Costruzioni di strade, ferrovie ed aeroporti - Teoria

6 marzo 2017, 2° lezione

Valutazioni ingegneristiche che precedono la progettazione e realizzazione di un’infrastruttura di trasporto.

Un’infrastruttura di trasporto è un’opera di ingegneria civile di elevata complessità in quanto coinvolge

numerose competenze:

• i veri e propri progettisti dell’infrastruttura sono

Ingegneri dei trasporti o ingegneri infrastrutturali:

ingegneri civili, in particolare ingegneri che hanno approfondito aspetti di costruzioni di strade,

ferrovie ed aeroporti (ing. stradali/ferroviari/aeroportuali)

• Ingegneri strutturisti: specialisti nel calcolo delle strutture. Le strutture che vanno calcolate in questi

le cosiddette ‘opere di attraversamento’ comunemente note sotto il nome di

casi sono principalmente

‘ponti’; nel gergo tecnico si parla più frequentemente di opere d’arte.

• anch’esse che l’infrastruttura deve

Ingegneri idraulici: per le opere idrauliche altrettanto importanti

prevedere in particolare il dimensionamento delle opere di raccolta delle acque meteoriche.

• Ingegneri sanitari: accanto al dimensionamento delle opere idrauliche c’è un altro aspetto di uguale

importanza cioè che quando delle acque di pioggia investono una superficie di rotolamento stradale,

puliscono la sede stradale, nel senso che raccolgono tutta una serie di inquinanti che sono stati prodotti

un po’ dal rotolamento degli pneumatici che, nel rotolare, si consumano e lasciano residui lungo la

superficie stradale, ma soprattutto dilavano una serie di depositi prodotti dallo scarico dei veicoli. La

un’acqua che li raccoglie

maggior parte di questi depositi sono altamente inquinanti e quindi non può

essere portata direttamente a recapito finale: nei punti di raccolta devono essere previsti degli opportuni

si coinvolgono le competenze dell’ingegnere sanitario.

impianti di trattamento. Per tale motivazione

• Ingegneri geotecnici: un’opera a sviluppo lineare ma anche un’opera puntuale prevedere una serie di

opere in terra. Si deve, quindi, immaginare che ci sarà un apporto specialistico fornito da un ingegnere

geotecnico per tutti gli aspetti geotecnici legati alla progettazione di un solido stradale (volume di

spazio occupato dall’infrastruttura). Tale solido stradale può essere un solido scavato che può essere

di tre tipologie: di scavo, di riporto o di galleria. Tutte le problematiche legate alla realizzazione di tali

sezioni sono di pertinenza di un ingegnere geotecnico che ha acquisito conoscenza nella

caratterizzazione meccanica dei terreni.

• d’impianti. In un’infrastruttura di trasporto di impianti ce ne sono

Ingegneri impiantisti: i progettisti

tantissimi. Partendo dalle infrastrutture semplici, con un’incidenza modesta di impianti, il primo

impianto semplice è un impianto di illuminazione e quindi bisogna servirsi di un ingegnere impiantista

illuminotecnico; se si avesse un tratto in galleria con lunghezza che eccede i 500 m occorrerà prevedere

un impianto di ventilazione dell’aria oltre ad uno di illuminazione. Oltre a questi non si devono

escludere le dotazioni di sicurezza che devono contraddistinguere una galleria di lunghezza elevata: si

entra nel merito degli impianti di sicurezza e degli impianti antincendio.

Le infrastrutture stradali sono quelle a minor impatto impiantistico ma, spostando il punto di vista sulle

ferrovie, invece, si inizia a ragionare su infrastrutture di trasporto con forte impatto impiantistico in quanto il

servizio ferroviario non può funzionare senza un impianto di segnalamento ovvero un impianto elettrotecnico

necessario a consentire materialmente la marcia dei treni.

Le tratte ferroviarie vengono suddivise in una serie di sotto tratte dette sezioni di blocco.

