Riassunto esame Costruzioni di Strade, Ferrovie e Aeroporti, prof. Giuffrè

INDICE

INDICE............................................................................................................................ 2

RESISTENZE AL MOTO.................................................................................................... 4

EQUAZIONE DELLA TRAZIONE..................................................................................... 6

L’ADERENZA................................................................................................................ 7

RUOTA PORTANTE O CONDOTTA............................................................................... 7

RUOTA MOTRICE....................................................................................................... 9

L’UTENTE STRADALE..................................................................................................... 11

CARICO DI LAVORO MENTALE O WORKLOAD.............................................................11

PSICOLOGIA DELLA VISIONE......................................................................................... 12

TEMPO DI PERCEZIONE E REAZIONE..........................................................................13

VISUALI LIBERE............................................................................................................. 14

DISTANZA DI ARRESTO.............................................................................................. 14

DISTANZA PER CAMBIO DI CORSIA............................................................................ 15

DISTANZA PER IL SORPASSO...................................................................................... 16

CLASSIFICAZIONE FUNZIONALE DELLE STRADE E LIVELLI DI SERVIZIO........................17

VELOCITA’ DI PROGETTO........................................................................................... 17

RETI STRADALI........................................................................................................... 18

LIVELLI DI SERVIZIO................................................................................................... 20

FASI PRELIMINARI DELLA PROGETTAZIONE...................................................................21

TRACCIAMENTO DELLA LINEA D’ASSE.......................................................................21

TRACCIOLINO.......................................................................................................... 21

POLIGONALE D’ASSE.............................................................................................. 22

ASSE DELLA STRADA.............................................................................................. 22

ANDAMENTO PLANIMETRICO DELL’ASSE STRADALE.....................................................23

RETTIFILI.................................................................................................................... 23

CURVE CIRCOLARI...................................................................................................... 24

CURVE A RAGGIO VARIABILE...................................................................................... 32

ANDAMENTO ALTIMETRICO DELL’ASSE STRADALE........................................................44

PENDENZE LIMITI ALL’AVVIAMENTO..........................................................................44

RACCORDI VERTICALI................................................................................................. 46

DIAGRAMMA DELLE VELOCITA’..................................................................................... 53

PROFILO DEI CIGLI........................................................................................................ 59

ORGANIZZAZIONE SEDE STRADALE..............................................................................66

2

CORPO STRADALE......................................................................................................... 83

LA SEZIONE TRASVERSALE........................................................................................... 85

LE TERRE...................................................................................................................... 87

+ come si costruisce la clotoide di continuità?

le intersezioni 3

RESISTENZE AL MOTO

Affinché un veicolo possa percorrere un tratto lungo l, è necessario un certo

lavoro pari al prodotto di una forza F per la lunghezza l. La forza R uguale ed

opposta a F è detta “RESISTENZA AL MOTO” ed è la somma di diverse

aliquote:

RESISTENZE ORDINARIE: Incontrate in piano e in rettilineo a velocità

costante per il solo fatto di muoversi

• RESISTENZA AL ROTOLAMENTO

• ATTRITO AI PERNI (trascurabile rispetto alla resistenza di rotolamento)

• RESITENZA DELL’ARIA

RESISTENZE ADDIZIONALI: Dovute a particolari condizioni di marcia, come

salita, curva e accelerazione

• RESISTENZA DI LIVELLETTA

• RESISTENZA IN CURVA

• RESISTENZA DI INERZIA

RESISTENZA AL ROTOLAMENTO

Oltre alla resistenza al rotolamento vera e propria, dovuta al lavoro di

deformazione delle ruote e della pavimentazione, comprende anche l’attrito ai

perni, la resistenza degli organi motori collegati alle ruote motrici e le asperità

della via. La resistenza al rotolamento cresce col diminuire della pressione dei

pneumatici e con l’aumentare della velocità. Dipende dal disegno del

battistrada e dallo stato della pavimentazione (asciutta o bagnata). In pratica è

pari alla forza per far muovere il veicolo in orizzontale e a bassa velocità,

trainandolo o spingendolo.

