Costruzioni di strade, ferrovie ed aeroporti
Prof. Antonio Montepara | |
E-mail: antonio.montepara@unipr.it | |
Finalità
Il corso si prefigge di dare allo studente gli strumenti e le conoscenze basilari per poter affrontare sia il problema della progettazione geometrica delle infrastrutture viarie sia la scelta e la posa in opera del materiali per la costruzione del corpo vario.
Programma
1) Strada e veicolo.
Resistenze al moto. Equazione generale della trazione. Aderenza: coefficiente
di aderenza fa . Relazione di LammHerring di fa = f2 (V). Distanza di visibilità
per l'arresto. Distanza di visibilità per il sorpasso. Cenni sulle prestazioni
dei veicoli stradali. Percettività dello spazio stradale.
2) Andamento planimetrico dell'asse stradale.
Velocità di progetto. Asse stradale. Tracciato orizzontale. Equilibrio
del veicolo in curva. Visibilità in curva. Sopraelevazione in curva:
criterio del massimo attrito trasversale, della massima pendenza trasversale,
di proporzionalità. Definizione del Nonogramma della Normativa CNR (curvilinear
method) Determinazione del raggio planimetrico con i criteri ottici: visibilità
in curva del ciglio interno, visibilità per l'arresto e per il sorpasso-Clotoide.
Equazione intrinseca. Equazione cartesiana della clotoide: integrali di Fresnel,
sviluppo in serie. Calcolo analitico dello scostamento R. Formula geometrica
del parametro A = f (R, R). Clotoide unitaria. Valori minimi del parametro.
A: criterio dinamico, costruttivo e criteri estetici. Inserimento della clotoide
in un tracciato stradale: clotoide rettifili cerchio (raggio conservato, centro
conservato, vertice conservato) clotoide di flesso: calcolo rigoroso e formule
approssimate (abaco di Osterloch) clotoide di continuità: calcolo rigoroso
e formule approssimate (abaco di Osterloch). Criteri di composizione dell'asse
orizzontale. Clotoldi dissimmetriche (normativa CNR). Cenni su altri tipi di
curve di transizione: radiode alle corde o lemniscata di Bernoulli, radiode
alle ascisse o parabola cubica, curva sinusoidale, doppia parabola, curve multiparametro
(ipoclotoidi, iporclotoidi).
3) Andamento altimetrico dell'asse stradale.
Pendenza massima delle livellette. Raccordi verticali: concavi e convessi (caso
L > d e L < D). Nomogrammi di calcolo secondo il CNR. Raccordo parabolico.
Coordinamento planoaltimetrico.
4) Sezione trasversale stradale.
Piattaforma trasversale stradale secondo la normativa CNR: strade tipo, strade
a destinazione particolare, caratteristiche della sezione stradale. Sezioni
stradali particolari. Sezione stradale in curva. Elargamento in curva. Variazione
della sagoma stradale lungo le curve: rotazione intorno all'asse e intorno al
ciglio interno. Definizione della pendenza relativa i minima.
5) Intersezioni stradali.
Triangoli di visibilità nelle intersezioni a raso. Tipi di intersezioni
a raso: libera, con vincolo di precedenza, con stop, semaforista. Elementi delle
intersezioni a raso. Caratteristiche delle intersezioni sfalsate. Tipi di intersezioni
sfalsate per strade tipo IV V VI B C. Calcolo degli elementi di progetto delle
intersezioni: corsie di accumulo, di accelerazione, di decelerazione. Le rotatorie
per l'intersezione di più strade. La funzione di Erlang nella teoria
delle file d'attesa. Concetto di intervallo critico. Abachi di calcolo per corsie
di accumulo e di accelerazione.
6) La costruzione del corpo stradale.
Definizione di terra come materiale da costruzione. Rilevato. Trincea. Mezzacosta.
Sottofondo.
7) Elementi di Geotecnica stradale
Parametri fondamentali delle terre sciolte: analisi granulometrica, aerometria,
compressibilità, resistenza al taglio. Suscettività all'acqua
e limiti di Atterberg: LL, LP, LR, IP. Classificazione delle terre: indice di
gruppo, HRB, FAA. Il costipamento delle terre. L'addensamento delle terre nel
diagramma ( s , W). La prova Proctor e AASHTO. Controllo della densità
in siti: volunometro a sabbia, a membrana, apparecchio a radioisotopi. Correzione
delle terre. Costruzione del rilevati e macchine di cantiere. La portanza dei
sottofondi. La prova di carico su piastra. Portanza mediante la prova a cicli
ripetuti e legge di Mc Leod. La portanza secondo la prova CBR Indice CBR. e
sua eventuale correzione. Definizione del CBR in situ. Modulo di compressibilità
M, o modulo svizzero. Protezione del sottofondi dall'azione dell'acqua. Azione
del gelo nel rilevati stradali.
8) Aggregati lapidei
Classificazione degli aggregati lapidei. Caratteristiche richieste agli aggregati.
Le caratteristiche di forma degli inerti. Principali prove sugli aggregati:
analisi granulometrica, prova Deval, prova microdeval, prova Los Angeles, prova
di frantumazione dinamica, CPA, prova dell'equivalente in sabbia, prova di gelività.
Caratteristiche degli aggregati riferite ai diversi tipi di impiego: fondazione,
base, binder, usura. Caratteristiche delle sabbie e del filler.
9) Leganti organici.