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Questa esigenza di dividere una tratta ferroviaria che collega due stazioni in una serie di sotto tratte è

necessaria poiché attraverso l’impianto di segnalamento si fa sì che l’attraversamento di una sezione di blocco

da parte di un rotabile (un convoglio ferroviario) attivi la segnaletica luminosa che si trova all’inizio della

sezione di blocco, e in tutte le sezioni di blocco precedenti, per dare opportuno avviso al convoglio ferroviario

che segue quello che sta transitando la sezione di blocco sull’effettiva occupazione della tratta. Giallo, verde

e rosso sono attivati dal transito del convoglio ferroviario su quella specifica sezione di blocco e sono inviati

come segnali ai ‘semafori’ (che in realtà sono segnali verticali ferroviari) che comunicano con il conducente

del convoglio ferroviario che sta seguendo quello che si trova sulla sezione in modo da fornire un avviso che

fondamentalmente è di tre tipi: verde è via libera, rosso il convoglio si deve arrestare in quella sezione di

blocco e giallo il convoglio può percorrere quella sezione di blocco ma ad una velocità inferiore. Questo

perché un aspetto centrale della sicurezza di esercizio ferroviaria è quella di evitare collisioni tra convogli

ferroviari che occupano la stessa tratta. Il problema è abbastanza critico perché gli spazi di frenatura di un

convoglio ferroviario sono di solito di un ordine di grandezza superiore di quelli che caratterizzano le

autovetture. Per valutare lo spazio di frenatura di un’autovettura si ragiona su distanze non inferiori ai 100 m;

l’operazione di

un convoglio ferroviario per potersi arrestare ha bisogno di almeno un chilometro. Visto che

arresto è così impegnativa ed ha bisogno di spazio per esplicarsi in condizioni di sicurezza, è necessario questo

impianto di segnalamento che possa comunicare al capotreno del convoglio che precede quello che sta

occupando la tratta un’informazione su dove si possa trovare il convoglio in testa, la distanza e le concessioni

per continuare a proseguire sulla tratta o eventualmente doversi arrestare.

Gli impianti di segnalamento si sono evoluti nel tempo: le infrastrutture ferroviarie si sono diffuse prima

dell’‘800, trasporto su gomma si è diffuso ad ampio

rispetto quelle stradali (locomotori ferroviari prima metà

raggio fine ‘800 circa). Questo sistema di segnalamento è partito con modalità legate alla tipologia dei mezzi

dell’epoca: i primi sistemi di segnalamento prevedevano un’unica sezione di blocco tra due stazioni e i

capostazione dialogavano con telefono o telegrafo (segnalamento attraverso dispacci telefonici). In seguito gli

impianti si sono evoluti: gli attuali impianti sfruttano il fatto che quando il treno passa su un binario, poiché

in maniera totalmente solidarizzata (c’è il mozzo, l’asta di

la ruota del treno (il cosiddetto assale) è realizzata

acciaio e i cerchioni ferroviari calettati nel mozzo)(i sistemi ferroviari non hanno il differenziale come le

autovetture ovvero la capacità di variare il numero di giri della ruota interna rispetto la ruota esterna per poter

percorrere le curve mentre, invece, realizzano un differenziale sfruttando la tronco conicità dei cerchioni

ferroviari), il passaggio di un assale ferroviario chiude un circuito con un impianto che viaggia sulle due rotaie.

La chiusura del circuito manda il segnale al semaforo della sezione di blocco e ai semafori precedenti. Questo

è uno dei sistemi di segnalamento più diffusi.

Sulle linee ad alta velocità il sistema di segnalamento prevede un protocollo GSM quindi un protocollo con

segnali radio e con una ripetizione del segnale in: nella cabina di guida di un treno ad alta velocità il conducente

può leggere direttamente il segnale evitando distrazioni che potrebbero portare a non vedere i semafori.

Indubbiamente l’infrastruttura di trasporto con maggior incidenza di impianti è l’aeroporto. Esso è

un’infrastruttura dove gli impianti incidono non meno del 70-80% del costo di realizzazione mentre le opere

civili e quant’altro incidono dell’ordine di un 20-30%.

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di trasporto, la richiesta di queste competenze è preponderante e soprattutto

A seconda dell’infrastruttura

diversificata.

• l’apporto di tali ingegneri è importante poiché l’impatto ambientale prodotto da

Ingegneri ambientali:

infrastrutture soprattutto a sviluppo lineare è molto forte e per questo occorre effettuare una serie di

studi specialistici previsti nei vari livelli di approfondimento progettuale per valutare l’impatto

dell’infrastruttura. Tale impatto si classifica secondo diversi ambiti che sono: litosfera (impatto sui

sul costruito e sul territorio), atmosfera (tutto ciò che attiene all’emissione di inquinanti e alle

terreni,

emissioni che si hanno in fase di costruzione di un’infrastruttura – si basti pensare al problema delle

polveri prodotte durante un cantiere che realizza scavi e lavorazioni; problema di smaltimento di

materiali prodotti da scavi) e idrosfera.

