Appunti di Progetto di strade

Appunti di Progetto e Costruzione di Strade 1

I^ semestre: Progetto (Cantisani)

II^ semestre: Costruzione (D’Andrea)

- Esercitazioni obbligatorie

Devono essere consegnate (poi revisionate) su Classroom entro le date di

o scadenza

Contribuiscono alla valutazione complessiva

o Se si rispettano le scadenze non ci saranno domande sulle esercitazioni all’orale

o Se non si rispettano le esercitazioni vanno stampate e portate all’orale, si farà una

o domanda su esse.

- Esonero

Non verbalizzato immediatamente, verbalizzato alla fine di tutti e due gli esoneri

o Modulo di presentazione per partecipare

o Per far valere l’esonero, fare anche l’altro entro 1 anno solare dalla consegna del

o voto del primo

- Le sessioni straordinarie valgono per part-time e fuori corso

- Iscrizione Classroom e modulo Google

- PASSWORD dispense zippate: pcs2425

INTRODUZIONE

Il progetto è un modello che contiene la descrizione tecnica, analitica e dettagliata dell’opera civile

da realizzare. Il progetto deve descrivere adeguatamente ed esaustivamente le caratteristiche

dell’opera.

In esso devo avere descrizioni geometriche, fisiche e funzionali dell’infrastruttura e il suo

rapporto con l’ambiente (morfologia, impatto), deve essere coerente con esso, permettere una

sostenibilità su vari aspetti: sociali, economici e ambientali, oltre che garantire la sicurezza

dell’utente e dei vari personaggi limitrofi. La finalità del progetto (nel caso dell’infrastruttura viaria) è

quello di permettere di soddisfare il bisogno di mobilità e il trasporto delle merci. Il progetto deve

risultare adeguato a definire gli aspetti pianificatori, procedurali e autorizzativi dell’opera.

Gli elementi che interagiscono tra di loro sono l’utente, la strada e l’ambiente; questi coesistono

insieme e alcuni dei loro parametri sono strettamente dipendenti fra loro in relazioni complesse.

TEORIA DEI FLUSSI DI TRAFFICO

Modelli funzionali: capacità e livello di servizio (LOS)

Il modello funzionale della teoria dei flussi di traffico consente al progettista di valutare se il servizio

di mobilità fornito dall’opera viaria abbia le caratteristiche desiderate, analizzando aspetti come

qualità, messa in sicurezza e prestazione. I termini Capacità e Livello di servizio descrivono le

caratteristiche prestazionali dell’infrastruttura.

- Capacità: massimo flusso (numero di macchine passanti in una sezione in un certo

periodo) orario atteso (stimato in base alla teoria dei livelli di traffico e a distribuzioni di

probabilità) (il comportamento stradale è una variabile aleatoria) per persone o veicoli in un

1 2

punto (o tronco ) uniforme (di corsia o di strada) rispetto ad un dato periodo e sotto fissate

condizioni del flusso veicolare (traffico), dei sistemi di controllo e dalle condizioni della

strada (condizioni ottime della strada) (sono tutte stabilite dalla teoria dei LOS).

Si può generalizzare il concetto in:

Capacità veicolare: massimo numero di veicoli che attraversa un dato punto

o rispetto ad un dato periodo e sotto fissate condizioni [numero veicoli/tempo].

Capacità di utenti: massimo numero di utenti che attraversa un dato punto rispetto

o ad un dato periodo e sotto fissate condizioni.

Le condizioni operative sono condizioni ideali o standard assunte rispetto all’ambiente, all’utente

e alla strada, in situazioni differenti si possono applicare dei correttivi:

Condizioni atmosferiche buone.

- Stato della strada e pavimentazione rigorosa (geometria stradale corretta, spazi di

- sicurezza rispettati)

Utente vigile e con familiarità con il veicolo e la strada da percorrere e condizione dei

- veicoli buona.

Livello nullo di incidentalità.

- Nella geometria:

Livellette orizzontali senza nessuna pendenza.

- Larghezze delle corsie superiore a 3,6 metri.

- Distanza dagli ostacoli laterali (comprese le banchine, scarpate, elementi della segnaletica

- verticale) superiore agli 1,8 metri.

Assenza di accessi laterali o intersezioni.

- Velocita di progetto media superiore a 100 km/h.

- Distanza di visibilità per il sorpasso maggiore di 450 metri.

