente a problematiche connesse con l utente, quali ad esempio il raggiungimento di velocità elevate tali da rendere problematico l inserimento nella curva successiva, la possibilità di abbagliamento e la distrazione dovuta alla monotonia di guida. Non va dimenticata comunque anche la problematica ambientale che un lungo rettilineo può creare tagliando di netto il territorio. La normativa impone una lunghezza massima dei rettifili pari a: Lr = 22 VP _ max dove V p_max è il limite superiore della velocità di progetto della strada in esame con piattaforma C2, ovvero 100Km/h. Pertanto la lunghezza massima del rettifilo non dovrà superare i 2200m, abbondantemente soddisfatta considerando che il tracciato misura meno di due chilometri. Il limite minimo di lunghezza del rettilineo serve a garantire il sorpasso e con esso la qualità della circolazione, tenendo conto anche del fatto che vi possono essere zone con ridotta visibilità, quali per esempio tratti curvilinei con presenza di ostacoli sul lato interno della curva. Tale valore si ricava da tabella: Velocità (Km/h) Lunghezza min (m) Si vede che per il mio tratto la lunghezza minima è di 150 m, anch essa rispettata considerando che il segmento più corto dei tre misura circa 270m. Per assicurare il deflusso delle acque superficiali e impedire l acquaplaning, si prevede una sagoma stradale a schiena d asino, con pendenze trasversali pari a: Le curve circolari: i = 2,5% ( q = 0,025) c Per la creazione delle curve circolari e delle curve di transizione il software segue la procedura Clotoide Cerchio Clotoide ; il programma crea dei raccordi clotoidici a raggio conservato impostando i valori, dei raggi entrambi pari a R=340m e parametri di scala A=150 (i valori degli angoli delle due curve sono rispettivamente di 50,78 e 32,6 gradi centesimali mentre gli sviluppi degli archi L sono rispettivamente 271,22m e 174,13m). All inserimento del raggio R (operazione ripetuta per ogni curva), il programma esegue in automatico le verifiche previste da Normativa,

4 calcolando se il raggio attribuito supera il valore minimo e se lo sviluppo dell arco associato è anch esso superiore allo sviluppo minimo. In particolare per quanto riguarda le curve circolari si ha che queste devono essere progettate in maniera tale da garantire la sicurezza di chi le percorre e possibilmente anche il comfort di marcia. I parametri che maggiormente condizioneranno le curve saranno quindi: Il raggio di curvatura R; Lo sviluppo della curva L. Anche in questo caso si ha che, affinché il conducente riesca a percepire correttamente la curva, il loro sviluppo minimo dovrà essere pari ad un tempo di percorrenza di almeno 2,5 s. VP L t 3,6 Essendo: -L, la lunghezza del raccordo; -V p, la velocità di progetto dedotta dal diagramma della velocità; -t, il tempo di percorrenza fissato in 2,5 s. Inoltre si ha che se si impiegano rettifili, tra la loro lunghezza Lr ed il raggio R più piccolo fra quelli delle curve circolari, si deve avere: R > Lr se Lr< 300 m R 400 m se Lr 300 m I rapporti tra i raggi R1 e R2 di due curve circolari che, con l inserimento di un elemento a curvatura variabile, si succedono lungo il tracciato di strade di tipo A, B, C, D e F extraurbane, sono regolati dall abaco riportato nella figura sottostante. In particolare, per le strade di tipo A e B detto rapporto deve collocarsi nella "zona buona"; per le strade degli altri tipi è utilizzabile pure la "zona accettabile". Nel mio caso questo valore ricade nella zona buona.

