4 CARATTERISTICHE TECNICO-PROGETTUALI DELLA STRADA

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4 CARATTERISTICHE TECNICO-PROGETTUALI

DELLA STRADA

4.1 Piattaforma stradale ed elementi marginali di arredo

La S.P. n° 34 “Castelfranco Staffoli”, la S.P. n° 8 “Della Val di Nievole” e la S.P. n°3 “Lucchese Romana” appartengono alla categoria C1 (strade extraurbane secondarie) secondo la vigente normativa (D.M. 5/11/2001); ad essa compete un intervallo di velocità compreso fra 60 e 100 km/h.

La piattaforma stradale, di larghezza complessiva pari a 10.50 metri, è costituita dai seguenti elementi:

• una unica carreggiata su cui sono disposte due corsie, una per ogni senso di marcia, di larghezza 3.75 metri ciascuna;

• banchine in destra larghe 1.50 metri, situate a fianco di ogni corsia.

La sagoma della piattaforma, in rettifilo, è a doppia falda e presenta una pendenza trasversale pari al 2.5%; per ottenere un minor sollevamento della piattaforma, la sua rotazione graduale,

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Capitolo 4 Caratteristiche tecnico - progettuali della strada

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lungo le curve a raggio variabile, avviene intorno all’asse stradale. Il minor raggio di curvatura utilizzato lungo lo sviluppo dell’asse stradale è 120 metri, il che ha comportato il raggiungimento di una pendenza trasversale massima pari al 7% (limite superiore previsto dal vigente D.M. 5/11/2001). Nei tratti in rilevato (par. 4.3 D.M. 5/11/2001), le banchine pavimentate devono essere raccordate con gli elementi marginali contigui dello spazio stradale (scarpate) mediante arginelli, destinati ad accogliere eventuali dispositivi di ritenuta o elementi di arredo. Gli arginelli devono avere una lunghezza non inferiore a 0.75 metri e un raccordo, la cui proiezione in orizzontale deve essere pari a 1.00 metro.

Nelle tratte in viadotto (par. 4.1 D.M. 5/11/2001), a fianco delle banchine sono predisposti dei dispositivi di ritenuta o parapetti di altezza non inferiore ad 1.00 metro (vedi figura a pagina seguente).

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57 ≥

4.2 Geometria dell’asse stradale

4.2.1 Visuali libere (par. 5.1 D.M. 5/11/2001)

L’esistenza di opportune visuali libere costituisce primaria ed inderogabile condizione di sicurezza della circolazione.

Per distanza di visuale libera si intende la lunghezza del tratto di strada che il conducente riesce a vedere davanti a sé senza considerare l’influenza del traffico, delle condizioni atmosferiche e di illuminazione della strada. Essendo la strada in questione

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extraurbana, la distanza di visuale libera lungo il tracciato stradale deve essere confrontata, in fase di progettazione, con le seguenti distanze:

distanza di visibilità per l'arresto, che è pari allo spazio

minimo necessario perché un conducente possa arrestare il veicolo in condizione di sicurezza davanti ad un ostacolo imprevisto;

distanza di visibilità per il sorpasso, che è pari alla lunghezza

del tratto di strada occorrente per compiere una manovra di completo sorpasso in sicurezza, quando non si possa escludere l’arrivo di un veicolo in senso opposto.

La distanza di visibilità per l'arresto si valuta con la seguente espressione:

( )

( ) ( )

dV V r m V Ra i V f g V V D D D V V l A

∫

+ +       ± × − × = + = 1 0 0 2 0 2 1 100 6 , 3 1 6 , 3 ττττ [m] dove:

D1 spazio percorso nel tempo τ

D2 spazio di frenatura

V0 velocità del veicolo all’inizio della frenatura, pari alla velocità di

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V1 velocità finale del veicolo, in cui V1 = 0 in caso di arresto

[km/h]

i pendenza longitudinale del tracciato [ % ]

τ tempo complessivo di reazione (percezione, riflessione, reazione e attuazione) [s]

g accelerazione di gravità [m/s2] Ra resistenza aerodinamica [ N ] m massa del veicolo [kg]

fl quota limite del coefficiente di aderenza impegnabile

longitudinalmente per la frenatura

r0 resistenza unitaria al rotolamento, trascurabile [N/kg]

La resistenza aerodinamica Ra si valuta con la seguente espressione :

2 2 6 , 3 2 1 V S C Ra ρρρρ _x × = _[N] dove: Cx coefficiente aerodinamico S superficie resistente [ m2]

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Sostituendo tutti i coefficienti con un unico coefficiente equivalente fe, funzione soltanto della velocità iniziale e per il resto

costante, si ottengono risultati analoghi utilizzando l’espressione semplificata di seguito riportata (rif. “La geometria stradale” di R. Mauro e T. Esposito): DA 0.78 V⋅ −0.0028 V⋅ 2 V 2 254 fe i⋅

(

+

)

+ := _{DA 162.5}= m

dove si è posto: V=100 km/h fe=0.35 i=0%

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visibilità completa per il sorpasso si valuta con la seguente

espressione:

Ds= 20×v =5,5×V [m]

dove:

v (m/s) oppure V(km/h) è la velocità di progetto desunta puntualmente dal diagramma della velocità ed attribuita uguale sia per il veicolo sorpassante che per il veicolo proveniente dal senso opposto.

