Le Strade

Le Strade

Generalità

Fin dall'antichità la costruzione di strade è uno dei primi indizi del progresso di una civiltà. A mano a mano che le città si espandevano, infatti, i popoli antichi cominciarono a sentire l'esigenza di comunicare con altre regioni per rifornirsi di generi di prima necessità e dedicarsi al commercio. Fra le prime popolazioni che costruirono strade si annoverano i sumeri, i cinesi (nel I secolo a.C. inaugurarono la Via della Seta, che per circa duemila anni sarebbe rimasta la strada più lunga del mondo) e gli inca, che costruirono una moderna rete stradale transandina, che includeva gallerie scavate nella roccia viva. Gli scritti del geografo greco Strabone, risalenti al I secolo, fanno riferimento a un sistema di strade che si irradiava dall'antica Babilonia, mentre lo storico greco del V secolo a.C. Erodoto descrive le strade costruite dagli egizi per trasportare i materiali usati nella costruzione delle piramidi e degli altri monumenti. Le più antiche strade tuttora esistenti sono quelle di epoca romana. La costruzione della via Appia iniziò nel 312 a.C. , mentre i primi lavori per la via Flaminia risalgono al 220 a.C. Nel periodo della sua massima fioritura, l'impero romano vantava una rete stradale lunga circa 80.000 km, consistente in 29 strade che si irradiavano dalla capitale, Roma, e in una rete di strade che copriva tutte le più importanti province conquistate, compresa la Gran Bretagna. Le strade romane avevano uno spessore che andava dai 90 ai 120 cm, ed erano formate da tre strati di pietre sempre più piccole, amalgamate nella calcina e sovrastate da uno strato di blocchi di pietra sistemati a incastro. Secondo il diritto romano, il transito sulle strade dell'impero era libero, ma la manutenzione del manto stradale spettava agli abitanti della regione attraversata dalla strada. Questo sistema si rivelò efficace nel mantenere le strade in buone condizioni fino a quando ci fu un'autorità centrale forte che faceva rispettare la legge; nel Medioevo, quando venne meno l'autorità rappresentata dall'impero romano, la maggior parte della rete stradale andò in rovina. Fu solo con l'affermarsi di forti organismi statali che la costruzione e la manutenzione delle strade riprese vigore. Verso la metà del XVII secolo, ad esempio, il governo francese fece costruire ben 24.000 km di Strade sfruttando la manodopera locale. All'incirca nello stesso periodo, il Parlamento inglese istituì un sistema basato sulla concessione di appalti per la manutenzione delle strade statali a società private, che in cambio erano autorizzate a imporre il pagamento di un pedaggio a chi vi transitava: tra il 1830 e il 1840 operavano più di mille società di questo tipo, che si occupavano di 32.000 km di strade; successivamente, l'avvento della ferrovia rese tale attività meno redditizia. All'inizio del XIX secolo due ingegneri britannici, Thomas Telford e John Loudon McAdam, nonché l'ingegnere francese Pierre-Marie-Jérôme Trésaguet, sperimentarono nuovi metodi di costruzione stradale. Il sistema messo a punto da Telford consisteva nello scavare una fossa al cui centro veniva posto un sottofondo di roccia pesante; in questo modo il manto stradale finito risultava più elevato al centro che ai bordi, e ciò garantiva un efficace scolo dell'acqua piovana. Lo strato superiore del manto stradale era composto da uno strato di pietrisco compattato, alto 15 cm. Secondo McAdam un efficace sistema di scolo delle acque era indispensabile perché il terreno potesse sopportare carichi pesanti. Nel suo metodo, L'ultimo strato di pietrisco era posto direttamente su un sottofondo di terra, sopraelevato rispetto al terreno circostante, in modo che l'acqua piovana potesse defluire liberamente. Tale sistema, detto macadamizzazione, fu adottato da quasi tutte le imprese di costruzioni Stradali dell'epoca, specialmente in Europa, ma non si rivelò tuttavia in grado di reggere carichi pesanti. Per le strade transitate da mezzi pesanti si preferì quindi adottare il sistema di Telford, che assicurava una migliore distribuzione del carico sul suolo sottostante la carreggiata. Negli Stati Uniti le prime strade furono i sentieri tracciati dai pionieri, come le celebri piste dell'Oregon e di Santa Fe. Negli stati orientali, il primo tentativo su larga scala di miglioramento della rete stradale ebbe inizio immediatamente dopo la guerra d'Indipendenza, con l'istituzione di pedaggi destinati a finanziare le costose riparazioni necessarie. Con l'espansione della ferrovia, nella seconda metà del XIX secolo, lo sviluppo delle strade statali subì un notevole declino. Nello stesso periodo, furono introdotti i mattoni e l'asfalto per la pavimentazione delle strade urbane.

