ONE DI STRIE ED AER IL DIMENSIONAMENTO DEL TRACCIATO PLANIMETRICO
LA COMPOSIZIONE DELL ASSE STRADALE La progettazione della geometria stradale prende le mosse dallo studio del suo asse e della sua sezione trasversale. Pihél Poiché lo sviluppo dll dell asse avviene nello spazio a tre dimensioni, i i è consuetudine studiare separatamente l andamento planimetrico, o tracciato, e l andamento altimetrico, o profilo, in relazione alla proiezione dell asse in due piani (orizzontale e verticale). Per raggiungere una soluzione geometrica che soddisfi criteri di sicurezza e confort dell utente, oltre che risultati estetici, non è sufficiente che l andamento planimetrico e il profilo longitudinale rispettino i rispettivi standard di composizione, ma è necessario che siano opportunamente coordinati tra di essi. COORDINAMENTO PLANO-ALTIMETRICO
LA COMPOSIZIONE DELL ASSE STRADALE In genere nelle strade ad unica carreggiata si assume come asse quello della carreggiata stessa. Nelle strade a due carreggiate it complanari ead unica piattaforma, ittf l asse si colloca a metà del margine interno. Negli altri casi occorre considerare due assi distinti.
Si definisce andamento planimetrico (o tracciato orizzontale) la proiezione dell asse della strada su di un piano orizzontale. Nella costruzione dll dellasequenza di elementi piani i che compongono il tracciato orizzontale, il progettista stradale deve ottimizzare le soluzioni che tengano conto dell orografia del terreno (costruzione dell andamento altimetrico), della geologia dei terreni in relazione alla natura del manufatto stradale, dalla minimizzazione degli impatti ambientali e sulle attività antropiche sino alla minimizzazione dei costi di realizzazione
Il tracciato orizzontale è costituito da elementi a curvatura costante rettifili ed archi di cerchio tra i quali vengono inseriti sempre elementi a curvatura variabile (curve di transito). Rettifili Quando un veicolo percorre un rettifilo, in condizioni normali non è sottoposto t ad alcuna azione trasversale e la resistenza it al moto in senso longitudinale può superare il valore dell aderenza disponibile con conseguente e e scorrimento o delle e ruote oe senza che l utente e se ne accorga. Inoltre, se il veicolo percorre il rettifilo a velocità sostenuta si avrà un restringimento del campo della visione periferica e una certa difficoltà da parte dell utente a valutare l idoneità della propria condotta dtt di guida.
Inoltre, occorre aggiungere all impossibilità di controllare la velocità di un veicolo che percorre un lungo rettifilo anche la possibilità di abbagliamento notturno e l insorgere di problemi di monotonia del quadro prospettico, con evidente deficit di carico di lavoro mentale dell utente. In genere, è da preferire l adozione di rettifili di lunghezza limitata al fine di favorire l inserimento del tracciato nell ambiente Per le considerazioni o anzidette, e, le Norme di progettazione poge o estradale impongono che i rettifili abbiano una lunghezza L r contenuta nel seguente limite: L r =22 V pmax [m] dove V pmax è il limite superiore dell'intervallo di velocità di progetto p della strada, in km/h.
Rettifili Per considerazioni legate ai L.d.S. minimi da garantire in relazione alla classe stradale del tracciato che si sta progettando, un rettifilo, per poter esser percepito come tale dall utente, deve avere una lunghezza non inferiore ai valori riportati in tabella; per velocità si intende il valore massimo desunto dal diagramma di velocità per il rettifilo considerato.
Curve circolari Il dimensionamento di una curva stradale con raggio di curvatura costante, deriva essenzialmente dal rispetto di tre criteri: -Criterio dinamico -Criterio ottico -Criterio del comfort di marcia
Curve circolari Criterio dinamico La percorrenza di una curva circolare di raggio R avelocitàcostantev(m/s)pone il veicolo sotto l azione di un sistema di forze equilibranti che consentono istante per istante l avanzamento lavanzamento. Allo scopo di migliorare la stabilità del veicolo e garantire maggiori velocità di percorrenza a parità di condizioni di sicurezza, la piattaforma stradale viene inclinata verso il centro di curvatura di un angolo α (pendenza trasversale, q = tan α). Il ldimensionamento i dl del raggio di curvatura R attraverso il criterio i 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.