E’ proporzionale al peso P agente sulle ruote motrici attraverso un coefficiente

μ:

RESISTENZA DELL’ARIA

Dovuta alla sovrapressione nella zona anteriore e alla depressione nella zona

posteriore e all’attrito lungo le fiancate

dove

ρ = densità dell’aria___________S = superficie frontale del corpo in movimento

2

c = coefficiente di forma_______V [km/h] e v [m/s]____k = ρ*c/3,6 4

RESISTENZA IN CURVA

Somma di tutte le resistenze dovute alla variazione della direzione del moto.

Inversamente proporzionale al raggio della curva.

RESISTENZA DI LIVELLETTA

Componente della forza peso parallela al piano viario (inclinato di α)

α è piccolo quindi sinα = tanα = pendenza i, quindi:

in definitiva

dividendo per P si ottiene che i‰=R /P [kg/ton] è la “resistenza specifica di

l

livelletta”

Quando la strada è percorsa in discesa

la pendenza si prende con il segno –

e la resistenza di livelletta R si trasforma in

l

forza attiva. 5

RESISTENZA DI INERZIA

Forza che si oppone alla variazione di velocità di un corpo di massa m

dove

β tiene conto delle ulteriori resistenze nei veicoli che hanno grandi masse in

moto rotatorio durante la marcia (pistoni, ruote...). β=1 per le autovetture.

EQUAZIONE DELLA TRAZIONE

Con cui si determina lo sforzo necessario per vincere tutte le resistenze:

i segni – si riferiscono a marcia in discesa e decelerazione quindi non sono

resistenze al moto ma lo favoriscono 6

L’ADERENZA

RUOTA PORTANTE O CONDOTTA

Serve soltanto a portare il carico che grava su di essa. E’ sottoposta al

seguente sistema di forze

P : peso sull’asse della ruota

• T forza traente applicata all’asse

• Q resistenza di attrito al perno

• R resistenza di attrito tra ruota e pavimentazione

• f

C punto di contatto ruota-strada, Centro di istantanea rotazione

•

Quando, sottoposta alla forza traente T, la ruota tende a traslare rispetto alla

pavimentazione, nel punto C si genera la forza di attrito R che si oppone alla

f

traslazione eil cui valore massimo è

dove

f : coefficiente di attrito volvente tra le due superfici

CASO A: RUOTA ROTOLA REGOLARMENTE SULLA SUPERFICIE

STRADALE

La forza d’attrito che nasce, pari alla forza traente, deve permettere la

generazione di un momento di rotolamento M maggiore di quello resistente al

r

perno M =Q*a.

p

in altri termini 7

dividendo per r si ottiene

con R = Q*a/r resistenza di attrito al perno come se fosse una forza esterna

applicata all’asse della ruota

CASO B: PATTINAMENTO

La ruota avanza senza rotolare nel caso in cui

ovvero

Mentre la ruota, oltre a pattinare, avrebbe anche un parziale rotolamento se

CASO C: NESSUN MOTO

Nel caso in cui

ovvero 8

RUOTA MOTRICE

Ruota a cui, attraverso opportuni organi viene trasmesso un momento motore

M, che può pensarsi sostituito dalle due forze T e –T pari a M/r e applicate

rispettivamente in O e C. Sia R la somma di tutte le resistenze ed R la

p f

reazione tangenziale esplicata dall strada sulla ruota

CASO A: NESSUN MOTO

T < R e T < R

• p f

lo sforzo di trazione è minore delle resistenze ed è anche minore della reazione

esplicabile dalla strada

CASO B: LA RUOTA SLITTA

T < R e T > R

• p f

viene vinta la reazione della strada e si ha moto di rotazione attorno al punto O

che rimane fermo

CASO C: MOTO DI ROTOLAMENTO

T > R e T < R

• p f

ora si ha traslazione del punto O e contemporaneamente rotazione intorno ad

O, si ha cioè il moto di rotolamento con C centro di istantanea rotazione.

Affinchè si abbia il rotolamento occorre, oltre all’ovvia condizione che lo sforzo

di trazione sia almeno pari alla somma di tutte le resistenze, che T sia non

superiore alla reazione tangenziale esplicabile dalla strada. Nel caso in cui, per

un eccesso del momento motore, risultasse “T > R ”, la ruota avanzerebbe

fmax

ancora ma slittando, cioè con successivi scorrimenti della propria superficie su

quella della strada.

