Paniere completo (multiple e aperte) Teoria dei Sistemi di Trasporto

Lezione 21

Definizioni di parti della strada

Come si definisce la parte della strada destinata allo scorrimento dei veicoli? Carreggiata.

Come si definisce la striscia di terreno, esterna al confine stradale, sulla quale esistono vincoli alla realizzazione, da parte del proprietario del terreno, di scavi, costruzioni, recinzioni, piantagioni, depositi e simili? Fascia di rispetto.

Come si definisce la parte longitudinale della strada, normalmente delimitata da segnaletica orizzontale, di larghezza idonea a permettere il transito di una sola fila di veicoli? Corsia.

Come si definisce la parte della strada libera da ostacoli che serve a creare un franco di sicurezza tra la corsia e gli elementi disposti lungo i margini? Banchina.

Elementi caratteristici di una piattaforma stradale

La piattaforma è la parte della sede stradale che comprende una o più carreggiate complanari, le banchine, i margini (eventuali) interni e laterali, le corsie riservate, le corsie specializzate, le fasce di sosta laterale e le piazzole di sosta o di fermata dei mezzi pubblici (se esistenti). La carreggiata è la parte della strada destinata allo scorrimento dei veicoli ed è composta da una o più corsie di marcia, è pavimentata ed è delimitata da strisce di margine. La corsia è la parte longitudinale della strada, normalmente delimitata da segnaletica orizzontale, di larghezza idonea a permettere il transito di una sola fila di veicoli. La corsia è il modulo fondamentale della carreggiata e possiamo avere:

• Corsia riservata: corsia di marcia destinata alla circolazione esclusiva di una o solo di alcune categorie di veicoli;
• Corsia specializzata: corsia destinata ai veicoli che si accingono ad effettuare determinate manovre, quali svolta, attraversamento, sorpasso, decelerazione, accelerazione, manovra per la sosta o che presentino basse velocità (corsia di arrampicamento) o altro;

La banchina è la parte della strada, libera da qualsiasi ostacolo (segnaletica verticale, delineatori di margine, dispositivi di ritenuta), compresa tra il margine della carreggiata e il più vicino tra i seguenti elementi longitudinali: marciapiede, spartitraffico, arginello, ciglio interno della cunetta, ciglio superiore della scarpata nei rilevati.

Inoltre abbiamo il:

• Margine interno, parte della piattaforma che separa carreggiate percorse in senso opposto;
• Margine laterale, parte della piattaforma che separa carreggiate percorse nello stesso senso.

Infine, la fascia di sosta laterale è la parte della strada adiacente alla carreggiata, separata da questa mediante striscia di margine discontinua e comprendente la fila degli stalli di sosta e la relativa corsia di manovra.

Lezione 36

Componenti delle ruote stradali e ferroviarie

La ruota stradale è composta da: Pneumatico di gomma e disco.

La ruota ferroviaria è composta da: Disco e cerchione calettato a caldo sul disco.

Quale elemento della ruota ferroviaria ha la funzione di guidare il veicolo sia in rettifilo che in curva, richiamandolo sull'asse del binario quando esso tende a slineare o a sviare? Bordino.

Indicare le componenti di una ruota ferroviaria: La ruota ferroviaria è metallica e composta dal disco e dal cerchione calettato a caldo sul disco, esso viene generalmente ottenuto in acciaio laminato e comprende il bordino di guida che garantisce il contatto con la rotaia.

Indicare le componenti di una ruota stradale: La ruota stradale è composta da due parti: pneumatico di gomma, che è l’organo di rotolamento, costituito da:

• Battistrada, anello di gomma scolpito;
• Carcassa, sovrapposizione di tele incrociate (di materiale sintetico con fili metallici) unite mediante vulcanizzazione;
• Disco o cerchio (cerchione) metallico avente funzione di supporto per lo pneumatico e di attacco all’asse.

Lezione 411

Forze e resistenze nel movimento dei veicoli

Quali tra le seguenti forze NON dipendenti dalla massa del veicolo stradale o ferroviario? Nessuna delle precedenti.