Se si deve realizzare una sede stradale in trincea, ovvero una sede stradale in cui il piano di rotolamento si

trova al di sotto del piano campagna, quindi significa effettuare uno scavo, poi si pone il problema di capire

se si può riutilizzare il materiale scavato, e se non si può riutilizzare ci si deve chiedere come smaltire tale

materiale. Questo è un classico problema di tipo ambientale.

Di ambito ambientale sono i problemi legati agli inquinanti; legati al rumore e alle vibrazioni provocati

dall’esercizio dell’infrastruttura di trasporto. Tale problema è facilmente avvertibile in ambito urbano dove

c’è un’elevata numerosità di quelli che vengono chiamati recettori sensibili ovvero tutti coloro che possono

essere colpiti dalla presenza di una vicina infrastruttura.

• Architetti: ci sono aspetti di inserimento ambientale dell’infrastruttura ovvero trovare soluzioni per

armonizzare l’infrastruttura all’interno del paesaggio (soprattutto a sviluppo lineare). In particolare,

spesso tali architetti sono architetti paesaggistici ovvero con competenze nella progettazione del

l’estetica sta ricoprendo un ruolo fondamentale.

paesaggio. Ormai anche

• Archeologi: in quanto l’infrastruttura di trasporto è un’infrastruttura dove si interagisce con il

territorio. In fase di progettazione preliminare occorrono degli studi che definiscano il tracciato in

relazione ad eventuali insediamenti antropici del passato che ci possono essere stabiliti solo dagli

Tali insediamenti devono essere lambiti, mai attraversati dall’infrastruttura.

archeologi.

• Geologi: importanti perché forniscono rappresentazioni del territorio su ampia scala e permettono di

focalizzare le prime riflessioni progettuali sui corridoi che si devono utilizzare per realizzare il

collegamento, in base alle informazioni fornite alle carte geologiche. In seguito si procede con una

migliore caratterizzazione dell’orografia e delle caratteristiche meccaniche dei terreni incontrati nel

percorso.

Quando le opere sono complesse si entra a far parte di un gruppo di progettazione dove si mettono a fattor

comune le proprie competenze.

Questa è quindi un’opera complessa che richiede di molte competenze, il che significa che tale opera si

contraddistingue per un forte esborso monetario. 3

Quando si parla di realizzare un collegamento viario tra due punti, A e B, un veicolo che parte da A e vuole

andare in B potrebbe non riuscire a raggiungere la sua destinazione per tre motivi:

1. Sicurezza stradale;

2. Stabilità del corpo stradale (legata alle competenze del ramo geotecnico);

3. Coda di veicoli che è rigurgitata fino al punto A: congestione.

Strutturazione delle varie fasi di progettazione di un’opera di ingegneria civile:

1. Progettazione preliminare: in base alle normative vigenti, la fase di progettazione preliminare prevede,

accanto agli elaborati progettuali, un SIA (Studio d’Impatto Ambientale) dove vengono coinvolte una

serie di competenze di ingegneri ambientali, sanitari e quant’altro.

2. Progettazione definitiva. Al di là delle successive emanazioni del Codice dei Lavori Pubblici, pur negli

aggiornamenti del corpo giuridico che comanda la professione dell’ingegnere, non si può avere un

Codice totalmente diverso dal precedente in quanto, in questo caso, non si avrebbero i modi per gestire

i transitori soprattutto in quanto le infrastrutture di trasporto richiedono anni di costruzione.

3. Progettazione esecutiva.

Definendo queste fasi su un’infrastruttura di trasporto, soprattutto su un’opera lineare più che puntuale, la fase

preliminare vede lo studio di una serie di possibili tracciati che vengono solo abbozzati senza procedere ad un

vero dimensionamento plano-altimetrico del tracciato stesso. È importante tenersi sul piano generale perché

su queste n alternative vengono effettuate tutta una serie di analisi ingegneristiche per valutare l’alternativa

caratterizzata dal miglior rapporto benefici-costi.

Al termine di questa fase si individua un tracciato tra i tanti che si ritiene possa essere quello maggiormente

efficace e conveniente e si avviano tutte le attività specialistiche per progettare tale tracciato con tutte le

relazioni specialistiche di accompagnamento: questo nel livello di progettazione definitiva.

