NORME FUNZIONALI E GEOMETRICHE PER LA COSTRUZIONE DELLE STRADE

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2 NORME FUNZIONALI E GEOMETRICHE PER LA COSTRUZIONE DELLE STRADE IN PRECEDENZA (CNR ) ATTUALMENTE CONSISTEVANO IN ISTRUZIONI E RAC- COMANDAZIONI HANNO FORMA COGENTE (NORMA) LE NORME IMPONGONO PRESCRIZIONI PER LA PROGETTAZIONE DEGLI ELEMENTI GEOMETRICI DELLE STRADE IN RELAZIONE ALLA LORO CLASSIFICAZIONE 2

3 A ciascun tipo di strada la normativa assegna funzioni, dimensioni e criteri di progettazione che riguardano gli elementi geometrici dell'asse e della piattaforma, affinché la circolazione degli utenti ammessi si svolga con sicurezza e regolarità ed efficienza. 3

4 Le normative contengono TABELLE che riportano le prescrizioni progettuali per ogni tipo di strada. Alcune prescrizioni sono direttamente presenti in queste tabelle Altre vengono ricavate indirettamente tramite i valori dei limiti dell intervallo della velocità di progetto 4

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6 V Pmin - V Pmax SI INTENDE IL CAMPO DEI VALORI IN BASE AI QUALI DEVONO ESSERE DEFINITE LE CARATTERISTICHE GEOMETRICHE DEI VARI ELEMENTI DEL TRACCIATO (rettifili, curve, pendenze, ecc..) Limite inferiore V Pmin è la velocità di riferimento per la progettazione degli elementi più vincolanti e restrittivi del tracciato (es. curve, pendenze, ecc.) corrisponde alla velocità che può essere mantenuta sugli elementi, rispettando i margini di sicurezza Limite superiore V Pmax è la velocità di riferimento per la progettazione degli elementi meno vincolanti del tracciato (es. rettifili oriz. distanze di visuale libera ecc..) è almeno pari alla velocità massima consentita dal Codice per quel tipo di strada 6

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8 L'analisi del traffico DEVE PRECEDERE ogni progettazione stradale per dare risposta ai seguenti quesiti: valutazione del traffico che la nuova strada catalizza dalla circolazione esistente valutazione del traffico che la nuova strada con i suoi benefici creerà previsione dell'incremento di traffico per il più lungo periodo di tempo possibile. Il traffico viene fotografato da alcuni parametri o indici che lo caratterizzano in corrispondenza di una data certa sezione stradale : 1) Traffico annuale: è il numero di veicoli che attraversano una data sezione stradale in un anno intero (365 giorni) 2) Traffico giornaliero medio (TGM): questo importante parametro è dato dal rapporto tra il traffico annuale, sopra definito, e il numero dei giorni presenti nell'anno (365). 3) Traffico orario (flusso orario): è il numero di veicoli che transitano in un'ora in una data sezione stradale. 4) Traffico alla trentesima ora (Txxxh o più brevemente Q 30 ): rappresenta il valore del traffico orario, prima definito, che viene superato per un numero di ore inferiore a 30 nell'arco dell'anno. 8

9 Il numero di corsie della strada in progetto viene fissato sulla base del flusso orario alla XXX a ora. Se la strada fosse dimensionata con portate orarie superiori, cioè con frequenza minore di 30 ore annue, si sovradimensionerebbe la strada (con danno economico) Se la strada venisse dimensionata con valori di flusso orario minori a quello corrispondente alla 30 a ora, e cioè con frequenze maggiori alle 30 ore annue, la stessa sarebbe sottodimensionata (con inefficienza della strada) curva statistica della frequenza del traffico orario (in una sezione) Il flusso alla XXX a ora può essere dedotto a seguito di rilevamenti statistici sulla viabilità esistente, oppure in modo empirico. Determinazione empirica del flusso della XXX a ora Q xxx = 0,15 TGM 9

10 La velocità reale mantenuta dai veicoli su una strada dipende dal tipo di veicolo, dalla personalità e dall'atteggiamento del conducente, dalle condizioni atmosferiche, dalle condizioni di visibilità, ma anche dal maggiore o minore affollamento di veicoli (volume di traffico). In particolare, il volume di traffico condiziona direttamente le velocità nelle strade ad unica carreggiata, dove la velocità è strettamente connessa alla più o meno facile possibilità di effettuare la manovra di sorpasso Osservando statisticamente i veicoli che transitano in una data sezione stradale, rilevandone numero e velocità, è possibile costruire un diagramma nel quale in ascisse vengono riportate le velocità, e in ordinate le percentuali di veicoli che marciano al di sotto di tali velocità (es. la velocità di 90 km/h non viene raggiunta dal 75% dei veicoli) 10

