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IL PROGETTO STRADALE
Che cos’è una strada?
È l’area a uso pubblico destinata alla circolazione dei pedoni,dei veicoli e degli animali.
Essa è costituita da un manufatto al quale competono adeguate caratteristiche geometriche che lo rendono idoneo alla circolazione.
Quale scopo ha il progetto stradale?
Ha lo scopo di definire i seguenti elementi :
individuazione del percorso dimensionamento geometrico stima dei costi
La progettazione stradale è soggetta al rispetto di norme?
SI,le vigenti ;che sono norme tecniche e non amministrative,fanno riferimento al D.M. 5/11/2001. Esse classificano le strade in 6 categorie.
A ciascuna di queste vengono assegnate dimensioni e criteri di progettazione che riguardano gli elementi geometrici dell’asse de della piattaforma, affinché la circolazione si svolga con sicurezza e regolarità.
Tipo di strada Descrizione CaratteristicheA Autostrade Carreggiate indipendenti;ciascuna con almeno 2
corsie,priva di intersezioni a raso.B Strade extraurbane principali Come tipo A, ma con accessi alle proprietà laterali.C Strade extraurbane secondarie Strade ad unica carreggiata con almeno una corsia
per senso di marciaD Strade urbane di scorrimento Carreggiate indipendenti;ciascuna con almeno 2
corsie,con eventuali intersezioni a raso semaforizzate.
E Strade urbane di quartiere Strade ad unica carreggiata con almeno due corsie per senso di marcia
F Strade locali Strade urbane o extraurbane a unica carreggiata.
La velocità di progetto
LA velocità di progetto è quella velocità massima che può essere mantenuta con sicurezza, su un tratto di strada,quando le condizioni metereologi che e di traffico sono così favorevoli cha la velocità dei veicoli risulta limitata soltanto dalle caratteristiche geometriche della strada.
La normativa associa un intervallo di velocità di progetto a ciascun tipo di strada.
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Il limite superiore VPmax è quella velocità che un veicolo isolato non può superare ,con gli assegnati margini di sicurezza,; quindi è la massima velocità compatibile in rettifilo e in orizzontale. Con essa vanno verificati gli elementi meno vincolanti del tracciato come le distanze di visuale libera.
Il limite inferiore VPmin dell’intervallo è quel valore di riferimento che condiziona la progettazione degli elementi plano-altimetrici più vincolanti come raggi di curvatura,larghezze,pendenze massime.
FASI di studio di un progetto stradale
Il progetto di un’opera civile ,per la sua complessità, deve passare attraverso tre gradi di progettazione che corrispondono a diversi livelli di approfondimento (DPR Merloni ter):
progetto preliminare progetto definitivo progetto esecutivo
Il progetto preliminare ha lo scopo di verificare la fattibilità sotto il duplice aspetto tecnico ed economico.
In questa fase si studia il tracciato che può essere fatto su carte topografiche già esistenti (tavolette IGM in scala 1:25000 o CTR in scala 1:10000 o 1:5000).
Il progetto definitivo sviluppa e precisa le scelte contenute nel progetto preliminare ;il progetto dovrà contenere tutti gli elementi necessari alla definizione precisa dell’opera sia per gli aspetti tecnici che per i costi.
In questa fase il progetto sarà redatto su carte topografiche in scala 1:2000 rifatte e aggiornate con rilievi topografici diretti.
Il progetto esecutivo costituisce la fase conclusiva della progettazione.
In questa fase viene riportato l’asse stradale sul terreno (picchettamento) al fine di verificare le scelte progettuali;sono consentite lievi modifiche al progetto originario allo scopo di ottimizzare il tracciato. La normativa prescrive che un progetto esecutivo contenga :
Le relazioni descrittiva,tecnica e geologica Gli elaborati tecnici (planimetria,profilo,sezioni,…) Gli elaborati amministrativi (computi metrici,capitolati,…)
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Piano a curve di livello
Osservando le curve di livello si percepisce immediatamente la situazione altimetrica del terreno.