Nel livello di progettazione esecutiva si operano modeste variazioni di tracciato rispetto a quello già

cristallizzato in fase definitiva in quanto ogni livello di progettazione porta con sé un certo quantitativo di

informazioni sul territorio attraversato: a livello preliminare si prevede una campagna sperimentale di raccolta

informazioni, man mano che si procede dal preliminare al definitivo e dal definitivo all’esecutivo aumenta il

numero di informazioni fornite da attività di raccolta dati che contribuiscono a rendere più chiaro al progettista

l’ambito in cui si muove. Può verificarsi che si possa rilevare la necessità di fare modeste variazioni sul

tracciato perché possono essere emerse criticità che prima non si aveva avuto modo di esaminare. Un progetto,

naturalmente, non può essere stravolto nel passaggio da livello definitivo ad esecutivo perché uno

stravolgimento comporta una forte variazione dei costi. Un buon progettista dovrebbe essere in grado di

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realizzare un’infrastruttura che non subisca apprezzabili variazioni: ogni giorno, però, ciò capita il che è

principalmente causato della cattiva qualità della progettazione.

Spesso, anche se non previsto dai Codici, si è individuato un ulteriore livello di approfondimento progettuale

detto “cantierabile” che, però, non è stato ufficializzato in quanto ogni buon progetto esecutivo dovrebbe

essere di per sé un progetto cantierabile.

Questa rappresentazione dei livelli di progettazione si diversifica a seconda delle opere di ingegneria civile:

se si deve fare un edificio, dal punto di vista operativo una parte di quei livelli di progettazione viene fuso o

semplificato in quanto un edificio è un’opera puntuale abbastanza perimetrata; per un’infrastruttura di

trasporto, invece, occorre sviluppare in maniera compiuta tutti i livelli di progettazione e soprattutto occorre

preliminarmente fare una serie di analisi aggiuntive, analisi, quindi, che precedono le fasi di progettazione

individuate dal Codice dei Lavori Pubblici. Queste analisi hanno come finalità la valutazione della fattibilità

tecnico-economica. Essa deve essere fatta perché queste sono opere molto costose e viviamo in un regime di

risorse limitate il che vuol dire che bisogna spendere il denaro nel modo più corretto possibile. Il senso di

questo studio è assicurarsi che quell’opera sia innanzitutto fattibile tecnicamente e poi sia conveniente dal

punto di vista economico. Per quanto riguarda la fattibilità tecnica di solito, al giorno d’oggi, non viene mai

messa in discussione in quanto le conoscenze ingegneristiche sono così evolute che è difficile pensare

un’opera non realizzabile; l’aspetto più critico riguarda la convenienza economica.

E’ bene quindi fare delle valutazioni di convenienza economica, dette anche di redditività di

un’infrastruttura di trasporto. un investimento ovvero fare un’operazione economico-finanziaria:

Realizzare una strada è come fare quando

si affronta questo problema ci si deve dotare di nozioni di economia. L’operazione di realizzazione di una

strada non è diversa da un’operazione che richiede un certo esborso economico che può essere intrapresa da

un imprenditore ovvero colui che investe del denaro per finanziare un’operazione, per esempio produrre un

certo bene che poi confida di poter vendere, per ottenere dei ricavi da questa operazione. Parte da un capitale

iniziale e alla fine ottiene un ritorno.

Per molti versi la realizzazione di un’infrastruttura di trasporto è simile a tale operazione e per ciò soggiace

alle consuetudini dell’economia con una piccola differenza: quando si deve effettuare una valutazione di

redditività da parte di un imprenditore privato si parla più propriamente di analisi finanziaria in quanto il

promotore di tale operazione è privato; se si deve effettuare un’operazione in cui il promotore è pubblico, si

deve più correttamente parlare di analisi economica.

Il fatto che il promotore o il soggetto attuatore sia un imprenditore piuttosto che una collettività presenta alcune

diversità nella valutazione delle varie voci di costo che devono essere stimate quando si fa questo tipo di

analisi:

• finanziaria si hanno i costi sono il costo del capitale che l’imprenditore

su un’analisi costi e ricavi:

decide di investire ed i costi di ammortamento del capitale stesso mentre i ricavi sono il ricavato della

vendita di quel particolare bene. Se i ricavi pareggiano i costi entro un congruo periodo di ritorno

l’operazione nei costi, oltre all’ammortamento e agli interessi per rientrare

può essere avviata in quanto

nel capitale iniziale, l