11 Quando un veicolo può compiere i sorpassi senza che questi siano ostacolati dalla presenza di altri veicoli, ma condizionati unicamente dalle caratteristiche della strada, si ha il traffico in regime di libera circolazione caratterizzato da alte velocità e differenti da veicolo a veicolo. Se però il numero dei veicoli aumenta, essi si ostacolano a vicenda e si ha una naturale diminuzione della possibilità di effettuare sorpassi. Dunque i veicoli sono costretti a viaggiare a velocità inferiori e assai prossime tra loro. 11

12 È una velocità ideale definita allo scopo di dimensionare gli elementi geometrici della strada (raggi, pendenze, distanze di visibilità, ecc.), dai quali dipende la sicurezza, la regolarità e l efficienza del moto dei veicoli. La velocità di progetto è la velocità più alta che può essere mantenuta con sicurezza, su un determinato tratto stradale, quando le condizioni meteorologiche, di traffico e di ambiente sono così favorevoli, che la stessa velocità dei veicoli è limitata solo dalle caratteristiche geometriche della strada. La velocità di progetto dipende dal tipo di strada che si deve progettare. Più importante è la strada, più alta sarà la velocità di progetto. Gli elementi geometrici del tracciato stradale (curve, pendenze, ecc.) possono fare aumentare o diminuire il suo valore e pertanto andranno opportunamente dimensionati. 12

13 La normativa associa un intervallo di velocità di progetto, compreso tra un limite inferiore ed un limite superiore, a ciascun tipo di strada appartenente alla classificazione (es. tipo A : V Pmax =140Km/h; V Pmin =90Km/h. Il LIMITE SUPERIORE è la massima velocità compatibile in rettifilo orizzontale. Con essa vanno verificati gli elementi meno vincolanti del tracciato come le distanze di visuale libera. Naturalmente, questa velocità è sempre maggiore alla velocità massima (limite di velocità) ammessa dal Codice per il tipo di strada considerato. Il LIMITE INFERIORE corrisponde alla velocità che può essere mantenuta, rispettando i margini di sicurezza, da un veicolo mentre percorre tratti con variazioni altimetriche o curve. Esso condiziona il dimensionamento degli elementi planoaltimetrici più vincolanti e restrittivi della strada, come larghezze, raggi minimi delle curve, pendenze massime ecc.. 13

14 La capacità è il numero massimo di veicoli che può essere raggiunto in un'ora in corrispondenza di una data sezione, con condizioni prevalenti di circolazione e di tracciato, così che detto valore abbia buone probabilità di non venire mai superato. (viene determinata in base a rilevazioni periodiche di carattere statistico sulla viabilità esistente). La capacità C di una strada è direttamente proporzionale al numero di corsie presenti in una data sezione stradale. Ciascuna corsia è in grado di ottenere la massima capacità possibile, che teoricamente e indicativamente può arrivare a C=1800/2000 veicoli/h quando, però sono soddisfatte simultaneamente le seguenti circostanze: 1. larghezza non minore di 3,75m 2. assenza di traffico pesante (autocarri) 3. assenza di intersezioni a raso (incroci) o altri punti di conflitto 4. distanza minima di 1,80m degli ostacoli dalla carreggiata 5. dimensioni che consentano l ottenimento della velocità di progetto 14

15 Poiché le condizioni precedenti quasi mai sono soddisfatte tutte e contemporaneamente, e solo per strade di grande importanza, si ha di conseguenza una riduzione, spesso anche significativa, della massima capacità possibile di ciascuna corsia, quindi della strada. A ciascuna delle precedenti condizioni corrispondono dei coefficienti correttivi u 1, u 2, u 3, u 4, u 5, minori o uguali a 1, che verranno applicati alla massima capacità possibile della corsia C = 2000 u 1 u 2 u 3 u 4 u 5 Veicoli/ora Esempio di capacità di una strada con velocità di progetto di 80 km/h, e traffico pesante (autocarri, autotreni, ecc.) non superiore al 20% del traffico complessivo Numero corsie Andamento del terreno Larghezza corsia 3,75 Larghezza corsia 3,50 Larghezza corsia 3,00 2 corsie 3 corsie 4 corsie pianeggiante ondulato pianeggiante ondulato pianeggiante ondulato

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17 La sagomatura la piattaforma stradale ha lo scopo permettere un rapido drenaggio delle acque piovane, creando una monta, perlopiù centrale, che determina una pendenza trasversale all asse stradale pendenza minima 2,5% modalità di sagomatura ammesse dalle Norme 17

