Tesi di topografia - progetto di un breve tronco stradale - relazione tecnica

Tesi di Topografia

PROGETTO DI UN BREVE TRONCO STRADALE

RELAZIONE TECNICA

PREMESSA

Nella realizzazione del seguente tronco stradale si è cercato di tener conto dei numerosi fattori che influenzano l'esecuzione di una via di comunicazione. L'analisi di tali elementi permette ,infatti, di risolvere eventuali problematiche che si possono presentare in fase di progettazione e di posa in opera.

L'andamento plano-altimetrico di una strada dipende da numerosi fattori, tra i quali

la costituzione geologica del terreno;

il volume e la composizione dell'ipotetico futuro traffico;

le dimensioni e le velocità dei veicoli;

il grado di sicurezza che si desidera conferire alla circolazione.

Inoltre , nella costituzione di una via di comunicazione si devono considerare eventuali barriere naturali o artificiali, in modo tale che l'opera non deturpi l'ambiente circostante.

CENNI STORICI

L'origine della strada si perde nelle radici stesse della civiltà mediterranea ed è intimamente legata all'invenzione della ruota. Sicuramente le prime vie di comunicazione furono fluviali o marittime; soltanto in un secondo tempo, quando si infittirono i rapporti tra popoli e aggregati diversi, vennero creati dei collegamenti terrestri.

Le prime reti viarie ,di notevoli dimensioni ,furono quelle romane, create per agevolare il controllo e la sorveglianza del vasto impero.

FIG.2 - STRADA ROMANA

Le caratteristiche geometriche di tali strade erano, ovviamente, ben diverse dalle nostre attuali: vi predominavano i rettilinei e mancavano del tutto le curve di raccordo (i rettilinei si collegavano ad angolo, un po' come nelle nostre vie urbane). Inoltre, le pendenze arrivavano fino al 20%, il che non rendeva certo agevole e rapido il traffico veicolare. A giustificazione di ciò va ricordato che uno degli elementi fisico-geometrici del traffico attuale, cioè la velocità, non aveva ,a quel tempo, nessuna importanza pratica

FIG.3 - STRADA A CIOTTOLI

Dopo il crollo dell'impero romano, pian piano scomparvero anche le vie di comunicazione, abbandonate dall'uomo e sommerse dalla vegetazione. Poche cose, infatti ,così come le strade, segnano le varie epoche socio-economiche: per esempio, l'alto medioevo, che vede le comunità piccole e frazionate, rinchiuse attorno al castello, non ha bisogno di vie di comunicazione.

Con il sorgere delle Signorie e dei liberi comuni, però, si rende nuovamente necessario lo scambio delle notizie e dei prodotti.

Da questo periodo vi sarà una continua e progressiva evoluzione, fino ad arrivare alla ripresa economica dopo la 1° Guerra Mondiale. Il sopravvento della ruota gommata determinerà ,infatti, una vera e propria rivoluzione nei trasporti.

La strada assumerà, allora, accanto all'originaria funzione di collegamento, l'altra del tutto moderna ed attuale di convogliamento. Il volume di traffico sarà una delle nuove grandezze che il progettista dovrà considerare per evitare che in certi momenti (le ore di punta) vi siano strade intasate e traffico fermo.

FIG.4 - TRATTO DELL'AUTOSTRADA A 14

Per far fronte al crescente numero degli autoveicoli e dei mezzi di trasporto in circolazione, si è dovuto procedere, in taluni casi, all'ampliamento delle strade esistenti e alla progettazione di nuovi tracciati stradali di scorrimento veloce per evitare l'attraversamento di città e centri abitati. Si sono costruite perciò gallerie, ponti, viadotti e svincoli razionali.

Tutto ciò può trovare una spiegazione se si pensa all'importanza che viene attribuita all'automobile, che rappresenta non soltanto un mezzo di trasporto e di lavoro indispensabile per l'espletamento delle svariate attività della vita quotidiana; ma anche un traguardo per il raggiungimento di un certo benessere.