La zona comprende una piccola collina a sinistra che ha vetta in M e un,altra più alta a destra che in cresta raggiunge quota 189 m. Nel tratto AB del perimetro sbocca una valle la cui testata superiore rasenta il punto N.
Dalla parte opposta un’altra valle sbocca nei pressi del vertice B. Si distingue facilmente un’altra valle che sbocco nei pressi del vertice E. Si distingue una valle da una dorsale osservando il senso con cui aumentano le quote. Nelle valli,salendo si incontrano le curve dalla parte della concavità (come RS e TN).Nelle dorsali,invece,salendo si incontrano le curve di livella dalla parte della convessità (come GM e NP).
Le curve altimetriche che corrono lungo le dorsali sono dette linee di displuvio,mentre quelle che seguono i punti più bassi delle vallate sono le linee di displuvio.
Nei tratti dove le curve sono più vicine la pendenza del terreno è maggiore.
Lo studio del tracciato viene di solito eseguito su tavolette dell’IGM nella scala 1:25000.
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Stabiliti i punti estremi da collegare,su terreni pianeggianti il tracciato più conveniente è quello rettilineo;su terreni collinari o montagnosi possono verificarsi i seguenti casi:
Strade di fondovalle
In genere seguono l’andamento plano-altimetrico del corso d’acqua che scorre in vallata (come A-B)
Strade di cresta
Seguono approssimativamente le linee di displuvio del terreno (come C-D)
Strade di tipo intermedio
Comprendono diversi tipi,quali:
le strade congiungenti due punti a diversa quota posti sullo stesso versante di una valle (come A-D)
le strade congiungenti due punti posti sui versanti opposti della stessa valle (come D-E)
le strade congiungenti due punti situati sui versanti adiacenti di due valli contigue (come E-G)
Studio del tracciato
Una volta fissate le caratteristiche geometriche della strada (L,Rmin,pmax) si può passare allo studio tracciato planimetrico destinato a collegarne gli estremi.
In presenza di terreni non pianeggianti il collegamento diretto degli estremi non sarà compatibile con la pendenza massima;diventa quindi necessario la costruzione del tracciolino a uniforme pendenza.
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Il tracciolino è una spezzata che rappresenta la proiezione orizzontale del percorso da seguire per collegare i due estremi della strada senza mai discostarsi dal livello di campagna e con una assegnata pendenza costante.
Per realizzare il tracciolino occorre stabilire in che modo si deve passare da una curva di livello;partendo da un suo punto A, a quella successiva con una pendenza prefissata seguendo un percorso rettilineo.
Il percorso sarà rappresentato da un segmento di lunghezza (e : equidistanza;p : pendenza)
A questi punto utilizzando un compasso con apertura d (ridotta alla scala della carta) e centro in A si traccia un arco di circonferenza che incontrerà generalmente la curva di livello successivo in 2 punti;il progettista valuterà il percorso più conveniente. In realtà può anche capitare che i percorsi si riducano a uno solo o a infiniti.
A volte, quando le curve di livello presentano sensibili valori delle equidistanza o forti curvature, per meglio approssimare la reale traiettoria,si usa raffittire le curve di livello intercalando le isoipse con ulteriori isoipse aventi equidistanza inferiore mediante un’interpolazioni lineare (ciò si ottiene tracciando a piacere alcuni segmenti intersecanti le due curve di livello dividendoli poi nello stesso modo in cui viene divisa l’equidistanza)
Avendo la possibilità di passare da una curva di livello a quella successiva seguendo distinte direzioni si avranno svariati modi di collegare i punti estremi.
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Criteri di scelta del tracciato
Il percorso non dovrà presentare eccessive tortuosità
Il percorso dovrà essere il più breve possibile
Occorre evitare terreni non idonei geologicamente o male esposti
Si deve limitare il ricorso a opere d’ingegneria costose
La poligonale d’asse
La asse successiva è quella di sostituire al tracciolino un tracciato costituito da un numero inferiore di tratti rettilinei che costituiscono una poligonale i cui lati verranno raccordati con curve circolari.