18 La sagomatura trasversale in curva non risponde solamente alla funzione di drenare le acque piovane (come in rettifilo) ma ha anche la funzione di migliorare il moto dei veicoli, interagendo direttamente con il raggio della curva e la velocità di progetto. In curva l intera carreggiata è sempre inclinata verso l interno della stessa curva e la pendenza trasversale q (i c in %) rimane costante per tutto il suo sviluppo realizzando quella che si chiama sopraelevazione della curva. Questa non deve superare un limite superiore fissato dalle norme per i vari tipi di strade pendenze massime per i tipi di strade TIPO DI STRADA A, B, C, F extra D E, F urb i c max 7% 5% 3,5% 18

19 Pensando che il moto di un veicolo all'interno di una curva circolare di raggio R, avvenga a velocità v (m/sec) costante, esso è caratterizzato dalla comparsa della forza centrifuga F C, assente in rettifilo. La sua intensità viene ricavata dalla seguente espressione: CURVE CIRCOLARI CON PIATTAFORMA ORIZZONTALE P g v R 2 F C (Kg) Durante il moto in curva, l attrito trasversale tra pneumatico e asfalto, da luogo ad una forza d'attrito tangenziale F T complessiva di intensità proporzionale al peso P del veicolo: F T = f T P Affinché questa forza contrasti la forza centrifuga F C e mantenga il veicolo in traiettoria, dovrà verificarsi: F T F C >>>> f T P F C f T è fornito dalle norme in funzione della velocità di progetto 19

20 F T F C >>>> f T P F C Questa relazione è detta equilibrio allo slittamento, e considerando la situazione limite (segno =) possiamo ricavare il raggio minimo che deve avere la curva. Equilibrio allo Slittamento P v 2 f T P R v2 1 = g R 1 g f T Equilibrio al ribaltamento P v 2 s h P --- g R v 2 h R 2 = g s In condizioni prevalenti R 1 è il più grande, dunque viene assunto come R min 20

21 CURVE CIRCOLARI E PIATTAFORMA SOPRAELEVATA (inclinata) La sopraelevazione della piattaforma in curva, consente una maggior regolarità ed efficienza del moto. Questo perché la sopraelevazione permette di contrastare parzialmente la forza centrifuga F c, riducendo il disturbo al moto che essa produce. La pendenza trasversale della piattaforma inclinata di un angolo rispetto al piano orizzontale viene indicata con q (q=i c /100) dunque per definizione sarà: q = tg q max è la pendenza trasversale massima in formato naturale (es. 0,05). Ricordando la definizione di pendenza si ha: =arctg(q) 21

22 L equilibrio deve essere valutato sul piano inclinato di scorrimento del veicolo considerando le componenti di P e F C, parallele o perpendicolari a tale piano. Equilibrio allo slittamento (sul piano inclinato) P v 2 P v 2 f T ( sen + P cos ) cos - P sen g R g R Dividendo per P cos, semplificando, e ricordando che: q=tg, si ottiene: v 2 R = g ( f T + q) 22

23 v 2 R = g ( f T + q) Le Norme prescrivono che la velocità da utilizzare nella precedente relazione sia il limite inferiore dell intervallo della velocità di progetto V Pmin, e la pendenza trasversale sia il valore massimo q max, per il tipo di strada considerata. V pmin 2 R min = ( f T + q max ) Valori del coefficiente f T forniti dalle norme 23

24 Se nel dimensionare la curva viene deciso di utilizzare un raggio maggiore di quello minimo, le norme impongono di ridurre la pendenza trasversale q max della piattaforma stradale. La pendenza q trasversale (q<q max ) per raggi R maggiori di R min viene ricavata da due abachi allegati alle norme, per i diversi tipi di strade, con determinate modalità di interpretazione. Per la loro corretta lettura è necessario il calcolo di due raggi ideali (R *, R 2,5 ) sempre calcolati con la formula precedente, ma con la sostituzione del limite inferiore della velocità di progetto con il limite superiore, oltre alla sostituzione di q max con 2,5% (solo in R 2,5 ) V pmax 2 R * = ( f T + q max ) V pmax 2 R 2,5 = ( f T + 0,025) 24

