Obiettivi Formativi

L'obiettivo formativo del corso di Costruzioni di Strade, Ferrovie ed Aeroporti è quello di fornire allo studente di Ingegneria Civile e dei Sistemi Edilizi le conoscenze di base che riguardano la composizione geometrica di un’infrastruttura di trasporto, gli strumenti analitici necessari alla definizione della geometria degli elementi costituenti (distanza di visibilità per le manovre più critiche, curve planimetriche, raccordi altimetrici concavi e convessi, etc.) e soluzioni teoriche consolidate nella prassi professionale, anche in osservanza alla vigente normativa. Tale obiettivo viene conseguito attraverso la comprensione delle principali caratteristiche del moto su strada e su ferrovia e, specialmente, attraverso le relazioni che si creano tra resistenze, sforzo di trazione e aderenza. La conoscenza di questi fenomeni consente di definire i modelli numerici in grado di dimensionare la geometria di una strada o di una linea ferrata, con riguardo alla prestazione del veicolo ed alla sicurezza degli utenti. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite e la comprensione dei principi fondamentali della disciplina per: a) capire il legame esistente tra i flussi di traffico generati dal territorio circostante e una infrastruttura viaria da progettare o adeguare se esistente; b) determinare le resistenze al moto dei veicoli terrestri in tutte le usuali condizioni e, conseguentemente, le ricadute sulla sicurezza di particolari manovre, quali l’arresto o il sorpasso; c) calcolare un’opportuna geometria sia planimetrica che altimetrica che renda possibile il controllo di particolari variabili ritenute critiche, quali la velocità, l’accelerazione centrifuga, la sterzatura, la distanza di visibilità per l’effettuazione di manovre a rischio; d) applicare ed interpretare correttamente la vigente normativa che regola la progettazione e la costruzione delle strade; Le basi teoriche così acquisite, permetteranno agli studenti di identificare, formulare e risolvere problemi utilizzando metodi, tecniche e strumenti continuamente aggiornati dal docente, in modo da poter affrontare, anche in collaborazione, la professione di ingegnere o la prosecuzione degli studi in ambito magistrale. L’illustrazione del contenuto della materia avviene mediante un linguaggio appropriato e rigoroso, in modo da sviluppare la capacità di analizzare ed elaborare i concetti acquisiti con piena autonomia di giudizio, a presentare i risultati e sostenere argomentazioni teoriche su temi applicativi dell'Ingegneria civile-edile, con particolare riferimento a quelli riguardanti le opere stradali e ferroviarie, consentendo così un’efficace comunicazione sia con interlocutori esperti del settore che con attori non specialisti e di diversa formazione.

Learning Goals

The educational target of this course is to provide the basic knowledge regarding the road alignment, the analytical tools necessary to determine sight distances for the most critical maneuvers, horizontal curves, concave and convex vertical curves, etc.) with theoretical solutions consolidated in professional practice, also in compliance with the current legislation. This objective is achieved by studying the main characteristics of motion and, especially, through the relationships created between resistances, traction effort and friction. The knowledge of these phenomena allows to define numerical models in order to dimension the geometry of a road, with regard to vehicle performance and user safety. At the end of the course, the student will be able to apply the acquired knowledge and the understanding of the fundamental principles of the discipline to: a) understand the link between the traffic flows generated by the surrounding area and the characteristics of a road infrastructure; b) determining the resistance to motion of vehicles in all the usual conditions and, consequently, the effects on the safety of particular maneuvers, such as stopping or passing; c) calculate an appropriate alignment that makes it possible to control particular variables deemed critical, such as speed, centrifugal acceleration, steering, sight distance, etc.; d) apply and correctly interpret the current legislation governing the design and construction of roads. The theoretical bases so acquired, will allow students to identify, formulate and solve problems using methods, techniques and tools that are constantly updated by the teacher, so as to be able to collaborate with other engineers or to continue his studies in a master's degree. The illustration of the content of the course takes place through an appropriate and rigorous language, in order to develop the ability to analyze and process the concepts acquired with full autonomy of judgment, to present the results and support theoretical arguments regarding topics of civil engineering, with particular reference to those concerning road and railway works, thus allowing effective communication both with expert interlocutors and with non-specialist actors of different fields.

Metodi didattici

Il corso viene erogato mediante lezioni frontali (24 ore) ed esercitazioni in aula (24 ore) di gruppo, guidate dal docente. Le lezioni sono svolte mediante slide proiettate, interagendo frequentemente con gli studenti. Nelle 24 ore previste per le esercitazioni, gli studenti lavoreranno attivamente con l’aiuto di strumenti di calcolo elementari (foglio di calcolo Excel). È favorito il confronto tra studenti; eventuali dubbi o difficoltà verranno chiariti con il docente in aula, in modo da sviluppare tra i discenti una maturazione complessiva nel linguaggio e nella scrittura che va oltre l’acquisizione dei contenuti della disciplina. Il risultato di quest’attività sarà raccolta in un documento complessivo che lo studente porterà agli esami anche per fruire di rapide consultazioni e fornire commenti critici del lavoro eseguito in aula. Il docente metterà a disposizione le slide comprensive di tutti gli argomenti trattati al corso, a beneficio, specialmente, di chi non può partecipare direttamente in aula.