Questa rettifica tende a ridurre la lunghezza del percorso e quindi ad aumentare la pendenza. Per questo motivo nella scelta della pendenza del tracciolino si sceglie una pendenza leggermente inferiore a quella massima assegnata.
I criteri da osservare nella costruzione della poligonale d’asse sono :
La poligonale deve discostarsi il meno possibile dal tracciolino
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Gli angoli che formano i lati consecutivi devono permettere ‘inserimento delle curve
In presenza di tornanti, è bene che questi siano realizzati laddove il terreno presenta una minor pendenza trasversale.
In presenza di intersezioni a raso o attraversamento di corsi d’acqua, è bene che il rettifilo sia ad essi perpendicolare
Normativa
Rettifili
I rettifili non devono essere troppo lunghi (la monotonia comprometterebbe l’attenzione alla guida)
(VPmax in km/h)
I rettifili non devono essere troppo corti (non potrebbero essere consentiti sorpassi)
Velocità (km/h) 40 60 80 100 120 140
Lmin (m) 30 50 90 150 250 360
Curve
Non sono ammesse due curve circolari direttamente collegate;fra di esse deve inserirsi un tratto rettilineo di lunghezza LR. In questo caso tra la sua lunghezza e il raggio minore fra quelli delle due curve devono essere rispettate le seguenti prescrizioni :
La sagomatura della piattaforma
Per ottenere un rapido drenaggio delle acque ipovane la piattaforma stradale deve essere sagomata realizzando una monta centrale la quale genera una pendenza trasversale.
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Le Norme prescrivono che in rettifilo il valore minimo della pendenza trasversale sia del 2,5%;in curva invece la pendenza trasversale deve essere contenuta tra il valore minimo del 2,5% e un valore massimo qMAX dipendente dal tipo di strada (7% per la categoria F).
All’interno di questo intervallo la pendenza è stabilita in funzione del raggio e di VPmin
La pendenza trasversale calcolata è estesa a tutta la piattaforma .
La pendenza trasversale si realizza per rotazione della piattaforma stradale attorno al suo asse oppure per innalzamento del ciglio esterno della strada rispetto a quello interno.
Nel caso di strade a unica carreggiata avviene in due fasi ;nella prima si fa ruotare la falda esterna fino a realizzare una sola superficie piana;successivamente si ruota attorno all’asse tutta la piattaforma fino ad ottenere il valore massimo desiderato
Il raggio minimo delle curve circolari
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Un veicolo in curva è soggetto alla forza centrifuga il cui valore è
Questa forza è applicata al baricentro del veicolo ,così come la forza peso, ed è trasversale al moto del veicolo.
Considerando preliminarmente che la piattaforma sia orizzontale, affinché il moto del veicolo sia in sicurezza, devono essere verificate due condizioni :
condizione di slittamento condizione di ribaltamento
La prima risulta soddisfatta se la forza d’attrito ,applicata a ciascuna ruota del veicolo sull’asfalto,
contrasta la forza centrifuga :
La seconda risulta soddisfatta se il momento ribaltante rispetto al punto A dei pneumatici esterni contrasta il momento stabilizzante dovuto alla forza peso :
Da queste due condizioni si possono ricavare due raggi ,il maggiore dei quali viene assunto come raggio minimo.
Le norme italiane però prevedono la sopraelevazione in curva della piattaforma, la quale ,oltre a consentire il drenaggio delle acque, migliora il moto del veicolo perché viene a crearsi una componente parallela al piano stradale della forza peso che si oppone, riducendola, alla componente trasversale della forza centrifuga.
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Se riconsideriamo la condizione di slittamento (la più restrittiva!) ,considerando, come impone la normativa la velocità VPmax , e assumendo il valore massimo della pendenza trasversale qmax ,per il tipo di strada considerata si ottiene la formula del raggio minimo :
Se si riduce il valore della pendenza trasversale aumenterà il raggio minimo.
La normativa fornisce degli abachi per il calcolo della pendenza trasversale da utilizzarsi una volta fissato il raggio da utilizzarsi.