Quali delle seguenti tipologie di moto NON è utilizzata dalla norma per schematizzare il movimento di un veicolo? Moto oscillatorio.

Dal punto di vista dinamico, quali azioni agiscono sul veicolo, equilibrandosi tra di loro? Forze di trazione e resistenze al moto.

Quale equazione si utilizza per il calcolo della forza centrifuga? m·v²/R.

Forze su veicoli stradali o ferroviari

Quali sono le forze che agiscono su un veicolo stradale o ferroviario? Dal punto di vista dinamico, in un veicolo si equilibrano forze di trazione, che ne producono l’avanzamento, con resistenze al moto, che possono essere distinte in:

• Ordinarie, cioè sempre presenti quando il veicolo è in moto (es. resistenza al rotolamento o aerodinamica, curva);
• Addizionali, cioè presenti soltanto in alcune situazioni (es. pendenza, curva, inerzia).

Le forze dipendenti dalla massa del veicolo sono:

• Forza peso, applicata in direzione verticale: W (peso) = m (massa) ∙ g (gravità). Se la superficie di appoggio non è orizzontale (pendenza α) la forza può essere scomposta in 2 componenti:
  • W ∙ cos α → perpendicolare alla superficie di appoggio
  • W ∙ sin α → parallela alla superficie di appoggio
• Inerzia, è una forza che nasce quando un oggetto è sottoposto ad una variazione del suo stato di quiete o di moto uniforme.
  Fi = m dv/dt
• Forza centrifuga, subentra quanto un veicolo segue una traiettoria non rettilinea.
  Fc= m/R

Lezione 516

Resistenze al moto nei veicoli

Quale resistenza al moto è trascurabile nel caso ferroviario? Resistenza al rotolamento per deformazione.

Quale resistenza al moto è trascurabile nel caso stradale? Resistenza al rotolamento per attrito.

La resistenza al moto per deformazione è maggiore in caso di: Ruota con raggio piccolo.

La resistenza al moto per deformazione è minore in caso di: Temperatura alta.

Quale delle seguenti NON è una componente della resistenza aerodinamica: Resistenza per la deformabilità di ruota ed infrastruttura.

Quale tra le seguenti NON è una resistenza al moto? Nessuna delle precedenti.

Descrizioni delle resistenze

Descrivere la resistenza al rotolamento per deformazione di un veicolo stradale e di un veicolo ferroviario: La resistenza dovuta all’attrito insorge a causa degli scorrimenti:

• Tra boccola e fuselli nel caso dei veicoli ferroviari (val. alti);
• Tra i perni delle ruote ed i relativi cuscinetti nel caso dei veicoli stradali (valori trascurabili).

Lo studio delle perdite per attrito si riconnette alla teoria della lubrificazione. Possiamo avere:

• Lubrificazione per capillarità;
• Lubrificazione meccanica.

La lubrificazione avviene bene se è impedito il contatto tra le superfici in moto relativo, all’attrito tra i solidi si sostituisce l’attrito interno del lubrificante. Inconvenienti della boccola ad attrito: elevata resistenza all’avviamento, pericolo di rottura del velo d’olio ad elevata velocità.

Descrivere la resistenza al rotolamento per attrito di un veicolo stradale e di un veicolo ferroviario: La deformabilità della ruota e della infrastruttura comporta la creazione di una superficie di appoggio, di estensione variabile in funzione del tipo di ruota e di suolo:

• Estensione rilevante per ruote stradali (con pneumatici di gomma e bassa pressione di gonfiaggio);
• Piccola estensione per ruote ferroviarie su binari in acciaio (la resistenza al rotolamento per deformazione può quindi essere considerata trascurabile).

A veicolo fermo (v = 0) la distribuzione delle reazioni del terreno sull’area di impronta è simmetrica così che la retta di applicazione della risultante coincide con quella del peso. Quando il veicolo è in moto la risultante si sposta in avanti di una quantità δ; quindi si genera una coppia W∙δ che si oppone al moto. Questa coppia richiede per l’equilibrio alla rotazione l’insorgere di una coppia di eguale entità e verso opposto fornita dalla trazione T. W∙ δ= T∙R T= W∙ rd dove rd = resistenza al rotolamento per unità di peso, dovuta alla deformazione = T/W sostituendo rd= δ/R.