Teaching Methods

The course is delivered through lectures (24 hours) and guided group exercises with teacher support in the classroom (24 hours). The lessons are carried out using projected slides and frequent interactions with students. In the exercises, the students will actively work with the help of elementary calculation tools (spreadsheet Excel). The collaboration between students is favored; any doubts or difficulties will be clarified with the teacher in the classroom, so as to develop an overall maturity in the language and in the writing that goes beyond the acquisition of the contents of the discipline. The result of this activity will be collected in a comprehensive document that the student will take to the exams also to take advantage of quick consultations and provide critical comments on the work performed in the classroom. The professor will make the slides available including all the topics covered in the course, especially for those who cannot participate directly in the classroom.

Prerequisiti

Conoscenze di analisi matematica (concetti di limite, derivata, integrale, equazioni differenziali), conoscenze di fisica (concetti di forze, tensioni, deformazioni, equilibrio).

Prerequisites

Knowledge of mathematical analysis (concepts of limit, derivative, integral, differential equations), knowledge of physics (concepts of forces, stresses, deformations).

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento è effettuata attraverso un esame che consta di una prova orale. Nel caso lo studente abbia frequentato il corso e svolto le esercitazioni, l’esame riguarderà la discussione critica di tali esercitazioni, approfondendo aspetti di interesse e dettaglio. Ulteriori argomenti che non sono trattati nelle esercitazioni possono essere oggetto di domande all’orale e riguardano, principalmente, le ferrovie e gli aeroporti. Per chi non ha frequentato in aula, l’esame orale consisterà in applicazioni numeriche che riguarderanno tutto il programma trattato. La votazione conseguita in trentesimi, se positiva, dipenderà dal grado di preparazione dello studente, dall'approfondimento dedicato alla materia, dalla capacità di collegare le diverse parti del programma. Sono altresì oggetto di valutazione il rigore metodologico e la proprietà di linguaggio nell'esposizione degli argomenti.

Assessment

Verification of learning is carried out through an oral exam. If the student has attended the course and carried out the exercises, the exam will concern the critical discussion of these exercises, examining aspects of interest and detail. Additional topics that are not covered in the exercises can be the subject of oral questions and mainly concern railways and airports. For those who have not frequented the lessons, the oral exam will consist of numerical exercises that can regard the whole program in general. The obtained score out of thirty, if positive, will depend on the degree of preparation of the student, on the depth dedicated to the course, on the ability to link the different parts of the program. The methodological rigor and the ownership of language in the presentation of the arguments are also evaluated.

Programma del Corso

Il corso è suddiviso nei seguenti paragrafi che dovrebbero essere affrontati nell’ordine riportato e che vanno dall’analisi del traffico, che rappresenta la forzante, fino ai codici di calcolo necessari per il calcolo della geometria orizzontale e verticale, nel rispetto della normativa vigente. Gli ultimi due paragrafi riguardano le ferrovie e pochi cenni sugli aeroporti, per l’approfondimento dei quali si rimanda alle discipline previste nelle magistrali del Corso di Laurea in Ingegneria Civile. L'elenco dettagliato degli argomenti trattati è il seguente: IL TRAFFICO: caratteristiche e stima della domanda di mobilità, la domanda creata, deviata e indotta, dimensionamento della sezione. INTRODUZIONE ALLA NORMATIVA: ambiti di applicazione, reti di trasporto, classificazione, scelte progettuali. MECCANICA DELLA LOCOMOZIONE: l’aderenza, equilibrio della ruota, resistenze al moto ordinarie ed addizionali, equazione della trazione, distanze di visibilità per l’arresto e il sorpasso. LA MISURA DELLA QUALITÀ DELLA CIRCOLAZIONE: i livelli di servizio. Applicazioni alle strade extraurbane di tipo F, alle corsie di arrampicamento e alle corsie di sorpasso. LA CLASSIFICAZIONE FUNZIONALE DELLE STRADE: distinzione con la classificazione amministrativa e con quella puramente tipologica. Cenni all’analisi degli incidenti. LA VISIBILITÀ: percezione del tracciato, raggio minimo planimetrico, verifica presenza ostacolo lungo il ciglio interno. L’EQUILIBRIO IN CURVA: equilibrio al ribaltamento e sbandamento, calcolo del raggio minimo, criterio di progetto del sopralzo. LE CURVE DI TRANSIZIONE: caratteristiche generali, la clotoide, calcolo elementi geometrici della clotoide, i criteri per la definizione del parametro di scala A, clotoide di transizione, di continuità e di flesso. L’ANDAMENTO ALTIMETRICO ED I RACCORDI VERTICALI: pendenza limite, lunghezza critica delle livellette, velocità ammissibile in discesa, calcolo del raggio verticale convesso e concavo, tracciamento del raccordo verticale. IL COORDINAMENTO PLANO-ALTIMETRICO: norma italiana, normative straniere. LE FERROVIE: la sede, meccanica della locomozione, i gradi di prestazione, lo svio, il raggio minimo, le curve di transizione, i raccordi verticali. CENNI - GLI AEROPORTI: principali definizioni, scelta del sito, schema dell’aeroporto, orientamento delle piste di volo.