Classificazione delle strade

La strada ordinaria è una struttura che si sviluppa sul terreno per consentire la circolazione dei veicoli.

Le strade vanno innanzitutto distinte in urbane ed extraurbane.

La legge sui lavori pubblici del 20 marzo 1865 n. 2.248 fa una prima classificazione delle strade extraurbane in nazionali, provinciali, comunali e vicinali:

nazionali le grandi linee stradali che nel loro corso congiungono direttamente parecchie delle città primarie o queste con i più vicini porti commerciali;

provinciali le strade che servono alla più diretta comunicazione fra il capoluogo di una provincia e quelli delle province limitrofe;

comunali le strade necessarie per porre in comunicazione il maggior centro di popolazione di una comunità con il capoluogo del rispettivo circondario e con quello dei comuni contigui;

vicinali tutte le altre strade non iscritte nelle precedenti categorie e soggette a servitù pubbliche.

Successivamente con il R.D. del 15 novembre 1923 n. 2.506 si sono suddivise le strade in cinque classi nel modo seguente:

appartengono alla prima classe le strade che complessivamente costituiscono la rete principale e di principali allacciamenti di questa alle reti viabili degli stati limitrofi;

appartengono alla seconda classe le strade che servono in generale alla più diretta comunicazione fra il capoluogo di una provincia ed i capoluoghi delle province limitrofe o infine congiungono il capoluogo di una provincia con i vicini porti marittimi, lacuali, o fluviali;

quelle di terza classe mettono in comunicazione diretta o indiretta i capoluoghi dei comuni di una provincia con i rispettivi capoluoghi di mandamento o di circondario;

appartengono alla quarta classe le strade che congiungono il maggior centro di un comune con i maggiori centri dei comuni contigui;

appartengono alla quinta classe le strade militari aperte al pubblico transito.

Elementi di una strada

Nelle strade ordinarie e nelle autostrade i seguenti elementi costitutivi:

rilevato, parte della strada sopraelevata rispetto al piano di campagna;

trincea, parte della strada posta al di sotto del piano di campagna;

corpo stradale, solido che si forma dopo l'esecuzione dei lavori di sterro e di riporto;

massicciata, strato di materiale speciale che si colloca sopra il corpo stradale;

pavimentazione, strato di materiale, resistente all'usura provocata dai veicoli, che si pone sopra la massicciata;

carreggiata, parte della strada destinata alla circolazione dei veicoli e sistemata con una opportuna pavimentazione;

corsia

banchina

svincolo

muro di sostegno;

ponte;

gallerie;

Il Terreno

Lo studio del terreno riguarda sia quello superficiale o topografico in relazione al tracciato e alle espropriazioni, sia quello del sottosuolo in relazione alla stabilità di tutte le opere e alla preparazione dei sottosuoli.

La scelta del tracciato non dipende soltanto dalla orografia della zona interessata, ma anche dalla idrografia per quanto riguarda gli attraversamenti dei corsi d'acqua. Può essere addirittura decisa dalla costituzione del terreno che viene determinata mediante indagini geologiche.

Si rendono dunque necessarie tutte le ricerche possibili sulle induzioni geologiche ricavate dalle carte, ma anche sull'osservazione e sull'esecuzione di sondaggi con pozzi e cunicoli eseguiti per mezzo di trivellazioni.

L'analisi del traffico

L'analisi del traffico si è resa necessario in seguito al rapidissimo incremento della circolazione automobilistica, che ha reso questo problema di preminente importanza.