- Nella formazione del traffico si vuole solo presenza di autovetture. Si utilizzano dei

- coefficienti correttivi chiamati coefficienti di omogeneizzazione, ha valori intorno a 1.5 o 4

per adattare l’autocarri all’autovetture.

Il LOS (livello di servizio) consente una misura qualitativa delle condizioni operative per una data

corrente di traffico, inoltre è anche una misura della percezione da parte dell’utente delle condizioni

del flusso veicolare. È stato teorizzato nel manuale statunitense HCM (Highway Capacity

Manual), edito e prodotto dalla FHWA (Federal Highway Administrator), utilizzato come strumento

operativo per il dimensionamento stradale, definisce le modalità e la costruzione dei modelli di

traffico per le infrastrutture. Lo strumento è stato globalmente diffuso in quanto è risultato

parecchio funzionale ai fini della progettazione stradale. Nell’utilizzare il modello dobbiamo

adeguarlo ai limiti italiani: le freeway hanno prestazioni più alte di un’autostrada italiana.

FORMULAZIONE DEL LOS

La teoria del LOS è sviluppata in condizioni di flussi ininterrotti, vanno quindi esclusi intersezioni

a raso, rotatorie, segnaletica. Per questo motivo vengono aggiunti elementi che limitano e

aggiustano il “calibro”: un esempio, associamo alle autovetture un tipo di valore, per autoveicoli più

In inglese (il manuale è statunitense) si utilizza il termine “section”, diverso dal significato italiano di

1

sezione, intesa come superficie, rappresenta invece un pezzo di strada, per questo lo chiamiamo tronco.

Stiamo lavorando in teoria dei LOS quindi in flussi ininterrotti.

2

grandi andiamo a equipararlo a un numero equivalente di autovetture. Ipotizziamo quindi una

condizione della strada ideale. Essendo il flusso ininterrotto, quindi velocità intesa

Ci si mette in un come uniforme, il tronco o sezione non fa variare il

tronco stradale dato. Possiamo assumere il flusso ininterrotto

(sezione), si andando a creare una analogia tra flusso veicolare e

contano quante flusso liquido (teoria semplice). La differenza è che il

auto passato in fluido ha molecole che macroscopicamente possiamo

un intervallo Δ: intendere come mezzo continuo, dall’altra parte il

flusso in veic/h flusso veicolare è formato da elementi discreti come

gli autoveicoli. L’analogia ci permette di utilizzare anche l’equazione di continuità idraulica, la

portata rimane costante.

La misura qualitativa può ricadere nella soggettività della percezione del singolo, ci basiamo su

elementi come indici di qualità che cercano di rendere generali per tutti gli utenti dati invece

soggettivi del singolo.

Il LOS dipende da parecchie variabili:

sorpassi

= (velocità , , tempo di attesa per sorpasso, stress psico-fisico)

km

Alcuni argomenti sono molto soggettivi, molti di essi sono codipendenti fra loro, possiamo

riassumerle in:

= (velocità possibile , )

Dove la velocità possibile rappresenta la massima velocità raggiungibile sulla strada e è

0 < < 1

la portata del flusso sulla capacità di essa. Questi due nuovi argomenti identificano le condizioni

operative effettive di una corrente di traffico e sono dipendenti tra di loro.

SCALA DI RIFERIMENTO DEL LOS

Traducono i risultati delle condizioni operative del traffico. Si definiscono 6 livelli di servizio.

Da A con condizioni operative migliori con portate basse (basso flusso), veicoli con velocità

elevate.

Ad F, con condizioni operative peggiori, frequenti “stop & go”.

Non andiamo a dimensionare le strade con un LOS A in quanto la sovradimensioneremmo rispetto

alla domanda di traffico, utilizziamo invece un LOS C o D che assicurano una qualità di

circolazione ancora buona e una fattibilità economica alta, il compito della progettazione non è

avere capacità ma circolazione buona (più le opere sono imponenti più costano naturalmente).

(Per strade più importanti (come le autostrade) potremmo optare anche per un LOS B).

Invece a livello E abbiamo la capacità dell’elemento di trasporto (o massimo flusso) dopodiché

ogni singolo cambiamento porta il flusso a diventare instabile e raggiungere il LOS F. Con il tempo

il traffico si evolverà aumentando il numero veicolare, studi probabilistici evidenziano questo, per

cui bisogna prevedere anche questo aspetto nel dimensionare la strada. (cresce di media 2%-3% il

traffico ogni anno).