Al limite se “R 0”, la ruota non potrebbe avanzare e slitterebbe senza



f

traslare. 9

ADERENZA R f

Il cui valore massimo può intendersi come la forza di trazione limite prima che

si rompa il legame cinematico di rotolamento tra ruota e pavimentazione ed

avvenga lo slittamento. In sintesi, l’aderenza è la forza esterna che, fornendo

un appiglio alle ruote, consente la traslazione del veicolo.

L’entità dell’ADERENZA DISPONIBILE (come attrito) è data dal prodotto del

peso gravante sulle ruote motrici o peso aderente P , per il coefficiente di

a

aderenza f .

a

La condizione necessaria affinchè il veicolo possa avanzare è in ogni caso

COEFFICIENTE DI ADERENZA f a

Aumenta all’aumentare della superficie S di contatto e del peso P

• a

Diminuisce all’aumentare della velocità

• La presenza dell’acqua fa diminuire di poco f se la pavimentazione è

• a

pulita, mentre lo riduce sensibilmente (20-30%) in caso contrario.

Se il velo d’acqua ha spessore molto piccolo (< 0,5mm) è la velocità del

• mezzo è modesta, l’acqua viene drenata attraverso le sculture del

pneumatico, mentre se lo spessore è > 2mm può generarsi l’aquaplaning.

10

L’UTENTE STRADALE

L’affaticamento alla guida dipende dal carico di lavoro mentale cui è soggetto

l’utente.

CARICO DI LAVORO MENTALE O WORKLOAD

• Risposta a due domande:

1. Quanta attenzione è richiesta per compiere questa attività?

2. Quanto bene sarà possibile svolgere un’attività addizionale?

• Stima che l’operatore fa del livello marginale di attenzione richiesto da

una attività addizionale

LEGGE DI YERKES-DODSON Esiste un livello ottimale di carico di

lavoro mentale, in corrispondenza del

quale è più probabile avere le migliori

performance. Cadute di performance

(quindi aumento del rischio) possono

aversi sia per eccesso che per difetto di

carico di lavoro.

TEORIA OMEOSTATICA DEL COMPORTAMENTO DI GUIDA

L’affaticamento del conducente tende ad

allontanare il carico di lavoro da un

CONDIZIONE OMEOSTATICA attraverso la

quale il comportamento di guida è gestito

naturalmente. La probabilità di errore umano

è elevata sia per sovraccarico che per

sottocarico di lavoro mentale 11

PSICOLOGIA DELLA VISIONE

L’immagine di un oggetto si forma capovolta sulla

retina dove si trovano due tipi di terminazioni

nervose:

• CONI: distinzione dei colori

• BASTONCELLI: visione notturna

Nella FAVEA CENTRALE si ha la massima

distribuzione di coni e quindi una visione più

nitida. Se l’immagine nella parte periferica della

retina si avranno immagini confuse.

CAMPO DELLA VISIONE 2α: angolo solido che

sottende la favea centrale. 5-7°.

CAMPO DELLA VISIONE EFFETIVA ω: cono entro cui maggiormente si

concentra la visione dell’utente

CAMPO DELLA VISIONE PERIFERICA o TOTALE 2Φ: Angolo solida che

sottende la retina. 130-160°.

Tali prestazioni sono relative ad un osservatore fermo, se si è alla guida si la

riduzione dei campi di visione distinta e periferica. Si consideri un

oggetto di dimensioni

2a al quale si avvicina

un osservatore in

movimento con

velocità v. In un dato

istante osservatore ed

oggetto si trovano ad

una distanza x e la

dimensione dell’immagine sulla retina è 2a’. Se diminuisce x aumentano θ e

2a’. Essendo θ molto piccolo è possibile porre

Sperimentalmente, esiste per un valore di soglia (variabile con l’individuo)

oltre il quale si avvertono sensazioni di disagio (l’oggetto sembra investirci) per

cui si tende a diminuire la velocità. ( 12

TEMPO DI PERCEZIONE E REAZIONE

L’utente riceve tramite gli organi sensoriali (vista, udito, apparato vestibolare x

l’equilibrio variazioni di velocità) le informazioni che determinano la sua



condotta di guida. L’elaborazione di tali informazioni necessitano di un tempo

variabile da persona a persona detto

TEMPO DI PERCEZIONE E REAZIONE O TEMPO PSICOTECNICO

“Tempo, in condizioni di non vigilanza, necessario al conducente per azionare il

dispositivo di frenatura” (Koerner).