ALCUNI ELEMENTI CHE INFLUENZANO I CRITERI E I DATI DI PROGETTO

Il terreno

E' molto importante considerare il tipo di terreno, dove si prevede verrà realizzato il tronco stradale, in quanto questo interessa :

lo sviluppo dei rettifili;

il raggio delle curve;

i valori delle pendenze longitudinali;

la lunghezza delle visuali;

il tipo di sezione trasversale.

Inoltre, la costituzione geologica del terreno, insieme all'esposizione, può determinare variazioni sui movimenti di terra e sulle caratteristiche dei manufatti.

Negli ultimi anni, anche il modo di sfruttamento del terreno ha acquistato interesse ai fini della progettazione. Per esempio, le strade che interessano terreni agricoli possono avere spazi laterali più ampi e, pertanto, velocità di progetto più elevate; mentre quelle che attraversano zone industriali o commerciali (con mercati, empori) devono tener conto del passaggio di autocarri di notevoli dimensioni e la necessità di poter disporre di estesi parcheggi per le auto vetture.

FIG.5 - VEDUTA AEREA DELLO SVINCOLO DELL'AUTOSTRADA PRESSO MILANO

Il traffico di progetto

Le operazioni per il rilevamento dell'ipotetico futuro traffico che transiterà sulla strada in progetto è di fondamentale importanza per la realizzazione di un'idonea via di comunicazione, che risponda al meglio alle esigenze attuali e prossime della popolazione.

Per poter dimensionare un tronco stradale, è necessario, dopo un attento studio, ricavare i seguenti parametri:

TRAFFICO ANNUALE: numero di veicoli che transitano su una determinata sezione (punto preciso della strada) nel corso di un anno. Questo valore può scaturire, in maniera sufficientemente attendibile, dalla rilevazione del traffico in determinate ore di 14 giorni all'anno, fissati dalla Commissione Europea Trasporti Internazionali.

TRAFFICO GIORNALIERO MEDIO (tgm): si ricava dal rapporto tra il traffico annuale e 365 giorni.

TRAFFICO ORARIO (th): numero di veicoli che transitano in una determinata ora dell'anno. I rilievi, per determinare tali valori, sono effettuati sperimentalmente contando il numero di veicoli che transitano per una sezione in 10 o 15 minuti e moltiplicando tali valori per 6 o 4 volte. E' importante sottolineare che per il conteggio dei mezzi che transitano si opera una omogeneizzazione moltiplicando per gli opportuni coefficienti i veicoli diversi dall'auto.

In un anno di th ve ne sono 8760 (24 x 365), si dovranno fare, quindi, delle opportune considerazioni per determinare quello più idoneo.

TRAFFICO DELLA TRENTESIMA ORA DI PUNTA (txxxh): traffico orario che viene superato solo 29 ore all'anno.

Riportando in un diagramma, con in ascissa le ore dell'anno e in ordinata il relativo valore del traffico giornaliero medio, si ottiene una curva in cui si ha un tratto molto ripido fino alla txxxh e, successivamente, un tratto a pendenza pressoché orizzontale.

Tale punto di passaggio rappresenta il miglior rapporto tra l'ora dell'anno e il traffico.

Da un punto di vista economico, conviene accettare che la strada si intasi 29 volte all'anno, ma che per le rimanenti ore sia capace di smaltire il traffico veicolare.

La determinazione della txxxh può essere effettuata, in modo approssimato, assumendo come valori quelli compresi tra il 12% ed il 18% del traffico giornaliero medio.

Nel nostro caso ipotizziamo di assumere mediamente il 15%, risulta:

txxxh=0,15xtgm

Considerando, inoltre, l'eventualità di un aumento del traffico negli anni successivi, il traffico di progetto si assume pari a:

tp=(1+nxp)txxxh

dove      n è il numero di anni futuri per i quali si prevede possa durare la strada senza interventi

p è l'incremento di traffico annuo presunto (variabile dal 2% al 6%).

FIG. 7 - ESEMPI DI INTASAMENTI VEICOLARI

La velocità di progetto

Tale velocità è quella scelta ai fini del progetto e della correlazione degli elementi topografici-tecnici della strada dai quali dipende la sicurezza del moto.