Course Syllabus

Italiano (numero di caratteri spazi inclusi da 1500 a 4000 per ciascuna lingua) Il corso è suddiviso nei seguenti paragrafi che dovrebbero essere affrontati nell’ordine riportato e che vanno dall’analisi del traffico, che rappresenta la forzante, fino ai codici di calcolo necessari per il calcolo della geometria orizzontale e verticale, nel rispetto della normativa vigente. Gli ultimi due paragrafi riguardano le ferrovie e pochi cenni sugli aeroporti, per l’approfondimento dei quali si rimanda alle discipline previste nelle magistrali del Corso di Laurea in Ingegneria Civile. L'elenco dettagliato degli argomenti trattati è il seguente: IL TRAFFICO: caratteristiche e stima della domanda di mobilità, la domanda creata, deviata e indotta, dimensionamento della sezione. INTRODUZIONE ALLA NORMATIVA: ambiti di applicazione, reti di trasporto, classificazione, scelte progettuali. MECCANICA DELLA LOCOMOZIONE: l’aderenza, equilibrio della ruota, resistenze al moto ordinarie ed addizionali, equazione della trazione, distanze di visibilità per l’arresto e il sorpasso. LA MISURA DELLA QUALITÀ DELLA CIRCOLAZIONE: i livelli di servizio. Applicazioni alle strade extraurbane di tipo F, alle corsie di arrampicamento e alle corsie di sorpasso. LA CLASSIFICAZIONE FUNZIONALE DELLE STRADE: distinzione con la classificazione amministrativa e con quella puramente tipologica. Cenni all’analisi degli incidenti. LA VISIBILITÀ: percezione del tracciato, raggio minimo planimetrico, verifica presenza ostacolo lungo il ciglio interno. L’EQUILIBRIO IN CURVA: equilibrio al ribaltamento e sbandamento, calcolo del raggio minimo, criterio di progetto del sopralzo. LE CURVE DI TRANSIZIONE: caratteristiche generali, la clotoide, calcolo elementi geometrici della clotoide, i criteri per la definizione del parametro di scala A, clotoide di transizione, di continuità e di flesso. L’ANDAMENTO ALTIMETRICO ED I RACCORDI VERTICALI: pendenza limite, lunghezza critica delle livellette, velocità ammissibile in discesa, calcolo del raggio verticale convesso e concavo, tracciamento del raccordo verticale. IL COORDINAMENTO PLANO-ALTIMETRICO: norma italiana, normative straniere. LE FERROVIE: la sede, meccanica della locomozione, i gradi di prestazione, lo svio, il raggio minimo, le curve di transizione, i raccordi verticali. CENNI - GLI AEROPORTI: principali definizioni, scelta del sito, schema dell’aeroporto, orientamento delle piste di volo. Inglese The course is divided into the following paragraphs that should be carried out in the order shown and ranging from traffic analysis, which represents the starting load to calculate the horizontal and vertical geometry, in compliance with current legislation. The last two paragraphs concern the railways and a few hints on airports, for further information, please refer to the courses provided for in the master’s degree in Civil Engineering. The detailed list of topics covered is as follows: TRAFFIC: characteristics and estimate of mobility demand, created, diverted and induced demand, dimensioning of the cross section. INTRODUCTION TO THE ITALIAN STANDARDS: areas of application, transport networks, classification, design choices. LOCOMOTION MECHANICS: friction, ordinary and additional motion resistances, traction equation, sight distances for stopping and passing. THE MEASUREMENT OF TRAFFIC QUALITY: service levels of service. Applications to type F rural roads, climbing lanes and passing lanes. THE FUNCTIONAL CLASSIFICATION OF THE ROADS: distinction with the administrative and purely typological classification. Notes on accident analysis.4. Visibility: perception problems, minimum horizontal radius, obstacle presence along the inner edge. CURVE DESIGN: minimum radius, design criterion. TRANSITION CURVES: general characteristics of clothoids, geometric elements of clothoids, definition of the scale parameter A, transition continuity and inflection clotoid. VERTICAL ALIGNMENT: limit slope, admissible downhill speed, calculation of the convex and concave vertical radius. HORIZONTAL AND VERTICAL COORDINATION: Italian and International standard. RAILWAYS: mechanics of locomotion, degrees of performance, minimum horizontal radius, transition curves, vertical radius. HINTS OF AIRPORTS: main definitions, site selection, airport layout, runway orientation.