Per il loro utilizzo so devono calcolare due raggi teorici R* e R2,5 ottenuti ponendo nella formula predente ,rispettivamente, VPmax e qmax=0,025
Valutando il raggio che si vuole utilizzare R> Rmin si possono presentare 3 casi :
1. Quando il raggio R della curva è minore di R* la pendenza trasversale dovrà essere mantenuta costante e pari al valore qmax
2. Quando il raggio è uguale o maggiore al valore R2,5 deve essere impiegata la pendenza trasversale minima del 2.5%
3. Per i raggi di curva intermedia la pendenza trasversale viene ricavata in corrispondenza delle linee oblique riferite al limite superiore della velocità di progetto della corrispondente categoria di strada.
4.
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I picchetti d’asse
Una volta definiti gli elementi geometrici (rettifili e curve) occorre fissare sull’asse stradale un congruo numero di punti (picchetti) che definiranno l’andamento dell’asse stradale e costituiranno un continuo riferimento progettuale.
Questi picchetti ,numerati progressivamente,serviranno per la costruzione del profilo longitudinale e come tracce dei piani verticali sui quali verranno rappresentate le sezioni trasversali. Essi verranno inoltre successivamente riportati sul terreno.
Si dispone un picchetto :
all’inizio e alla fine della strada quando l’asse stradale in rettifilo interseca le curve di livello sui punti caratteristici delle curve (punti di tangenza,vertice della curva,1/4 di curva) all’inizio e fine di ogni manufatto e in corrispondenza delle intersezioni stradali quando la distanza tra due picchetti supera i 60-70 m
Andamento altimetrico
Le caratteristiche di ordine altimetrico di una strada sono messe in evidenza dall’elaborato profilo longitudinale.
Il profilo longitudinale rappresenta l’andamento altimetrico,sia del terreno che della piattaforma,in corrispondenza dell’asse stradale supposti sviluppati su un unico piano verticale di rappresentazione.
Si fa presente che gli elaborati planimetria e profilo longitudinale devono essere redatti contemporaneamente in quanto l’uno condiziona l’altro.
Il profilo longitudinale è costituito da due profili sovrapposti :
il profilo del terreno (profilo nero) il profilo di progetto (profilo rosso)
Il profilo del terreno
Per costruire il profilo del terreno è necessario conoscere le distanze di ciascun picchetto d’asse dal picchetto iniziale (distanze progressive) e la loro quota.
In fase di progetto preliminare, le distanze verranno ricavate con uno scalimetro mentre le quote verranno ricavate dalle isoipse (nel caso che il picchetto non cada su una isoipsa si ricorrerà a un’interpolazione:
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Il profilo del terreno è un grafico nel quale in ascisse vengono riportate le distanze progressive relative a ciascun picchetto e in ordinate le quote,Le distanze vengono riportate con la stessa scala della planimetria mentre le quote ,per dar maggior risalto, vengono rappresentate con una scala maggiore (di solito 10 volte).
Al piano di riferimento orizzontale,la cui traccia sul piano verticale di rappresentazione è una retta si assegna una quota intera di poco inferiore alla quota del picchetto più basso.
Il profilo longitudinale viene poi corredato di un prospetto in cui sono riportati :la numerazione dei picchetti,le distanze progressive e parziali,le quote.
Il profilo di progetto
Essendo l’andamento del terreno irregolare e quindi inadeguato ad essere assunto come andamento altimetrico di una strada,esso viene sostituito da una spezzata composta da un certo numero di tratti di asse stradale che prendono il nome di livellette.
Una livelletta è un tratto di strada a pendenza costante.
La scelta delle livellette è guidata dalla Normativa (ad es. per le strade di categoria F è pmax=10% eventualmente di 1% per brevi tratti) e da alcuni criteri tra cui :
le livellette non devono discostarsi troppo dal profilo del terreno le livellette devono realizzare possibilmente un compenso tra le aree di sterro e di riporto I cambi di pendenza di livelletta devono realizzarsi nei punti di tangenza delle curve,laddove la
velocità dei veicoli è minore (evitare i cambiamenti di pendenza in rettifilo soprattutto se questi corrispondono a inversioni di pendenza o in curva)
nelle curve a piccolo raggio (tornanti) bisogna abbassare la pendenza e negli attraversamenti le livellette devono avere lievi pendenze se non essere addirittura orizzontale.