Con V=100 km/h si ha: Ds = 550 m

Tale distanza deve essere garantita almeno per il 20% del tracciato.

4.2.2 Andamento planimetrico dell’asse (par. 5.2 D.M. 5/11/2001) Il tracciato planimetrico è costituito dalla successione di rettifili, curve circolari e curve a raggio variabile (clotoidi), inserite per raccordare elementi a curvatura costante.

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monotonia, la difficile valutazione delle distanze e per ridurre l’abbagliamento nella guida notturna è opportuno che i rettifili abbiano una lunghezza Lr contenuta nel seguente limite:

Max p

r V

L ====22××××

dove Vp Max è il limite superiore dell'intervallo di velocità di progetto

della strada, in km/h. Per V = 100 km/h si ha Lr = 2200 m.

Tra un rettifilo di lunghezza Lr ed il raggio più piccolo fra

quelli delle due curve collegate al rettifilo stesso, anche con l'interposizione di una curva a raggio variabile, deve essere rispettata la relazione:

R > Lr per Lr < 300 m

R ≥ 400 m per Lr ≥ 300 m

I rapporti tra i raggi R1 e R2 di due curve circolari che, con l’inserimento di un elemento a curvatura variabile, si succedono lungo il tracciato della strada, sono regolati dall’abaco riportato nella figura seguente. In particolare, per le strade di tipo A e B detto rapporto deve collocarsi nella "zona buona"; per le strade degli altri tipi è utilizzabile pure la "zona accettabile".

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Capitolo 4 Caratteristiche tecnico - progettuali della strada 63 ZON A B UO NA 80 100 200 300 400 600 800 1000 1500 80 100 500 300 200 400 800 600 1000 1500 80 100 500 300 200 400 800 600 1000 1500 80 100 200 300 400 600 800 1000 1500 ZONA AC CET TABI LE ZO NA AC CET TA BILE ZONA DA EVITARE ZONA DA EVITARE R [m]₁ R [ m ] 2

Nello studio del tracciato è stato verificato che la distanza tra curve circolari successive o tra rettifilo e curva circolare, consenta l’introduzione dei raccordi a curvatura variabile. Si è fatto riferimento ai raccordi clotoidici imponendo, per il parametro A che li definisce, le seguenti condizioni:

Criterio 1 (Limitazione del contraccolpo)

Affinchè lungo un arco di clotoide si abbia una graduale variazione dell’accelerazione trasversale non compensata nel tempo

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(contraccolpo), fra il parametro A e la massima velocità V (km/h), desunta dal diagramma di velocità, per l'elemento di clotoide deve essere verificata la relazione:

2

021 ,

0 V

A ≥≥≥≥ ××××

Criterio 2 (Sovrapendenza longitudinale delle linee di estremità della carreggiata)

Nelle sezioni di estremità di un arco di clotoide la carreggiata stradale presenta differenti assetti trasversali, che vanno raccordati longitudinalmente, introducendo una sovrapendenza nelle linee di estremità della carreggiata rispetto alla pendenza dell’asse di rotazione.

Nel caso in cui il raggio iniziale sia di valore infinito (rettilineo o punto di flesso), il parametro deve verificare la seguente disuguaglianza:

(

i f

)

i q q B i R A A × × + ∆ = ≥ 100 max min dove:

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Bi distanze fra l’asse di rotazione ed il ciglio della carreggiata nella

sezione iniziale della curva a raggio variabile [m]

∆imax (%) sovrapendenza longitudinale massima della linea

costituita dai punti che distano Bi dall'asse di rotazione; in assenza di

allargamento tale linea coincide con l'estremità della carreggiata qi pendenza trasversale iniziale in valore assoluto

qf pendenza trasversale finale in valore assoluto

Nel caso in cui anche il raggio iniziale sia di valore finito (continuità) il parametro deve verificare la seguente disuguaglianza

100 1 1 ) ( max min i R R q q B A A f i i f i ∆ ×         − − = ≥ dove:

Ri raggio nel punto iniziale della curva a raggio variabile [m]

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66 Criterio 3 (Ottico)

Per garantire la percezione ottica del raccordo deve essere verificata la relazione