Curve circolari Criterio dinamico Si consideri un veicolo a due assi che percorre a velocità costante V p una curva circolare di raggio R. Per studiare l equilibrio del veicolo allo sbanda mento, occorre considerare le seguenti azioni: -Il peso aderente P a (espresso in kg); -La forza centrifuga F c (espressa in kg) -Lareazione F t esplicata dalla strada sulle ruote (espressa in kg) ) La reazione F t ha come valore limite l aderenza disponibile in senso trasversale, cioè la differenza vettoriale fra l aderenza totale e quella impegnata in senso longitudinale. Detto f t il coefficiente di aderenza trasversale, il valore limite di F t èdatoda N f t, dove N è la risultante delle forze agenti in direzione normale alla piattaforma stradale.
Curve circolari Criterio dinamico Perché non vi sia sbandamento occorre che sia soddisfatto l equilibrio alla traslazione lungo la direzione radiale F c cos(α)-p a sen(α)=f t [P a cos(α)+f c sen(α)] e esplicitando i termini, si ottiene equindi, Potendo trascurare il termine V 2 q/grrispetto all unità si ha: Ovvero, esprimendo la velocità in km/h e sostituendo all'accelerazione di gravità g il suo valore, si perviene a: che definisce la condizione di equilibrio in curva quando è impegnata tutta l aderenza trasversale disponibile.
Curve circolari Criterio dinamico Al fine di garantire anche l equilibrio al ribaltamento del Veicolo, rispetto al punto O, si dovrà avere Potendo trascurare il termine V 2 tgα / gr rispetto all unità si ha: Confrontando la condizione di sbandamento con quella di ribaltamento, si osserva che essendo in genere il rapporto s/h maggiore di f t, lo sbandamento precede sempre il ribaltamento, tranne per il caso in cui una particolare disposizione del carico porti il baricentro così in alto da rendere s/h minore di f t (veicoli pesanti). O
Curve circolari Criterio dinamico Nellaprogettazionestradalesicercadi accompagnare alla diminuzione della accelerazione centrifuga derivante dallo aumento del raggio, una diminuzione dll dell aderenzad trasversale impegnata. Quindi, il progettista ha l obiettivo di mantenere costanti, al variare del raggio, le frazioni dell accelerazione centrifuga compensate dalla pendenza trasversale e dall aderenza, ed in particolare all aumentare del raggio la componente dell accelerazione compensata dalla sovrapendenza trasversale.
Curve circolari Criterio dinamico Per valutare la massima pendenza trasversale che si può sostituire nell equazione di equilibrio, occorre considerare che se tutti i veicoli percorressero e e la curva alla stessa velocità, ad ee esempio elevata, si potrebbe assegnare un altrettanto elevata sopraelevazione trasversale (ovvero un grande angolo α) tale da consentire, per un dato raggio, la quasi totale compensazione della forza centrifuga. In effetti, però, i veicoli che percorrono una curva presentano velocità molto diverse fra loro. In particolare i veicoli lenti, in presenzadi elevata sopraelevazione e sottoposti a una forza trasversale risultante rivolta verso l'interno della curva, potrebbero addirittura subire il ribaltamento, soprattutto se telonati, con carico a vuoto e in presenza di vento spirante in direzione trasversale verso il centro curva.