Lezione 624

Fattori di resistenza aerodinamica

A parità di velocità, la resistenza aerodinamica di un veicolo stradale è maggiore nel caso di: Autoarticolati.

Quale fattore è preponderante nella determinazione della resistenza aerodinamica di un veicolo stradale o ferroviario, tanto da essere al quadrato nella formula di calcolo? La velocità.

La resistenza in curva: È più rilevante per i veicoli ferroviari piuttosto che in quelli stradali.

Quale resistenza al moto può essere soggetta ad una maggiorazione nella percorrenza delle gallerie? Resistenza aerodinamica.

Descrizione delle resistenze

Descrivere la resistenza in curva di un veicolo stradale e ferroviario: La resistenza in curva è una resistenza addizionale (non è sempre presente) ed è prodotta da 2 diverse cause:

• Inerzia del veicolo che si oppone al cambiamento di direzione;
• Azioni supplementari di attrito che si destano tra ruote e terreno o rotaie.

Nei veicoli stradali la resistenza in curva è causata dalla forza centrifuga che determina una deformazione dello pneumatico in senso trasversale generando quindi un incremento di resistenza al rotolamento. La resistenza in curva è inversamente proporzionale al raggio di curvatura, risulta trascurabile per le autovetture e per raggio superiori a 100 m, mentre per i mezzi pesanti e raggi inferiori a 50 m può raggiungere Rcurva = 0.8÷1.2% del peso. In ferrovia la resistenza in curva è notevolmente più importante viene determinata con formule sperimentali: Es. Formula di Von Rockl Rcurva = A/(R-B) [N/N]

• Ferrovie a scartamento normale (1435 mm) A=0.65 B=55
• Ferrovie a scartamento ridotto A=0.40 B=20

Descrivere la resistenza aerodinamica di un veicolo stradale e di un veicolo ferroviario: La resistenza aerodinamica è la resistenza che incontra un veicolo che si muove con velocità V attraverso un fluido (nello specifico l’aria) ed è la somma di 3 contributi:

• Resistenza di forma, legata ai moti di turbolenza che determinano sovrapressioni dell’aria di fronte al veicolo e depressioni nella parte posteriore;
• Resistenza laterale dovuta all’attrito tra le correnti d’aria e le pareti del veicolo (trascurabile per i mezzi su strada);
• Resistenza per il deflusso dell’aria attraverso il radiatore, le prese d’aria ed i finestrini del veicolo.

La resistenza aerodinamica può essere calcolata attraverso la seguente formula: Raerodinamica = (ρCD Af V²)/2 dove ρ è la densità del fluido, CD è il coefficiente di forma, Af è l’area della sezione maestra del veicolo (cioè la più estesa delle sezioni trasversali del veicolo) V è la velocità relativa tra veicolo ed aria. Con la velocità espressa in km/h e nota la densità dell’aria, la formula diventa: Raerodinamica = 0.048 CD Af V². Il coefficiente di forma CD è funzione del numero di Reynolds Re e può essere determinato in galleria del vento. Tale coefficiente, tuttavia, non è facile da misurare a causa di:

• Effetto scala
• Effetto terra

I veicoli in galleria (in particolare i treni) comprimono l’aria davanti a sé mentre l’aria dietro ai veicoli tende a diminuire la sua pressione. L’effetto del veicolo è quello dunque di uno stantuffo in un cilindro. La differenza di pressione crea un flusso di aria di velocità U rispetto alle pareti della galleria. La velocità relativa dell’aria rispetto al treno sarà quindi U+V. Di conseguenza sia l’attrito dell’aria sulle pareti del veicolo che l’effetto “testa” saranno più elevati. Si usa allora un coefficiente CD maggiorato in funzione di:

• Rapporto tra sezione maestra del treno e sezione della galleria
• Lunghezza veicolo e lunghezza galleria

Lezione 730

Fenomeni di attrito e aderenza

Considerando una ruota stradale di un veicolo che si muove verso destra (vedi Figura), quali sono le fibre di pneumatico che subiscono una estensione? Le fibre comprese tra O e B.