A ≥ R/3 (R_i/3 in caso di continuità)

Inoltre, per garantire la percezione dell’arco di cerchio alla fine della clotoide, deve essere:

A ≤ R

Il raggio minimo Rmin ammissibile per gli archi di curva

circolare, è stato ricavato dalla relazione: V R q f p t 2 127 ×××× ==== ++++

dove si è messo al posto di q il qmax = 7% (pendenza trasversale

massima delle falde della piattaforma stradale), dove ft rappresenta

la quota parte del coefficiente di aderenza impegnato trasversalmente e dove al posto di Vp si inserisce il limite inferiore dell’intervallo

della velocità di progetto. Per Vpmin = 60 km/h si ha che ft = 0.17.

Da questa relazione si ottiene Rmin = 118 m come si può vedere

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Per raggi maggiori di Rmin si utilizza l’abaco di cui sopra,

procedendo nel modo di seguito riportato.

Finché il raggio è minore di quello R* calcolato con l'espressione citata precedentemente però con la velocità Vpmax di

progetto, per la pendenza imax e per ftmax , la pendenza trasversale

dovrà essere mantenuta costante e pari al valore massimo. In tale campo, cioè per Rmin ≤ R ≤ R*, la velocità di progetto Vp è data

dall'espressione già citata, sempre con ftmax(Vp).

La pendenza trasversale 2,5 % deve essere impiegata quando il raggio di curvatura è uguale o maggiore ai valori del raggio R2,5.

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E’ stato poi verificato che la pendenza geodetica J risultante dalla combinazione della pendenza trasversale ic e di quella longitudinale

il, pari a: 2 2 c l i i J==== ++++

non deve superare il valore del 12 % (per le strade di tipo C).

Allo scopo di consentire la sicura iscrizione dei veicoli nei tratti curvilinei del tracciato, conservando i necessari franchi fra la sagoma limite dei veicoli ed i margini delle corsie, è necessario che nelle curve circolari ciascuna corsia sia allargata di una quantità E, data dalla relazione: E K R ==== dove: K = 45

R = raggio esterno (in m) della corsia;

Se l’allargamento E, così calcolato, è inferiore a 20 cm la corsia conserva la larghezza del rettifilo. Nel caso dei due lotti di strada in oggetto di studio, ponendo R = raggio minimo utilizzato, non si ha

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69 allargamento:

E = 45 / 400 = 0.11 m < 0.20 m

4.2.3 Andamento altimetrico dell’asse (par. 5.3 D.M. 5/11/2001) Il profilo altimetrico è costituito da tratti a pendenza costante (livellette) collegati da raccordi verticali convessi e concavi. La pendenza massima adottabile per il tipo di strada in questione (cat.C) è pari al 7%. Il valore massimo che si è utilizzato è i = 7% tra le sezioni n° 18-34 del primo lotto, mentre nel secondo lotto la pendenza si è mantenuta su percentuali inferiori al 3%.

Con riferimento alla distanza di visibilità per l’arresto (si impedisce il sorpasso sul viadotto posto nel primo lotto, visto il valore troppo alto della distanza di visibilità per il sorpasso pari a 550m) il raggio minimo per i raccordi verticali convessi viene determinato come di seguito.

Siano:

Rv raggio del raccordo verticale convesso [m]

D distanza di visibilità per l’arresto [m]

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70

h1 altezza sul piano stradale dell’occhio del conducente (1.10 m)

h2 altezza dell’ostacolo (0.10 m)

Si distinguono due casi:

• se D è inferiore allo sviluppo L del raccordo si ha

(

1 2 1 2

)

2 2 2 h h h h D R_v × × + + × =

• se invece D è superiore allo sviluppo L si ha

        ₊ ₊ _× _× − = i h h h h D i x R_v ∆∆∆∆ ∆∆∆∆ 2 1 2 1 2 100 100 2

L’abaco in evidenza nella figura a pagina seguente fornisce, per diversi valori di D, le lunghezze del raggio verticale minimo Rv che

si può adottare; nel progetto in questione è stato utilizzato come raggio verticale minimo Rv = 3500 m .

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Con riferimento alla sola distanza di visibilità per l’arresto di un veicolo di fronte ad un ostacolo fisso, ed in mancanza di luce naturale, il raggio minimo dei raccordi verticali concavi viene determinato come di seguito.