E' definita come la più alta velocità costante alla quale un veicolo isolato può viaggiare in condizioni di sicurezza. In realtà non esiste un unico valore, ma bensì un intervallo, definito dalla velocità massima e da quella minima, entro il quale il mezzo può percorrere tutto il tracciato stradale. Nel progettare una via di comunicazione, ovviamente, si dovrà cercare di ridurre il più possibile tale intervallo, in modo da non obbligare il guidatore a brusche variazioni di velocità. Si dovrà evitare, inoltre, di avere due tratti vicini progettati rispettivamente per la velocità massima e minima, interponendo tratti a velocità intermedia.

La capacità di progetto

La capacità è definita come il volume di traffico orario che una sezione stradale può far defluire in condizioni assegnate: queste ultime sono in funzione delle caratteristiche geometriche del tronco e della composizione del traffico (veicoli omogenei o meno).

In relazione a tale parametro di progetto si sceglieranno il numero di carreggiate e, quindi, la sezione stradale.

RELAZIONE TECNICA

CARATTERISTICHE DELLA ZONA

E DATI DI PROGETTO

La zona, dove andrà realizzata l'opera, è quella nelle vicinanze della cittadina di Pino Torinese..

La planimetria, di cui si dispone, è rappresentata da una serie di isoipse (linee i cui punti hanno quota costante) aventi un dislivello (equidistanza) di 1 m l'una dall'altra.

Oltre a conoscere l'andamento altimetrico del luogo, si dispone dei seguenti dati di progetto:

pendenza massima 6 %;

intervallo velocità di progetto    40-60 Km/h;

raggio minimo delle curve circolari 40 m;

strada a carreggiata unica;

scarpa dei rilevati 3:2;

scarpa delle trincee 1:1.

CARATTERISTICHE DELLA SEDE STRADALE

La strada in oggetto è costituita dai seguenti elementi:

1)una carreggiata suddivisa in 2 corsie, ognuna di larghezza pari a 3 m;

2)due banchine, poste ai lati della carreggiata, di larghezza pari a 1 m ciascuna;

3)eventuali barriere di protezione in nastro di acciaio (guard-rail).

Come previsto dai dati di progetto, l'inclinazione delle superfici laterali, che separano la sede stradale dal terreno naturale, è

- per la parte in rilevato: 3:2

- per la parte in trincea: 1:1

Inoltre, si dovranno realizzare , ai lati della sede stradale, cunetta che permettano di raccogliere le acque che cadono sulla carreggiata e sulle sue immediate vicinanze, siano esse piovane o derivate dallo scioglimento della neve e del ghiaccio.

Per garantire che l'acqua meteorica venga convogliata verso le cunette, la sede stradale deve essere sagomata in senso trasversale. Nel caso di rettilinei si avrà una sagoma decrescente verso il ciglio della strada, mentre nel caso di curve circolari la sagoma sarà decrescente verso il centro della curva stessa.

Le norme CNR 1980 prevedono l'adozione di pendenze trasversali, nelle curve circolari, comprese tra il 2,5% e il 7%.

Un adeguato drenaggio, infatti, è indispensabile per le strade, che potrebbero essere soggette ad allagamenti, frane, azioni erosive dovute all'infiltrazione dell'acqua, ecc.

Il solido stradale si può dividere, a seconda della funzione, in 2 parti:

1)la FONDAZIONE, che distribuisce il carico sul sottofondo;

2)la PAVIMENTAZIONE, che protegge la piattaforma dalle intemperie e garantisce una ridotta resistenza al rotolamento delle ruote dei veicoli.

Schematicamente la strada è costituita da:

SABBIA, serve per preparare il letto di posa;

TELO IMPERMEABILE, ottenuto con procedimenti chimici, evita la risalita dell'acqua;

FONDAZIONE IN MISTO GRANULOMETRICO CALCAREO, costituito da ciottoli di calcare, di diametro variabile, posti in modo tale da formare la pendenza trasversale prevista;

STABILIZZATO CALCAREO (ciottoli più fini);

CONGLOMERATO GRANULOMETRICO BITUMATO, questo strato è detto anche "aperto" ed è costituito da inerti uniti dal bitume che ha funzione collaborante;

BINDER, o strato di base chiuso, molto simile al precedente, ma con granulometria più fine in modo che il bitume possa riempire tutti i vuoti;

TAPPETO DI USURA, conglomerato bituminoso che serve per formare un tappeto resistente, impermeabile e antisdrucciolevole.