Il tempo psicotecnico varia da conducente a conducente e, per lo stesso

conducente, dipende da:

• GRADO DI ATTENZIONE diminuisce con la velocità



• COMPLESSITA’ DELL’EVENTO

• ASPETTATIVE DI GUIDA

quindi aumenta per eventi complessi o inattesi.

AMBIENTE URBANO

• 50° percentile 1,26 sec



• 85° percentile 1,665 sec (si assume nelle applicazioni)



• 99° percentile 2,28 sec



AMBIENTE EXTRAURBANO

I tempi vanno maggiorati di 0,5 sec a causa della MONOTONIA e FATICA. 13

VISUALI LIBERE

Al fine di garantire le condizioni di sicurezza della circolazione, IN CONDIZIONI

DI VEICOLO ISOLATO, il progettista deve verificare per ciascun tratto del

tracciato, la disponibilità per l’utente di VISUALI LIBERE per:

• ARRESTO

• CAMBIO DI CORSIA

• SORPASSO

DISTANZA DI ARRESTO

Spazio minimo necessario perché il conducente possa arrestare il veicolo in

condizioni di sicurezza in presenza di un ostacolo imprevisto. Quindi è pari alla

somma dello spazio percorso durante il tempo di percezione e reazione e dello

spazio percorso durante il tempo di frenatura

v: velocità del veicolo prima della frenatura

Per la stima di s occorre risolvere l’equazione della trazione

f 2

P*(μ + μ + i + β/g*dv/dt) + kSV = - M /r

c fren

Le norme (DM 5/11/2001) indicano:

• La velocità v deve assumersi pari alla velocità di progetto nel punto in cui

inizia la frenatura

• t [s] = 2,8 – 0,01*V[km/h]

pr

Allora la distanza di arresto è

Per tener conto della variazione di alcuni

parametri con la velocità (β, μ, μ ...) si

c

utilizza un COEFFICIENTE DI

ADERENZA EQUIVALENTE f che

e

dipende dalla velocità prima della

frenatura 14

Esistono anche degli abachi

DISTANZA PER CAMBIO DI CORSIA

Spazio di deviazione + Spazio percorso durante t pr

D [m] = 2,6V = 9,5v

Le norme stabiliscono c

(NB. SE IL TRATTO DI STRADA SOGGETTO A VERIFICA RICADE IN PIU’ DI UNA

CONDIZIONE, OCCORRE GARANTIRE IL MASSIMO TRA LE TRE DISTANZE) 15

DISTANZA PER IL SORPASSO

Tratto di strada che deve essere visibile affinchè il veicolo che si appresta a

superare possa assicurarsi che nessun veicolo sopraggiunga in senso contrario

durante il tempo richiesto per iniziare e concludere la manovra di sorpasso.

Lo schema utilizzato dalle norme italiane è il

SORPASSO IN VELOCITA’

un veicolo viaggia a velocità V e, raggiunto un altro veicolo a velocità minore,

esegue il sorpasso senza modificare la propria velocità

A veicolo con velocita v

B veicolo con velocità v-Δv

C veicolo in senso opposto sempre con velocità v

A, giunto nella posizione 0, giudica C sufficientemente lontano e, senza

rallentare, inizia il sorpasso e, dopo un tempo t , si trova con la parte anteriore

1

all’altezza della coda di B (pos. 1). Dopo un tempo t completamente

2

sorpassato B (pos. 2) e inizia la manovra di rientro che dura t (pos. 3). Affinchè

3

non vi sia collisione il veicolo C può trovarsi al più nella posizione C .

1

Essendo t = t = 4s; t = (l + l )/Δv = 2s

1 3 2 a b

D = d + d + d + d = 20v = 5,5V

s 1 2 3 4

essendo V la velocità di progetto del tratto di strada su cui avviene il sorpasso

SORPASSO IN ACCELERAZIONE

Il veicolo viaggia a velocità v, siaccoda al veicolo che lo precede e, quando

riconosce libera la distanza necessaria, accelera ed esegue il sorpasso 16

CLASSIFICAZIONE FUNZIONALE DELLE STRADE E LIVELLI DI

SERVIZIO

VELOCITA’ DI PROGETTO

Massima velocità costante che un veicolo isolato può tenere, con sicurezza,

lungo un tronco stradale

INTERVALLO DI VELOCITA’ DI