25 V pmax 2 R * = ( f T + q max ) V pmax = 100Km/h V pmax 2 R 2,5 = ( f T + 0,025) 25

26 1 - Quando il raggio R della curva è minore del raggio R* (R min <R<R*), la pendenza trasversale dovrà essere mantenuta costante e pari al valore massimo q max. 2 - Quando il raggio di curvatura R è uguale o maggiore ai valori del raggio R 2,5, deve essere impiegata la pendenza trasversale minima del 2,5 %. 3 - Per raggi di curvatura R intermedi tra i raggi R* e R 2,5 (R* R R 2,5 ) la pendenza trasversale viene ricavata dall abaco in corrispondenza delle linee oblique riferite al limite superiore della velocità di progetto della corrispondente tipo di strada. Esempio: immaginiamo di voler adottare un raggio R=1000m per una curva in una strada tipo C (extraurbana secondaria) caratterizzata da un limite superiore della velocità di progetto V Pmax =100Km/h. Dall abaco si osserva che in questo caso R*=437m e R 2,5 = 2187m; dunque il raggio R=1000m è intermedio tra questi valori si ha (437<1000< 2187), e la pendenza trasversale della piattaforma dovrà essere q=0,0415 (i c =4,15%). Tale valore è stato ricavato considerando l intersezione tra la verticale tracciata in corrispondenza del valore R=1000m, e la linea inclinata corrispondente a V Pmax =100Km/h; tracciando una retta orizzontale da tale intersezione si ricava, appunto, la pendenza trasversale i c =4,15% da utilizzare 26

27 Nelle curve circolari la piattaforma stradale viene allargata al fine di costituire un rimedio a due inconvenienti che si realizzano in curva: maggior ingombro dei veicoli minor visibilità (a causa di eventuali ostacoli come vegetazione, recinzioni, ecc.. che si trovano nella parte interna della stessa curva oltre il confine della strada) Corda di visibilita ostacolo 27

28 L allargamento deve interessare solo le carreggiate e non le banchine. Per le curve circolari, ciascuna corsia dovrà essere allargata di una quantità costante E fornita dalla seguente espressione, in cui R rappresenta il raggio esterno della corsia: E 45 R L allargamento totale E TOT = E 1 +E 2 +E 3. viene ottenuto sommando gli allargamenti di ogni singola corsia, inoltre deve essere applicato tutto alla corsia più interna di ciascuna carreggiata. 28

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30 Sono la lunghezza del tratto stradale che il conducente è in grado di vedere davanti a se, senza considerare l influenza di traffico e condizioni atmosferiche. Le norme prevedono le seguenti distanze di visibilità che verranno poi richiamate nel dimensionamento di diversi elementi geometrici della strada. DISTANZA DI VISIBILITÀ PER L ARRESTO DISTANZA DI VISIBILITÀ PER IL SORPASSO DISTANZA DI VISIBILITÀ PER LA MANOVRA (cambio di corsia) 30

31 Quando il conducente percepisce un ostacolo lungo la sua traiettoria, deve potersi arrestare prima di urtare l'ostacolo, prescindendo da eventuali cambi di traiettoria Allora è necessario che la distanza di visuale libera tra l'ostacolo e il veicolo, nell'istante in cui il conducente percepisce la presenza dell'ostacolo, sia maggiore dello spazio necessario all arresto del veicolo (distanza minima di arresto) Pertanto, gli elementi della strada dove la visuale si riduce significativamente (curve, dossi, e avvallamenti), dovranno essere dimensionati garantendo tali distanze di visuale libera La distanza D A per l arresto ha due componenti: D 1 : spazio di percezione e reazione D 2 : spazio di frenatura D A = D 1 +D 2 31

32 D 1 è lo spazio percorso dal veicolo durante il tempo di percezione, riflessione, e reazione. Le norme impongono per questa distanza il valore ricavato dalla espressione; D 1 = t V in cui t = [2,8 (0,01 V)] (t in sec, V in Km/h) D 2 è lo spazio percorso dal veicolo durante il tempo di frenatura, esso dipende dalle caratteristiche del veicolo, dalle resistenze al moto dalla pendenza e dalla velocità. Essa viene fornita da una complessa espressione fornita dalle Norme. Le stesse Norme, tuttavia, consentono di ottenere il valore complessivo D A =D 1 +D 1 utilizzando opportuni abachi riferiti ai tipi di strade e alle caratteristiche dei veicoli. Abachi per D A autovettura di: P=1200Kg S=2mq Cx=0,35 r=1,15kg/mc 32

33 La distanza di visibilità per il sorpasso deve essere considerata nelle strade ad unica carreggiata con due corsie, una per ciascun senso di marcia, dunque in presenza di veicoli marcianti in senso opposto. D S = 5,5 V pmax DISTANZA DI VISIBILITÀ PER LA MANOVRA (cambio di corsia) È lo spazio necessario al conducente per procedere il cambio di corsia, da quella del moto a quella adiacente. Deve essere assicurata in presenza di strade con 2 o più corsie per senso di marcia, nonché in corrispondenza di punti singolari. Le norme, per il cambio di una sola corsia, prevedono : D C = 2,6 V pmax 33