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 raggio planimetrico, esplicitando il raggio R dall equazione di equilibrio allo sbandamento, si ottiene: Per una strada di assegnato intervallo di velocità di progetto, il raggio minimo R min è quello calcolato con l'espressione dinanzi citata e con la velocità al limite inferiore dell'intervallo di progetto, per una pendenza trasversale pari alla q max, nonché per un impegno di aderenza trasversale pari a f tmax La formula per il calcolo del raggio minimoimo diventa:
Curve circolari Criterio dinamico Per quanto riguarda la quota limite del coefficiente di aderenza impegnabile trasversalmente (f tmax ) valgono i valori riportati nella Tabella (D.M. 5.11.01) strade di classe A, B, C ed F extraurbane strade di classe D, E, F urbane
Curve circolari Criterio dinamico Prescrizioni fornite dal D.M. 5/11/2001 per il R min in funzione della classe stradale
Curve circolari Criterio dinamico R min rappresenta il minimo raggio delle curve circolari che è possibile inserire nel tracciato stradale. Ciò vuoi dire che, una volta calcolatone il valore, il Progettista può utilizzare il raggio: 1) R=R min 2) R> R min Nel primo caso la pendenza trasversale in curva deve essere pari a quella massima stabilita dalla Normativa (cfr. tabella slide precedente). Nel secondo caso invece, la Normativa definisce due valori da confrontare con R: 1) raggio R*; 2) raggio R 2,5 dove: R* = raggio calcolato con l'espressione:
Curve circolari Criterio dinamico 1)caso: sesiadottaunvaloredir min <R<R * la pendenza trasversale è pari a quella da adottare per R=R min ; 2)caso: sesiadottaunvaloredir * <R<R 2,5 la pendenza trasversale variaseguendolafunzionelogaritmica 3) caso: se si adotta un raggio R>R 2,5 la pendenza trasversale deve essere 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 ad un valore R 1, ovvero ove è possibile adottare la sagoma con falda esterna in contropendenza (q = -0,025)
Curve circolari Criterio dinamico equazione di una retta nel piano bi-logaritmico
Curve circolari Criterio dinamico
Curve circolari Criterio ottico (o di visibilità) In curva, limitazioni della visibilità per l arresto o per la manovra di sorpasso possono derivare da ostacoli presenti all interno della curva quali muri, scarpate in trincea, barriere di sicurezza, siepi, ecc., e in galleria o nelle strade a doppia carreggiata nel caso di curve sinistrorse da barriere di sicurezza e/o siepi antiabbaglianti. La relazione esistente tra raggio di curvatura R, distanza Δ dell ostacolo alla visibilità dall asse della corsia di marcia e distanza di visuale libera D che si vuole assicurare, si ricava dalla seguente espressione. Δ = R ' ' ( 1 cos α ) = R 1 cos ' 2 R AB
UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ENNA KORE Curve circolari Criterio ottico (o di visibilità) ' ' AB Δ = R 1 cos α ) = R ( 1 cos ' 2 R dove: AB rappresenta la distanza tra l occhio dl del conducente e l oggetto da vedere; R = R-b è il raggio in asse della corsia, valutato lungo l asse della corsia interna Da cui: Δ = R ' 1 D cos ' 2 R
Curve circolari Criterio ottico Il criterio ottico deve essere soddisfatto per tutti i tipi di strade per D =D a, ossia per la distanza di arresto; se occorre consentire il sorpasso, per lestrade aunica carreggiata a due corsie, deve essere soddisfatta per D=D s. Quando non risulta assicurata la distanza di arresto occorre aumentare Δ, ossia rimuovere l ostacolo e, se ciò non è possibile, è necessario o aumentare il raggio ricavandolo dalla relazione per dato Δ, oppure limitare la velocità calcolando il valore di D a che verifica la relazione anzidetta.
Curve circolari Criterio ottico Attraverso un abaco è possibile determinare graficamente il franco laterale richiesto in curva per differenti valori di visuali libere
Curve 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 proprio comportamento ottico, il valore di R deve essere pari a : Sia l 0 sia il valore di Φ sono determinati a partire dal valore di velocità di progetto percuioccorre o edimensionare ela curva Di norma il raggio da adottare è il maggiore tra quello fornito dal criterio dinamico e da quello del comfort di marcia