Siano:

Rv raggio del raccordo verticale concavo [m]

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72 fronte ad un ostacolo fisso [m]

∆i variazione di pendenza delle due livellette espressa in percento h altezza del centro dei fari del veicolo sul piano stradale [m]

θ massima divergenza verso l'alto del fascio luminoso rispetto l'asse del veicolo

Si distinguono due casi:

• se D è inferiore allo sviluppo del raccordo si ha

((((

))))

R D h D sin v ==== ++++ 2 2 ϑϑϑϑ

• se invece D è superiore allo sviluppo L si ha

((((

))))

R x i D i h D sin v ==== −−−− ++++ ××××       2 100 100 ∆ ∆∆ ∆ ∆∆∆∆ θθθθ

ponendo h = 0,5 m e θ = 1° si hanno i valori di Rv riportati nella

figura seguente; nei raccordi della bretella si è utilizzato un raggio verticale minimo Rv = 3500 m comunque maggiore dei risultati

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Nell’inserimento dei raccordi verticali, sia concavi che convessi, per rendere più graduale l’applicazione della forza centrifuga sui veicoli, si deve eseguire il raccordo con archi di parabola quadratica ad asse verticale, il cui sviluppo è dato da:

L ==== R_v ×××× ∆∆∆∆i

100

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raccordare ed Rv è il raggio del cerchio osculatore, nel vertice della

parabola.

4.3 Calcolo e verifica degli elementi planimetrici del tracciato

In questo paragrafo si va ad effettuare il calcolo e la verifica degli elementi geometrici dell’asse stradale, riferendoci alla vigente normativa (D.M. 5/11/2001 “Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade”), della quale si è ampiamente trattato in questo capitolo. Si va adesso ad analizzare il tracciato planimetrico sezione per sezione, partendo dal progetto del 1° lotto “ variante alla S.P. n°34 Castelfranco - Staffoli” proseguendo con il 2° lotto

“variante ai centri abitati di Staffoli e Galleno” (vedi tavole di progetto).

Vediamo le caratteristiche delle curve circolari che devono essere raccordate con le clotoidi di seguito calcolate.

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Primo Lotto – Variante S.P. n°34 “ Castelfranco-Staffoli”

• sezioni 1-9: R= 340 m Sv = 232.52 m • sezioni 13-14: R=250 m Sv = 60.00 m • sezioni 17-18: R=180 m Sv = 68.45 m • sezioni 20-28: R=120 m Sv = 274.76 m • sezioni 33-33bis: R=180 m Sv = 47.33 m • sezioni 38-40: R=130 m Sv = 43.20 m • sezioni 41-45: R= 130 m Sv = 56.20 m • sezioni 48-50: R=130 m Sv = 70.00m • sezioni 53-54: R=130 m Sv = 46.23 m • sezioni 56-59: R=120 m Sv = 101.63 m

Secondo Lotto “Variante ai centri abitati di Staffoli e Galleno”

• sezioni 78-84: Rettifilo della lunghezza di 277.00 m • sezioni 87-90: R= 450 m Sv = 122.65 m • sezioni 97-106: R= 250 m Sv = 388.51 m • sezioni 115-116: R= 450 m Sv = 77.36 m

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Capitolo 4 Caratteristiche tecnico - progettuali della strada 76 • sezioni 122-126: R= 700 m Sv = 198.68 m • sezioni 136-147: R= 1500 m Sv = 651.82 m • sezioni 160-162: R= 800 m Sv = 117.30 m • sezioni 167-179: R= 500 m Sv = 665.63 m • sezioni 186-193: R= 800 m Sv = 288.38 m • sezioni 197-200: R= 800 m Sv = 360.00 m • sezioni 205-234: R= 800 m Sv = 801.43 m

Analizziamo di seguito le clotoidi di raccordo tra le curve descritte precedentemente:

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4.4 Calcolo e verifica degli elementi altimetrici del tracciato

In questo paragrafo si va ad effettuare il calcolo e la verifica degli elementi geometrici dell’asse stradale, riferendoci alla vigente normativa (D.M. 5/11/2001 “Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade”), della quale si è ampiamente trattato in questo capitolo. Si va adesso ad analizzare il tracciato altimetrico partendo dalla sinistra del profilo longitudinale (vedi tavole di progetto con profilo longitudinale).

Vediamo quali sono le livellette che devono essere raccordate con i raccordi verticali di seguito riportati:

• sezioni A-16: pendenza - 0.50%, lunghezza ≅ 702m;

• sezioni 20-40: pendenza 7.00%, lunghezza ≅ 772 m;

• sezioni 49-60: pendenza - 0.10, lunghezza ≅ 502 m;

• sezioni 65-65bis: pendenza 0.00%, lunghezza ≅ 153 m;

• sezioni 65bis-74: pendenza - 2.20%, lunghezza ≅ 2330 m;

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• sezioni 89-105: pendenza -0.95%, lunghezza ≅ 677 m;

• sezioni 194-194bis: pendenza -1.80%, lunghezza ≅ 30 m;

• sezioni 197-197bis: pendenza 3.70%, lunghezza ≅ 30 m;

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