Da tale indagine si hanno i seguenti dati relativi al traffico:

volume del traffico, numero dei veicoli che transitano in una sezione di corsia o carreggiata durante un certo periodo di tempo che può essere un'ora, un giorno o un anno;

traffico giornaliero medio (TGM), volume del traffico annuale diviso per 365;

traffico orario, veicoli che transitano in un'ora in una sezione di strada;

traffico orario massimo, massimo volume di traffico in un'ora che si riscontra in un anno su una corsia o carreggiata;

traffico della decima, ventesima, trentesima ora ecc., volume orario che su una corsia o carreggiata viene superato soltanto 9, 19, 29 volte ecc..in un anno.

Per esempio, in una strada con traffico a fluttuazione media, nella trentesima ora si ha un valore uguale a circa 0.15 TGM e nella 140^a ora un valore di circa 0.12 TGM.

Considerando di 20 anni la vita economica di una strada, il traffico di progetto (Q_p):

Q_p = Q₃₀ ( 1 + i )ⁿ⁺²⁰

Q₃₀ è il traffico della trentesima ora rilevato nell'ultimo censimento;

i è il tasso di incremento annuo dei veicoli;

n è il numero di anni trascorsi dall'ultimo censimento.

La Velocità di Base

Un altro elemento di fondamentale importanza è senz'altro la velocità di marcia degli autoveicoli. Infatti è in base alla velocità che vengono stabilite le pendenze longitudinali e trasversali della strada, i raggi delle curve, le distanze di visibilità libera, ecc.

È necessario quindi stabilire prima la velocità più conveniente con la quale gli autoveicoli possono percorrere la strada in progetto.

La velocità di base è la velocità che caratterizza un determinato tronco stradale. Infatti essa non è soltanto quella velocità costante convenzionale che serve per il calcolo del raggio minimo delle curve ma anche la velocità, praticamente costante, con la quale i veicoli potranno percorrere la strada in progetto nelle migliori condizioni di sicurezza.

La velocità di base è relativa ai singoli tronchi, ma le variazioni, per una stessa strada, non possono essere brusche e mai debbono superare il valore di 16 km/h. Queste variazioni vanno opportunamente segnalate.

Negli USA l'AASHO ha fissato i seguenti cinque valori normali della velocità di base:

48-64-80-96-112 km/h

Secondo il CNR, in base all'intensità del traffico ed all'accidentalità del terreno va associato ad un intervallo di velocità di progetto.

Per intervallo di velocità si intende l'intervallo entro il quale debbono essere contenute le velocità di progetto dei vari elementi di tracciato della strada (rettifili, curve circolari, curve a raggio variabile), allo scopo di consentire al progettista una certa libertà di adeguare il tracciato al territorio attraversato.

Il limite superiore dell'intervallo è quella velocità che un veicolo isolato non può superare quindi la massima compatibile in rettifilo e in orizzontale.

Il limite inferiore dell'intervallo è quel valore che conduce alla progettazione degli elementi plano-altimetrici più restrittivi per una strada che possiede le caratteristiche di piattaforma.

Le intersezioni stradali

Nella progettazione di una strada occorre risolvere anche il problema delle intersezioni.

Queste ultime, sotto l'aspetto altimetrico possono essere a livello o a livelli differenziati.

-Intersezioni a livello

Le intersezioni a tre rami ( a T e a Y) si hanno principalmente nel caso di una strada secondaria che sbocca su una strada principale a due corsie. A seconda del volume di traffico possono essere:

semplici;

allargate, quando nell'area di incrocio si realizza una terza corsia;

canalizzate, quando sono inserite isole e spartitraffico.

Le intersezioni a quattro rami si hanno quando le due strade si incrociano; possono pure essere semplici, allargate o canalizzate.

Le intersezioni a cinque o più rami sono in ogni caso pericolose e perciò si preferisce modificare il tracciato di qualcuna delle strade in modo da realizzare più intersezioni a tre o a quattro rami.

L' intersezione ad anello è un particolare tipo di intersezione utile specialmente nel caso di incrocio a più di quattro rami. Questo tipo di intersezione presenta diversi inconvenienti, come l'elevato costo ed il grande spazio richiesto.

-Intersezioni a livelli differenziati

Le intersezioni a livelli differenziati si ottengono portando i piani delle strade che si incrociano a quote diverse, mediante sottopassaggi o sovrapassaggi, ed eventualmente collegandoli fra loro mediante opportuni disimpegni (svincoli o innesti).