Leganti organici classici: bitume, catrame, asfalto. Cenni sui leganti organici
additivati di polimeri, bitumi ossidati, bitumi liquidi (cut-back), emulsioni
bituminose. Controlli del leganti bituminosi: penetrazione, punto di rammollimento,
punto di rottura Frass, viscosità. Abachi di Heukelom. Suscettività
termica del bitumi secondo l'indice di penetrazione. Modulo di rigidità
di un bitume. Adesione bitumi-inerti.
10) Le miscele impiegate nelle sovrastrutture stradali.
Caratteristiche meccaniche delle miscele. Fondazioni di misti granulari. La
stabilizzazione delle terre di Fondazione. Strati di base in misti legati e
non. Conglomerati bituminosi per usi stradali. Progetto della granulometria
ottimale per un CB: curva del Fuller e fusi granulometrici. Percentuale d'impiego
del filler. Determinazione delle % di legante in prima approssimazione: metodo
Inglese o dei vuoti, metodo Francese o della superficie specifica (Durlez).
Misure di stabilità del CB: prova Marshall. Determinazione della % di
bitume con il metodo Marshall. Confezione della miscela. Trasporto e posa in
opera. Invecchiamento del CB. Controlli durante la stesa ed in esercizio. Cenni
sui CB modificati chiusi ed aperti, sui CB a freddo (grave emulsion), trattamenti
superficiali di irruvidímento (Slurry Seal) mediante malte bitumate con
emulsioni elastomerizzate.
11) Il progetto delle sovrastrutture stradali.
I carichi di traffico: coefficiente di equivalenza fra gli assi, velocità
dei veicoli. Tipi di pavimentazioni: flessibili, semirigide, rigide. Caratteristiche
meccaniche degli strati: sottofondo, fondazione legata e non, base legata e
non, binder ed usura legati con bitumi, pavimentazioni di calcestruzzo di cemento.
Influenza delle condizioni ambientali. Dimensionanento delle sovrastrutture.
Metodi empirici: AASHO. Interim Guide, Road Note 29. Metodo razionale di progetto
delle pavimentazioni flessibili: analisi dello stato di tensione e di deformazione,
calcolo del do da fatica, calcolo profondità ormaie. Cenni sul metodi
razionali di progetto delle pavimentazioni di calcestruzzo di cemento. Cataloghi
di sovrastrutture.
12) Opere d'arte minori.- muro di sostegno.
Spinta delle terre: stato di equilibrio limite, stato limite attivo, stato limite
passivo, coefficiente di spinta attiva e passiva. I muri di sostegno. Azione
sismica sui muri: riferimento alla normativa italiana (teoria Mononobe-Okabe).
Verifiche di stabilità: ribaltamento, scorrimento, schiacciamento del
terreno, verifica globale.
13) Ferrovie
Armamento ferroviario con rotaie Vignole su traverse in legno. Scartamento ordinato
e ridotto. Sala montata e serpeggiamento. Linee ferroviarie a binario unico
e doppio. Traverse, attacchi, giunti. Progetto ferroviario: elaborati. Sagoma
limite di carico e di libero transito. Corpo stradale, colatori, drenaggi, opere
di sostegno, muri di rivestimento e manutenzione delle linee. Resistenze al
moto in rettifilo ed orizzontale, all'altimetria e planimetria. Variazione dello
scartamento in curva. Sopraelevazione teorica, effettiva e ridotta, variazione
dell'accelerazione non compensata. Velocità di tracciato e d'orario.
Pendenza delle rampe di raccordo di sopraelevazione, raccordi parabolici nel
passaggio rettifilo. Cerchio e nei raccordi ovoidali. Profilo longitudinale,
pendenza max e raccordo verticale. Linee ad alta ed elevata velocità.
14) Aeroporti
Normativa ICAO esso 14. Zone di un aeroporto, pista aeroportuale e relativa
lunghezza. Le dimensioni principali degli aeromobili. Condizioni ideali di un
aeroporto. Correzione della lunghezza della pista di un aeroporto in funzione
del parametri in giuoco: altitudine, temperatura, umidità, vento, pendenza
longitudinale.
Attività d'esercitazione
A) progetto di una strada tipo VI Elaborati: 1) Planimetria
d'asse, 2) Particolare clotoide, 3) Profilo longitudinale, 4) Particolare raccordo
verticale, 5) Sezioni tipo, 6) Particolari costruttivi, 7) Quaderno delle sezioni,
8) Tombino, 9) Zona di occupazione, 10) Calcolo analitico del volumi, 11) Computo
metrico estimativo.
B) Studio della miscela di un CB e determinazione della % di bitume con i metodi
teorici dei "vuoti residui" e della "superficie specifica".
C) Calcolo di un muro di sostegno.
Modalità d'esame
L'esame consiste nella discussione degli elaborati delle esercitazioni e una prova orale su argomenti del corso.
Propedeuticità
Geotecnica.
Testi consigliati
P. FERRARI, F. GIINI: "Geometria e progetto di strade",
Vol. I, ISEDI.
P. FERRARI, F. GIINI: "Corpo stradale e pavimentazione ", Vol. II,
ISEDI.
G. TESORIERE: "Strade ferrovie e aeroporti: il progetto e le opere d'arte",
Vol. I, UTET.
G. TESORIERE: "Strade ferrovie e aeroporti : opere in terra e soprastrutture",
Vol. II, UTET.
F. GIINI, F. LA CAMERA, A. MARCHIONNA: "Appunti di costruzione di strade
ferrovie ed aeroporti", ESA.
Testi d'approfondimento
Aggiornato