5 Su di un veicolo che percorre una curva di raggio R agisce, oltre al proprio peso, una forza centrifuga, applicata al suo baricentro, rivolta verso l esterno della curva di valore: Essendo: - P il peso del veicolo; - v la velocità del veicolo in m/s; - g l accelerazione di gravità in m/s 2. P V g R F c 2 = Al fine di migliorare la stabilità del veicolo oltre che a garantire maggiori velocità di percorrenza si ha che la piattaforma viene inclinata verso l interno di un angolo α. Pendenza trasversale q=tgα La pendenza trasversale dipende dal raggio della curva ed in particolare si dovrà tenere conto delle verifiche a sbandamento e a scivolamento dell autovettura. La condizione più critica è quella per l equilibrio allo sbandamento e cioè quando tutta l aderenza è impegnata, quindi la formula che esprimerà tale condizione è la seguente: V 2 P 127R = q + f t Tale relazione è stata ottenuta imponendo l equilibrio allo sbandamento del veicolo. La velocità è espressa in Km/h. Il coefficiente di aderenza trasversale ƒ t si ricava dalla seguente tabella: Velocità Km/h Strade A,B,C,F - 0,21 0,17 0,13 0,11 0,1 0,09 extraurbane Strade D,E,F urbane 0,22 0,21 0,20 0, Per il calcolo poi di q in funzione del raggio della curva circolare ci si dovrà rifare a tre casi distinti. Come prima cosa andremmo a calcolare il valore del raggio minimo: R min ( V = 127( q p min max t max I valori di q max e di f t max si ricavano da opportune tabelle,riportate all interno del decreto ministeriale del 5 novembre del 2001, in funzione della classe della strada(a,b,c,etc ) e dell ambito di utilizzazione della stessa (ambito urbano o extraurbano). Si calcoleranno poi i valori di R* e di R 2,5 e si confronteranno questi ultimi con il valore del raggio di partenza. + ) 2 f )

6 R* = ( V 127( q p max max + ) 2 f t max ) R 2,5 =K R* Con: K=5 (strade A,B,C,F extraurbane); K=2,95 (strade E,F urbane); K=1,69 (strade D). Noti ora R, R min e R* ci si presenteranno tre differenti situazioni: Situazione 1) R min R R* Si ricaverà di conseguenza dalle tabelle riportate in normativa il valore della q max. Situazione 2) R* R R 2,5 La pendenza trasversale si ricaverà da appositi abachi, riportati anche questi in normativa, in funzione della velocità massima e del raggio di curvatura. Situazione 3) R > R 2,5 La pendenza trasversale dovrà essere pari alla minima definita in normativa; e cioè pari a 2,5%. Tutte queste verifiche, eseguite dal programma anche se non esplicitamente, permettono di avere i dati sufficienti per calcolare la velocità di progetto di ogni curva V p, con la formula evidenziata precedentemente: 2 VP = q + f t 127R Si noti in particolare che tutti questi passi del processo permettono di definire univocamente tutte le caratteristiche geometriche della curva (curve). 3) Le curve a raggio variabile: Le curve di transizione servono per garantire: un applicazione graduale della forza centrifuga; una variazione graduale di quota dei cigli; una migliore percezione ottica del tracciato.