Le parti dei disimpegni che collegano i diversi rami dell'intersezione sono le rampe, comunemente si ammettono pendenze del 6-4% e raggi di curvatura minimi di 50-70 metri con velocità di progetto di 40-50 km/h.

Le rampe possono essere a senso unico o a doppio senso di marcia. In base alla loro configurazione planimetrica, le rampe si distinguono in: dirette, semidirette e indirette.

I disimpegni delle intersezioni a livelli differenziati possono essere a tre, a quattro o a più rami.

Tra le intersezioni a tre rami, un tipo molto diffuso e adottato in Italia, è il disimpegno a T, detto a trombetta costituito da una rampa semidiretta a cappio e da due rampe diagonali. Fra le intersezioni a quattro rami, è notevole il disimpegno a quadrifoglio costituito da quattro rampe a cappio e da quattro rampe diagonali. Tale disimpegno è adottato però esclusivamente nelle intersezioni fra autostrade.

Nel caso di intersezioni a più di quattro rami, il sistema più usato è a circolazione rotatoria.

In tutti i tipi di intersezione, allo scopo di evitare che la riduzione di velocità del veicolo che affronta la svolta si ripercuota sull'intera strada in prossimità degli svincoli, si possono realizzare opportune corsie di accelerazione e decelerazione.

Principi generali di trazione

Per poter stabilire gli elementi geometrici del progetto di una strada è necessario premettere alcune considerazioni sui principi generali di trazione.

-Resistenza al rotolamento

La resistenza al movimento dei veicoli su una strada orizzontale dovuta principalmente all'attrito volvente tra le ruote e la pavimentazione, cioè la resistenza al rotolamento è:

R₁ = r₁ x P

Dove R₁ è la resistenza espressa in kg, P è il peso del veicolo in tonnellate e r₁ rappresenta la resistenza specifica al rotolamento in kg per tonnellata.

-Resistenza all'aria

Un veicolo che si muove lungo un rettifilo, incontra anche la resistenza all'aria, dovuta alla sovrapressione sulle pareti inferiori, all'attrito lungo le pareti laterali e alla depressione nella zona posteriore. Risulta che la resistenza dell'aria è:

dove:

R₂ è la resistenza dell'aria espressa in kg

K è un coefficiente dipendente dalla forma del veicolo

= 0.125 è la densità dell'aria alla temperatura di 15° e alla pressione di 760 mm

S è l'area in metri quadrati della sezione trasversale

v è la velocità espressa in m/s

La formula precedente si può scrivere anche:

La resistenza specifica dell'aria r₂ :

(kg/t)

-Resistenza dovuta alla pendenza

Quando il moto di un autoveicolo avviene su una strada inclinata il suo peso P applicato al baricentro della vettura può essere scomposto nelle due componenti:

P cos α , perpendicolare alla strada                         P sen α, parallela alla strada

La componente perpendicolare alla resistenza addizionale di livelletta si ricava dalla seguente formula:

R₃ = P x p

La resistenza specifica è: r₃ = p (kg/t)

-Resistenza dovuta alla accelerazione

Un autoveicolo per raggiungere una determinata velocità deve subire delle accelerazioni positive, che provocano una resistenza dovuta all'inerzia detta resistenza di accelerazione ( o di inerzia).

(kg)

- L'aderenza

L'aderenza, poiché deriva dalle azioni reciproche fra superfici a contatto viene definita come attrito radente potenziale o a velocità nulla.

dove:

T_a è lo sforzo di trazione oltre il quale avviene lo slittamento delle ruote motrici;

P_a è il peso aderente in tonnellate che le ruote motrici trasmettono alla strada e che si ritiene uguale a 2/3 del peso P del veicolo;

f_a è il coefficiente di aderenza

-La forza centrifuga

I veicoli in curva sono sollecitati dalla forza centrifuga F_c:

La forza centrifuga deve essere equilibrata dall'attrito trasversale tra pneumatico e pavimentazione, perché in caso contrario si ha lo sbandamento verso l'esterno del veicolo. Quindi la velocità al limite dello sbandamento v_s :

Il veicolo è anche sottoposto a ribaltamento; si ricava, pertanto, la velocità al limite del ribaltamento:

dove:

h è l'altezza del baricentro del veicolo;

g è l'accelerazione di gravità;

r è il raggio di curvatura;

c è lo scarto tra le ruote di un asse.