Ogni minimo cambiamento di stato nel livello instabile del LOS F porta ad un possibile congestione

del traffico.

La domanda di trasporto è molto variabile e aleatoria (dipende da fattori come scelte dell’utente,

condizioni atmosferiche...), solo alcuni fattori sono determinabili come i giorni dell’anno o l’ora del

giorno. Il dimensionamento si basa sul prelevare, in base al tipo di strada, la portata n-esima delle

varie ore di punta determinate.

Il Free Flow Speed (FFS) rappresenta la velocità non condizionata dal flusso ma solamente

dipendente dalle caratteristiche dell’infrastruttura. Per adattarla a non condizioni operative ottime

dell’infrastruttura si utilizza diminuire FFS.

BASI SPERIMENTALI DELLA TEORIA

La teoria di base è stata dedotta da numerosi dati sperimentali. Sono state fatte correlazioni

sperimentali tra velocità e portata, che sono state analizzate osservando flussi ininterrotti: la

velocità media è strettamente correlata alla variazione dei flussi. La scelta della n-ora di punta da

utilizzare per dimensionare la strada è affidata al committente (esempio si sceglie di progettare la

strada per la portata nella 50esima ora di punta, significa che per le 49esime ore di punta c’è stata

la congestione stradale o stop&go ci va bene per dimensionare la strada).

→

Grafico che rappresenta la portata del traffico in una giornata (24h) (Minnesota, sabato), la linea

spezzata rappresenta la portata e la linea tratteggiata la velocità media. Le misurazioni sono

costanti in un’ora. Ci sono piccole variazioni ma possiamo notare

-

uno sviluppo di crescita oppure di decrescita che

corrispondono a portate più alte o più basse

associate alle portate. Quando le portate sono

inferiori, la velocità è maggiore, quando invece

le portate sono maggiori, le velocità sono

inferiori.

Nell’ora di pranzo flusso elevato.

- Ogni “tacca” corrisponde alla portata associata

-

in un’ora.

Possiamo riportare il grafico delle 24h su un

piano cartesiano con ascisse le portate del

flusso e sulle ordinate le velocità. Ogni punto è

la coppia portata/velocità. Lo andiamo a redigere

per diversi giorni.

A 2500 veic/h si ha la capacità (LOS A fino a E)

(zona di flusso stabile). Se il flusso aumenta

ancora, si raggiunge LOS F (zona di flusso instabile) (diminuisce il flusso). Non riusciamo sempre

a ricavare analisi complete dei vari stati del LOS per

una infrastruttura stradale in quanto non si possono

verificare tutte le condizioni di traffico sempre.

Un punto qui, 1) Zona di flusso stabile.

anche se

rappresenta una 2) Zona di flusso instabile.

velocità bassa ad

una portata bassa Da questi grafici possiamo ricavare delle regressioni

significa che è un lineari per stimare il minimo scarto tra i valori, non ci

flusso instabile, interessa la media (best fit), ma le curve di inviluppo

per esempio che ci rappresentano i vari livelli di servizio, perché

liberazione di una

corsia dopo una I veicoli sono rapportati per ora, ma il campionamento è

prelevato a 6 minuti ogni ora.

forte congestione

dobbiamo ricavare la massima velocità possibile (boundary) (ci interessa il ramo superiore

chiamata curva di deflusso)

Se le condizioni operative sono buone si prende la FFS massima per quel tipo di strada.

Con FFS stabilite riusciamo ad individuare

tramite tabelle esistenti i valori di massima

densità, massima velocità, massimo rapporto tra

Q/C, massimo

valore di

autovetture.

FFS rappresenta

quindi il massimo

valore di velocità

che si ha con la portata minore possibile.

Possiamo ricavare la densità, espressa =

con il flusso e la velocità, che moltiplicate per

.

il tempo mi danno la quantità veicolare in un intorno spaziale, attraverso l’angolo Per / =

stiamo in condizioni prossime al flusso instabile, capacità massima, che si raggiunge al livello E.

1

Possiamo modificare lentamente tutte le diverse condizioni operative in base alle caratteristiche

reali della strada andando a diminuire il valore del FFS e costruire le diverse curve associate.