Quote di progetto e quote rosse
Nell’ambito di ciascuna livelletta possono essere calcolate le quote di progetto relative a ciascun picchetto d’asse intermedio.
Le quote di progetto vengono calcolate in funzione della quote iniziale della livelletta QP0:
con p pendenza della livelletta
Si definisce quota rossa del generico picchetto i la differenza tra la quota di progetto e la quota del terreno:
Le quote di progetto vengono riportate nel prospetto ,mentre le quote rosse vengono indicate sul grafico.
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Posizione dei punti di passaggio
Considerando il profilo longitudinale si osserva che il profilo di progetto interseca più volte il profilo del terreno. I punti dove si verificano le intersezioni sono chiamati punti di passaggio e separano le aree di sterro da quelle di riporto.
I punti di passaggio sono caratterizzati da quota rossa nulla e sono sempre compresi tra due picchetti che presentano quote rosse di segno opposto.
Per determinare la loro posizione e la loro quota ,osservando che in figura i triangoli AA’M e BB’M sono simili,si scrive il sistema :
da cui si ricava e
E infine nota la pendenza delle livelletta p:
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Livellette di compenso
Le livellette di compenso realizzano l’uguaglianza tra le aree di sterro e quelle di riporto per un prefissato tratto di strada. Questo però non significa che una livelletta di compenso realizza l’uguaglianza dei volumi di sterro e di riporto,in quanto i volumi dipendono anche dagli andamenti trasversali all’asse.
Tutte le livellette di compenso di un tratto di profilo passano per un punto che prende il nome di centro di compenso.
Il centro di compenso si trova a metà del tratto di profilo considerato D/2, a una quota pari al rapporto S/D tra la superficie S racchiusa dalla spezzata del profilo nero e la lunghezza D della livelletta.
Oltre a passare per il centro di compenso ,una livelletta di compenso deve rispettare una condizione geometrica:
pendenza assegnata passaggio per un’ulteriore punto
Nel primo caso (pendenza assegnata) si può determinare la quota del primo e ultimo picchetto con le relazioni :
Si possono poi calcolare le quote di progetto e le quote rosse con le formule , relative al generico picchetto i,:
Nel secondo caso noto ad es. la quota a di progetto della livelletta nel primo picchetto (o in un altro
qualsiasi) si ricava la pendenza e quindi si ricade nel primo caso.
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LE SEZIONI TRASVERSALI
Il disegnoLe sezioni sono disegnate ,per convenzione, nel modo in cui sono viste da un osservatore che percorre la strada a ritroso. La scala è omogenea per le ascisse e le ordinate; è adottata la scala 1:100 o 1.200.Si disegna il profilo del terreno deducendo le quote dalla planimetria e riferendolo a una orizzontale di riferimento in modo che la sezione rimanga tutta al di sopra. Si riporta quindi, in corrispondenza del picchetto d’asse, la relativa quota di progetto, leggendola sul profilo longitudinale. Da questa si traccia poi un segmento orizzontale a cavallo dell’asse e di lunghezza pari alla larghezza della piattaforma stradale. Dagli estremi di questo segmento si tracciano infine le rette inclinate di scarpa 3:2 per i riporti e 1:1 per gli scavi, che rappresentano le due scarpate laterali. Si possono avere tre casi :
la quota di progetto è superiore al terreno in tutti i punti della sede stradale (sezione in rilevato)
la quota di progetto è inferiore al terreno in tutti i punti della sede stradale (sezione in scavo) la sede è in certi punti inferiore e in altri superiore al terreno (sezione mista o a mezza costa)
Vengono rappresentate inoltre le cunette nelle zone di sterro le cui dimensioni e forma sono indicate nei particolari costruttivi.
Nel caso in cui la sede stradale sono molto più alte o più basse del terreno si rende necessaria la costruzione di muri di sostegno che possono essere muri di sostegno propriamente detti oppure di sottoscarpa o di controripa.