STUDIO DEL TRACCIATO

Lo studio del tracciato planimetrico rappresenta, sicuramente, una parte molto importante nella progettazione di un tronco stradale. Infatti, è in questa fase che si tiene conto dell'orografia e della vegetazione del territorio, della presenza di corsi d'acqua e di manufatti.

Considerata la zona, dove verrà realizzata la nuova via di comunicazione, si deve valutare attentamente, anche, l'aspetto altimetrico, per evitare di superare la pendenza longitudinale massima, che nel nostro caso è del 6 %. Dovranno, quindi, essere rispettati i seguenti requisiti:

le pendenze della strada devono essere minori o uguali al valore massimo prefissato;

le pendenze non devono subire sensibili variazioni lungo il tracciato.

Per soddisfare tali requisiti ci si è basati sulla planimetria, che consente di avere un'immediata visione d'insieme dell'andamento altimetrico del territorio che la nuova strada dovrà attraversare.

Nella realizzazione del tracciato si è cercato, inoltre, di evitare quelle zone dove le curve di livello fossero molto vicine, perché lì vi sarebbero stati sicuramente tratti ad elevata pendenza.

Poiché il dislivello tra i due punti A e B da collegare (indicati nella planimetria a pagina seguente) è pari a

D_AB=Q_B-Q_A

si dovrebbe costruire una strada con una lunghezza minima di

Lmin = D_AB /p_max

Il tracciato definitivo, però, potrebbe risultare leggermente più corto del tracciolino, si preferisce, quindi, realizzare quest'ultimo con una pendenza inferiore (togliendo 0,5%) alfine di garantire le condizioni precedentemente esposte.

Il disegno del tracciolino è stato eseguito considerando che esso si sviluppa superando il dislivello esistente tra una isoipsa e la successiva con pendenza costante pari a pmax-0,5% . Risulta

d = e / (p_max -0,005)

dove

d è la lunghezza dei tratti che compongono il tracciolino tra due isoipse

e è l'equidistanza, cioè il dislivello tra due isoipse.

Scelto il tracciolino, che risponde al meglio alle esigenze del futuro tronco stradale, lo si è sostituito con una poligonale d'asse (tratti rettilinei successivamente raccordati con opportune curve) che rappresenta l'asse definitivo della strada.

PROFILO LONGITUDINALE

Immaginando di poter tagliare la futura strada lungo l'asse e, quindi, di stenderla su un piano verticale, si è proceduto alla progettazione dell'andamento altimetrico, che non poteva certamente seguire quello del terreno a causa delle continue variazioni.

Per rappresentare tale profilo ,si è usata una scala 1:1000 per le ascisse e 1:100 per le ordinate, questo per evidenziare i dislivelli tra i vari punti.

Il profilo è stato creato disegnando, dapprima, quello del terreno, detto profilo nero e, per fare ciò, si è determinata la quota dei punti dell'asse stradale in corrispondenza delle varie sezioni tracciate sulla planimetria. Nel calcolare tali valori si sono presentati 2 casi:

il punto di intersezione si trova sull'isoipsa e quindi ha la sua stessa quota;

il punto di intersezione si trova tra 2 isoipse; in tal caso, si è mandata la linea di massima pendenza e si è effettuata una semplice uguaglianza tra le distanze dal punto considerato, la curva di livello inferiore e le 2 isoipse.

Il profilo, così ottenuto, è stato rettificato con quello di progetto (profilo rosso), mediante tratti più o meno lunghi a pendenza costante.