Qual è l'equazione dello pseudoscorrimento per un veicolo in decelerazione? s[%] = 100·[1-(ωR/V)].

Considerando una ruota stradale di un veicolo che si muove verso destra (vedi figura), quali sono le fibre di pneumatico che subiscono una compressione? Le fibre comprese tra A e O.

Qual è l'equazione dello pseudoscorrimento per un veicolo in accelerazione? s[%] = 100·[1-V/(ωR)].

Diagrammi di attrito e aderenza

Il diagramma in figura mostra l'andamento del rapporto tra reazione tangenziale e reazione normale Rx/Rz in funzione dello pseudoscorrimento. Il coefficiente di attrito corrisponde: Al valore finale (s = 100%) del rapporto Rx/Rz.

Il diagramma in figura mostra l'andamento del rapporto tra reazione tangenziale e reazione normale Rx/Rz in funzione dello pseudoscorrimento. Il coefficiente di aderenza corrisponde: Al valore massimo del rapporto Rx/Rz, in corrispondenza di s = 15-20%.

Il rischio di aquaplaning è maggiore in caso di: Pneumatici con battistrada consumato.

Come si definisce il fenomeno di galleggiamento di un veicolo in movimento a causa di uno strato d'acqua sulla strada? Aquaplaning.

Il coefficiente di aderenza è: Sempre maggiore del coefficiente di attrito.

Aquaplaning e aderenza

Come si sviluppa l'aderenza in un veicolo stradale? Il contatto tra ruota e suolo è un vincolo attraverso il quale si trasmettono le forze che vanno ad equilibrare quelle dovute alla massa del veicolo, le resistenze al moto e le forze traenti. Queste forze permettono il movimento e la stabilità del veicolo. La reazione vincolare è costituita da una forza che può ritenersi applicata nel baricentro dell’area di contatto. Tale forza può essere decomposta secondo tre assi ortogonali. Le componenti tangenti al suolo sono consentite da un particolare fenomeno denominato aderenza: fenomeno in virtù del quale due corpi, compressi l’uno sull’altro, sono in grado di trasmettersi reciprocamente forze tangenziali. Per semplificare l’analisi delle interazioni ruota/suolo si studiano separatamente aderenza longitudinale e aderenza trasversale.

Nel punto iniziale di contatto tra pneumatico e strada gli sforzi tangenziali px scambiati tra ruota e pneumatico sono nulli, nel punto finale sono massimi (retta arancione). A causa del movimento del veicolo, la pressione verticale pz scaricata dalla ruota ha un andamento come quello mostrato dalla curva nera, con un valore massimo spostato verso destra. In risposta alla sollecitazione tangenziale applicata dalla ruota, la strada reagisce con una pressione (curve verdi) proporzionale alla pressione verticale della ruota.

Quando un oggetto rotola su una superficie, la superficie stessa ha una risposta di tipo aderente ra,x = fa,x ∙pz dove fa,x è il coefficiente di aderenza. Quando un oggetto striscia su una superficie, la superficie stessa ha una risposta di tipo attritiva rattr,x = fattr,x ∙ pz dove fattr,x è il coefficiente di attrito. Il coefficiente di aderenza è sempre maggiore del coefficiente di attrito.

In cosa consiste il fenomeno dell'aquaplaning? Con il termine aquaplaning ("slittamento sull'acqua") si intende il fenomeno di galleggiamento di un veicolo in movimento a causa di uno strato d’acqua sulla strada. Più precisamente si verifica quando l'acqua, tipicamente di origine piovana, tra le ruote e il manto stradale è in quantità tale da non permettere più il contatto di queste due superfici.

In presenza di acqua sulla superficie stradale, lo pneumatico realizza un contatto aderente con la pavimentazione evacuando l’acqua lateralmente e attraverso le scolpiture sul battistrada. Il fenomeno dell'aquaplaning si verifica quando l'acqua non riesce...