DETERMINAZIONE DEL LIVELLO DI SERVIZIO

Per il calcolo del FFS (Free Flow Speed), cioè la velocità media non condizionata dal flusso, ma

solamente dipendente dalle caratteristiche geometriche, consideriamo inizialmente il valore della

BFFS, cioè la velocità di flusso teorica, da cui sottraiamo i coefficienti dipendenti dalla geometria

stradale. Varia a seconda che si tratti di Freeways (in Italia la usiamo per la Strada TIPO “A”,

anche se ha prestazioni più alte, infatti correggiamo la BFFS) o Highways (Strada TIPO “B”):

• Highways = − − − −

- rappresentante il correttivo per la larghezza delle corsie.

- rappresenta il correttivo per la distanza di ostacoli, che è associato al valore del

=

, dove è la distanza tra la striscia destra della corsia di marcia e gli ostacoli

+

laterali, mentre è la distanza tra la striscia di sinistra della corsia di marcia e gli ostacoli

dello spartitraffico.

- è il correttivo per la presenza o meno di spartitraffico tra le carreggiate, in Italia

progettiamo solo strade con carreggiate divise da spartitraffico.

- è il correttivo per la presenza di accessi laterali

• Freeways = − − − −

- è il correttivo per il numero delle corsie.

- è il correttivo per la densità degli svincoli a livelli sfalsati.

Le “A” non hanno accessi laterali, per le strade “A” il numero delle corsie determina la velocità

FFS.

Il calcolo della , che corrisponde al volume medio dell’autovetture equivalente orario alla 15-

esima ora di punta per ogni corsia, si ottiene dividendo per i coefficienti dipendenti dalle condizioni

di traffico, i volumi sono associati a numeri interi:

=

- rappresenta il volume totale misto (considerando sia gli autoveicoli leggeri che pesanti).

Si ottiene come con e correttivi che permettono di definire il flusso in

= ,

termini orari. e dove il coefficiente corrisponde al flusso diviso tra

= 0.092 = 0.54,

11/10 ore, considerando che in una giornata il volume di traffico si stabilizza principalmente

nelle ore diurne, mentre il coefficiente è riferito alla percentuale di veicoli suddiviso tra le

due corsie di una carreggiata. La corsia più a destra si considera la corsia più trafficata, per

questo motivo la suddivisione non è fatta al 50% e 50% del volume del traffico, ma si

preferisce dividerla tra il 54% del volume per la corsia di destra e il 46% del volume per

quella di sinistra. è il volume di traffico giornaliero.

- rappresenta il fattore di picco orario, confronta il volume di traffico dei 15 minuti

,

(tempo di raccolta) dell’ora di picco con il volume dell’ora di punta.

- il numero di corsie, per la strada in esame le corsie per carreggiata sono 2.

- rappresenta il correttivo per i veicoli pesanti, è definito come:

1

=

(

1 + − 1) + ( − 1)

Con l’aliquota di veicoli commerciali/bus nel flusso di traffico, l’aliquota di veicoli

turistici nel flusso di traffico, il coefficiente per omogeneizzare i veicoli commerciali ad

autovetture e infine il coefficiente per omogeneizzare ad autovetture i veicoli turistici.

- è il correttivo per la caratteristica dell’utenza, lo consideriamo esperto.

Calcolo della rappresenta la velocità media. A seconda di dove ci troviamo sul grafico del LOS,

con ascisse il volume del flusso e con ordinate la velocità media il valore di cambia. Il

,

grafico del LOS varia a seconda se siamo in presenza di una strada di tipo Highways, che

corrisponde alle nostre strade extraurbane o in presenza di Freeways, in caso di autostrade.

Il calcolo della densità (pc/km/ln), utilizziamo il valore del volume approssimato. In base

=

alla densità posso ricavare il livello di servizio della strada.

La curva del LOS nelle Highways ha forma diversa a partire da un valore preciso di densità, che è

lo stesso per ogni FFS. Per le Freeways, invece ogni valore della FFS ha un valore di densità

diverso per cui varia la forma della curva.

Grafico LOS per Highways

Grafico LOS per Freeways

ELABORATI E PRODOTTI DELLA PROGETTAZIONE: NORMATIVA E

CONTENUTI

Le infrastrutture stradali sono opere pubbliche eseguite direttamente dalle amministrazioni

pubbliche (come enti statali, regionali, provinciali ecc.) e vengono costruite tramite una

concessione rilasciata da questi enti, avvalendosi di un contributo finanziario.