Le livellette sono state create in base ai seguenti criteri:

la quota iniziale e finale deve coincidere con quella del terreno;

gli sterri devono approssimativamente compensare i riporti, in modo da ridurre i costi; è comunque preferibile avere un'eccedenza di sterro, in quanto si evita di dover acquistare altro terreno da cave esterne;

i cambiamenti di livellette devono essere fatti preferibilmente nei punti di tangenza delle curve;

le livellette non devono essere troppo corte;

sono da evitare brusche variazioni di pendenza tra una livelletta e quella successiva.

Nel progetto in esame sono state inserite 5 livellette:

I°: p = -1,67 % ; l = 119,0 m

II°: p = -0,32 % ; l = 145,00 m

III°: p = -1,23 % ; l = 92,10 m

IV°: p = 1,20 % ; l = 109,00 m

V°: p = 2,27 % ; l = 124,70 m

LE SEZIONI TRASVERSALI

Le sezioni trasversali servono per determinare sia l'effettivo ingombro della sede stradale, sia l'entità dei movimenti di terra, cioè gli sterri e i riporti.

Per convenzione, esse vengono rappresentate nel modo in cui verrebbero viste da un ipotetico osservatore che percorre la strada a ritroso.

Dopo aver individuato, in planimetria, la quota di 2 punti posti ad una certa distanza dall'asse, si è ricostruito l'andamento altimetrico del terreno lungo la sezione desiderata e si è riportato, alla quota di progetto, il tratto orizzontale corrispondente alla sede stradale.

Si è proceduto, quindi, al calcolo analitico di ciascuna sezione.

PROFILO DELLE AREE

CON INDICAZIONE DEI PALEGGI

E' bene prima di definire il profilo delle aree, soffermarci sulla procedura che è alla base di questa rappresentazione.

Il calcolo dei volumi di terreno, secondo la formula di Torricelli, definisce analiticamente la quantità di terreno presente in un tronco della strada delimitato da 2 sezioni, che per semplicità, viene assimilato pari ad un prismoide.

La formula è:

V =

nella quale A₁ e A₂ rappresentano le aree delle " basi e A_m l'area della sezione posta a metà distanza tra le 2 basi stesse. Quest'ultimo valore non è noto, perciò viene assunta la media aritmetica delle due aree estreme.

Si ottiene, la cosiddetta, formula delle sezioni ragguagliate:

V =

Il profilo delle aree è un grafico che rappresenta globalmente i volumi del solido stradale, cioè trasforma le aree di sterro e di riporto, trovate nelle sezioni trasversali, in trapezi o triangoli equivalenti.

Realizzato il grafico, riportando lungo le ascisse le distanze e lungo le ordinate le aree, si può notare che in taluni punti vi è presenza sia di terreno di sterro che di riporto (questo si ha ogni qualvolta vi sono delle sezioni miste). In questi casi è possibile effettuare dei movimenti di terra trasversali o paleggi.

PROFILO DELLE AREE DEPURATO DAI PALEGGI E PROFILO DI BRÜCKNER

Le aree rappresentate nel profilo depurato dai paleggi danno un idea dei movimenti di terra da eseguire in senso longitudinale. Per averne una valutazione, però, è necessario procedere o analiticamente o graficamente (ottenendo, così, il profilo di Brückner). La costruzione, in quest'ultimo modo, si ottiene trasformando i trapezi e i triangoli, delimitati dalle sezioni trasversali e dai punti dove il profilo delle aree interseca l'asse delle ascisse, in rettangoli equivalenti. La curva ,che risulta dall'integrazione, rappresenta esattamente, in corrispondenza delle sezioni, la somma algebrica dei volumi di terreno necessari per realizzare la strada fino a quel punto. Nei tratti dove il profilo di Brückner è in discesa si hanno riporti, mentre nei tratti dove il profilo è in salita si hanno degli sterri.

La sezione terminale indicherà, inoltre, se vi è un'eccedenza oppure una mancanza di terreno. Nel caso in esame vi è un'eccedenza di sterro e, quindi, si dovranno conteggiare nel preventivo delle spese quelle necessarie per il trasporto di tale terreno in appositi cantieri di deposito.

BIBLIOGRAFIA

Documenti presi dal libro di testo: Topografia e fotogrammetria

Foto prese da Internet