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Nelle sezioni si quotano le quote che definiscono l’andamento del terreno (QT), le distanze parziali (DP), le quote di progetto (QP),e le distanze parziali di progetto (DPP).
Convenzionalmente le aree che rappresentano uno sterro vengono colorate in giallo, mentre le aree di riporto vengono colorate in rosso.
Il disegno viene poi completato riportando le quote rosse in corrispondenza dell’asse e dei due cigli della piattaforma.
La larghezza di occupazione di una sezione
La somma delle proiezioni delle due scarpate laterali e della larghezza della piattaforma fornisce la larghezza di occupazione della strada.
Le proiezioni delle scarpate variano da sezione a sezione. Per il loro calcolo si consideri la seguente figura.
Per la quota rossa sul ciglio si può scrivere:
da cui
Quando il terreno presenta un’inclinazione opposta a quella della scarpata, si ha
da cui
Nota :le pendenze devono essere sempre prese in valore assolutoUna volta calcolata la lunghezza delle proiezioni orizzontali delle due scarpate indicate con d1 e d2
nella figura si può ricavare la larghezza di occupazione facendo la seguente somma:
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Il calcolo delle areeLe aree delle sezioni si calcolano tenendo separate quelle che rappresentano sterri da quelle che rappresentano riporti.
Le aree di sterro e di riporto di ciascuna sezione vanno poi riportate nel disegno della sezione insieme al numero della sezione e alla relativa distanza progressiva.
Il calcolo viene eseguito analiticamente scomponendo la sezione in figure geometriche elementari (trapezi e triangoli) delle quali viene calcolate la rispettiva area utilizzando i dati già presenti nella fincatura della sezione.
Con riferimento alla figura ,le aree di sterro e di riporto vengono calcolate come segue :
Nelle sezioni miste poi è necessario definire sulla piattaforma la posizione del punto di passaggio P tra la zona di sterro e quella di riporto. La distanza d2 si ottiene dalla seguente proporzione tra elementi omologhi di triangoli simili
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Esempio di costruzione della sezione 9 della planimetria allegata
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Esempi di muri di sostegno
Cunette ed arginelli
In presenza di scarpate di riporto,al fine di impedire che l’acqua drenata dalla sovrastruttura scenda in modo non regolato lungo la scarpata dilavando lo strato di terreno vegetale,si realizzano gli arginelli;essi sono costituiti da un piccolo terrapieno,alto 10-15 cm,.il cui compito è quello di contenere l’acqua e convogliarla in piccoli canali realizzati con elementi di cemento (embrici),disposti ad un interasse di 5-10 m.
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In trincea vengono invece usate le cunette la cui forma e dimensione è regolata dalla normativa vigente.
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Esempio di sezione trasversale quotata
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Esempio di calcolo di sezione trasversaleDeterminare gli elementi geometrici di una sezione relativa a una strada con piattaforma di larghezza L=8.00 m.
Dal profilo longitudinale viene rilevata la quota di progetto in asse q=144.50 m.
Il profilo trasversale del terreno è rappresentato da due tratti sinistro (1-2) e destro(2-3) a pendenza costante i cui estremi sono definiti dagli elementi contenuti nel seguente specchietto
Punto del terreno Distanze (m.) Quote (m.)
1
2
3
11.50
10.20
147.80
144.10
141.80
Si assuma una cunetta trapezia di profondità 0.30 m di area 0.18 m2.
******
Dopo aver disegnato la sezione si determinano le pendenze dei due tratti di terreno
La quota rossa in asse è
Le quote del terreno e le quote rosse sui cigli della piattaforma ,cioè a 4 m dall’asse, sono :
Le proiezioni orizzontali delle scarpate valgono :
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Le quote nei punti di incontro delle scarpate col terreno sono :
Il punto di passaggio sulla piattaforma si ottiene dalla proporzione
da cui
L’area di sterro si ottiene dal contributo di due figure triangolari
L’area di riporto è costituita dal contributo di 3 figure elementari, due triangoli ed un trapezio
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