In Italia lo strumento legislativo fondamentale per la realizzazione delle opere pubbliche è costituito

dal Decreto legislativo del 31/03/2023, Codice dei contratti pubblici.

ART.1: Il decreto legislativo ha la finalità di razionalizzare, riordinare e semplificare la

disciplina vigente in materia di contratti pubblici, lavori, servizi e forniture.

Oltre questo, stabilisce:

Due livelli di approfondimento, il progetto di fattibilità tecnica economica e il progetto

esecutivo. Stabilisce anche la specializzazione dei documenti di progetto e del piano dei lavori,

del quadro esigenziale, redatto dal committente, che stabilisce gli obiettivi di intervento e descrive

le esigenze, il documento di fattibilità delle alternative progettuali, che individua le possibili

alternative progettuali che riguardano anche l’ipotesi della non realizzazione.

Questi documenti hanno come obiettivo principale soddisfare i bisogni della comunità, rispettare

norme ambientali e di sicurezza, garantire qualità architettonica e rispetto di tempi e costi, aderire

a vincoli idrogeologici e sismici, promuovere l’efficienza energetica e il risparmio di risorse non

rinnovabili, favorire la sostenibilità economica, territoriale e sociale, utilizzare metodi digitali per

una progettazione più razionale, assicurare accessibilità e adattabilità, verificare la compatibilità

geologica dell’opera.

Oltre questi definisce cosa è un contratto/appalto pubblico, cioè contratti a titolo oneroso stipulati

per iscritto tra uno o più operatori economici e una o più stazioni appaltanti, che impiega

l’esecuzione di lavori, la fornitura di beni o la prestazione di servizi.

L’appalti di lavori complessi si riferiscono a contratti per opere caratterizzate da elevata

complessità, che può derivare da tipologie di lavori, materiali innovativi, coordinamento di diverse

discipline o condizioni difficili di esecuzione.

I concetti di appalto, progetto, progettazione e lavori sono interconnessi e mirano alla realizzazione

di un'opera, come una strada. La realizzazione richiede pianificazione, ideazione, calcolo e

valutazione economica, tutte attività che definiscono la progettazione. Il progetto è quindi il risultato

delle competenze necessarie per concepire e ottimizzare una costruzione prima della sua

realizzazione.

Il quadro normativo sulle opere stradali trova radice dal codice della strada e dal regolamento di

esecuzione ed attuazione di esso.

Il codice della strada tratta il comportamento dei veicoli, la regolazione della circolazione dei

veicoli, indirettamente della componente ambiente e la tutela delle strade e delle aree pubbliche,

tramite l’ART 13 norma la costruzione e la gestione dele strade, improntando la costruzione sulla

sicurezza dell’utente stradale e sull’inquinamento.

Il D.M. del Ministero delle infrastrutture e dei trasporti del 22/04/2004 mira ad un’unica normativa

per le costruzioni delle strade, con particolare interesse nell’adeguamento, per quel che si può,

delle strade esistenti.

Una delle differenze tra progetti è l’approfondimento degli elaborati sia grafici che analitici. La

distinzione riguarda il livello di dettaglio data dalla scala di rappresentazione.

Planimetria e profili longitudinali 1:1000 (o eccezionalmente 1:2000).

- Profili trasversali e sezioni del corpo stradale intorno 1:200.

-

DEFINIZIONE E CLASSIFICAZIONE DELLE STRADE , secondo il DM 5/01/2001:

A - Autostrada: strada extraurbana o urbana a carreggiate indipendenti o separate da

➢ spartitraffico invalicabile, ciascuna con almeno due corsie di marcia, eventuale banchina

pavimentata a sinistra e corsia di emergenza o banchina pavimentata a destra, priva di

intersezioni a raso e di accessi privati, dotata di recinzione e di sistemi di assistenza

all'utente lungo l'intero tracciato, riservata alla circolazione di talune categorie di veicoli a

motore e contraddistinta da appositi segnali di inizio e fine. Deve essere attrezzata con

apposite aree di servizio ed aree di parcheggio, entrambe con accessi dotati di corsie di

decelerazione e di accelerazione.

B - Strada extraurbana principale: strada a carreggiate indipendenti o separat