7 A tal fine le curve che vengono utilizzate sono le CLOTOIDI MULTIPARAMETRO di equazione: r * s n = A n+1 essendo A il parametro di scala, s lo sviluppo e n il parametro di forma. Fondamentale per la descrizione della clotoide è il calcolo del parametro di scala A che si deve effettuare tenendo conto di vari fattori: Limitazione del contraccolpo Per il cui calcolo si utilizza la formula semplificata: A 0,021 * V 2 Sovrapendenza longitudinale delle linee di estremità della carreggiata: Criterio costruttivo A R *100 * Bi Δi * ( q max f + q i ) Ottico: A R / 3 e A R Poi il valore che si dovrà usare di A dovrà essere compreso tra il valore più grande e quello più piccolo ottenuti dai metodi sopra elencati. Anche in questo caso, il software esegue ed informa sulle quattro verifiche cui il parametro A è soggetto. Qualora non fossero soddisfatte, si dovranno reinserire manualmente altri valori, sino a che le verifiche daranno esito positivo. Nel nostro caso si è scelto A = 150 per entrambi i tratti curvilinei dei due archi, sia in entrata, sia in uscita. Va poi sottolineato il fatto che l inserimento del raccordo clotoidico può essere effettuato in tre differenti modi: A raggio conservato; A centro conservato; A vertice conservato. Bisogna poi aggiungere che lungo le curve a raggio variabile viene eseguita la rotazione della sezione stradale in modo da realizzare il graduale passaggio della pendenza trasversale dal valore proprio dell elemento di tracciato che precede il raccordo clotoidico a quello che lo segue. Nelle strade ad unica carreggiata, questo passaggio avviene facendo ruotare la carreggiata attorno al suo asse. Si possono identificare varie fasi all interno di questo passaggio graduale; si ha una prima fase in cui ruota solo la falda esterna fino a realizzare una superficie piana. Successivamente si ha poi che tutta l intera carreggiata ruota attorno al proprio asse fino a raggiungere la pendenza prevista in curva.

8 Per limitar la velocità di rotazione trasversale della sagoma stradale (velocità di rollio) la sovrapendenza longitudinale Δi non può superare il valore massimo di: Δ B i = 18 max V dove B i è la distanza fra l asse di rotazione e l estremità della carreggiata all inizio della curva a raggio variabili e V è la velocità di progetto. Il valore minimo della sovrapendenza sarà invece pari a: Δ i = 0, max 1B i Molto importante è sottolineare il fatto che in curva si ha che il franco fra i veicoli viene a ridursi rispetto a quello che si ha in rettilineo. In alcuni casi si dovrà quindi andare a predisporre un allargamento della carreggiata. Si dovrà quindi calcolare il valore di E pari a : i 45 E = ( m ) R e se tale valore sarà superiore di 20 cm allora sfruttando le formule riportate in normativa si calcolerà l allargamento della carreggiata, ricordando che tale allargamento dovrà iniziare 7,5 m prima e terminare 7,5 m dopo la curva di raccordo e che dovrà essere riportato tutto dallo stesso lato della piattaforma stradale. Il software valuta poi gli eventuali allargamenti della carreggiata che nel caso in esame risultano nulli, com era plausibile attendersi data la cospicua dimensione dei raggi. Eseguita le suddette operazioni di calcolo delle rotazioni e sviluppo dei cigli il tracciato prende forma in planimetria; la sua lunghezza è di 1968,429m ed ha una quota minima di 19.91m e massima di 20.35m con relativo dislivello massimo di 0.44m; come quota di riferimento per il disegno è stato assunto il valore di 15m. Si procede quindi ad identificare le sezioni trasversali; di default il programma ne individua alcune sui punti notevoli, altre ulteriori sezioni sono state inserite ad una distanza l una dall altra di 30 m. Indicate e nominate le sezioni, si procede all estrazione del profilo altimetrico. In quest operazione è previsto di inserire manualmente la livelletta sempre mediante l impiego di un unica polilinea, che in un caso di terreno pressoché pianeggiante come il nostro, è appunto unica. La prossima operazione è estrarre le sezioni trasversali. L operazione consente di creare in automatico le sezioni trasversali, previa creazione di un cartiglio atto a ricevere le nostre sezioni. Le sezioni stesse, poi, vanno completate mediante l impiego elementi accessori riconducibili a dei blocchi, come il cassonetto (con evidenziati gli strati di usura, binder, base e fondazione), cunette, guard rails e delimitatori di margine, che verranno inseriti dal programma nei cartigli con le inclinazioni che il tracciato richiede, mediante l istituzione di leggi atte a collocare gl elementi preindicati nelle idonee collocazioni. A questo punto manca solamente la redazione delle sezioni tipo, che è comunque eseguita classicamente in Autocad.

9 Di seguito i vari elaborati.

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