Come discusso per esteso nel Capitolo 1 Aspetti strategici del presente Manuale, le caratteristiche geometriche devono essere definite nella primissima fase di concezione di una galleria, anche nel caso di un collegamento stradale che comprenda eventualmente una o più gallerie.
Tali caratteristiche sono di natura molto diversa e possono essere raggruppate nelle seguenti categorie:
Questo capitolo si basa principalmente sulle relazioni tecniche 05.11.B " Cross section geometry in Unidirectional road tunnels" e 05.12.B "Cross section design for bi-directional road tunnels".
La Sezione Metodo costruttivo e la sezione richiama la relazione tra il metodo costruttivo e la sezione della galleria.
La Sezione Capacità di traffico in galleria fornisce un riepilogo delle nozioni teoriche relative alla capacità di traffico.
La Sezione Allineamento generale ed esempi nazionali riprende le norme principali in materia di allineamento generale delle strade, inclusi i valori principali usati in alcuni paesi e insiste sull’esigenza di mantenere le più ampie caratteristiche geometriche della strada esterna anche nella galleria (con l’eccezione importante della pendenza massima, che deve essere limitata).
La Sezione Geometria della carreggiata si occupa in maniera specifica del profilo trasversale della carreggiata nelle gallerie stradali sia mono che bidirezionali.
La Sezione Tolleranza verticale tratta la tolleranza verticale della galleria.
La Sezione Elementi speciali riguarda le corsie d’emergenza e gli spazi esterni alla carreggiata, nonché le varie caratteristiche di sicurezza che devono essere presenti lungo la galleria.
Il presente capitolo del Manuale è stato redatto da Willy De Lathauwer (Belgio), membro associato del comitato C4 in veste di rappresentante dell’ITA.
Fathi Tarada (Regno Unito) ha rivisto l’intero capitolo.
Per le gallerie stradali, la forma della sezione è tipicamente rettangolare o circolare e dipende in gran parte dal metodo costruttivo. Nella Tabella 6.1-1 sono riportate alcune sezioni tipiche con i corrispondenti metodi costruttivi.
Le dimensioni delle forme impiegate dipendono dalle dimensioni della sezione necessaria per il traffico. Queste possono variare in base ai seguenti fattori:
A livello internazionale, la reazione alle suddette differenze può variare in larga misura. Nei singoli paesi, le reazioni alle diverse situazioni cambiano ed evolvono con il passare del tempo.
| N° | Sezione | Metodo costruttivo tipico | Commento |
|---|---|---|---|
| 1 | Circolare | Fresa per gallerie (TBM) | Questo metodo è stato recentemente esteso in Giappone alle sezioni rettangolari |
| 2 | Rettangolare | Galleria immersa | Negli Stati Uniti sono comuni le sezioni circolari |
| 3 | Rettangolare | Galleria cut and cover | La tecnologia prefabbricata si traduce talvolta in sezioni circolari al di sopra della carreggiata |
| 4 | A ferro di cavallo | Varata | Applicato nella roccia dura |
| 5 | Calotta circolare e arco invertito ellittico | Metodi di sostenimento dello scavo | Nella roccia dura sono abituali le forme a ferro di cavallo |
La capacità teorica di una sezione stradale si definisce come il passaggio massimo di veicoli all’ora. Viene determinata misurando il numero massimo di auto passeggeri in un arco di tempo di quindici minuti e moltiplicandolo per un fattore dell’ora di punta. Non si tratta di un massimo assoluto, ma piuttosto di una ragionevole ripetibilità. Espressa in questi termini, la capacità dipende soltanto dal numero e dalla larghezza delle corsie e degli spazi esterni alle carreggiate, come anche dalla pendenza della sezione. Non dipende invece dalla percentuale di veicoli pesanti, in quanto è chiaro che questa intensità sarà al massimo quando il traffico è composto esclusivamente da veicoli leggeri e guidatori regolari. Se non vi sono elementi a limitarla, la capacità teorica è di circa 2.200 veicoli all’ora per corsia (v/h/1). Maggiori informazioni sono riportate nel Capitolo 4 "Capacity and speed in relation to the geometry of roads and roads tunnels" della relazione 05.11.B and in Capitolo 3 "Traffic speed and densities" della relazione 05.12.B.
La capacità pratica di una sezione si calcola sulla base della capacità teorica senza le restrizioni sopra menzionate (2.200 v/h/l). I fattori di limitazione sono applicati sulla base delle caratteristiche effettive della sede stradale. Tali fattori principali sono:
La capacità pratica di una carreggiata in una direzione, Cp , si calcola quindi con la formula:
Cp= 2200 . N . Fw . Fhv . Fc, dove N è il numero di corsie.
I fattori possono essere ulteriormente calcolati e adattati secondo le formule e le tabelle riportate nel Capitolo 4 "Capacity and speed in relation to the geometry of roads and roads tunnels" della relazione 05.11.B e nel Capitolo 3 "Traffic speed and densities" della relazione 05.12.B.
Maggiori informazioni sono inoltre reperibili nell’HCM (Highway Capacity Manual) emesso dal Transportation Research Board (Stati Uniti).
Bisogna evitare le curve strette, soprattutto se sono associate a un allineamento diritto. Occorre osservare una curvatura minima di 550-600 m. Le tolleranze laterali devono inoltre assicurare la visibilità longitudinale nelle curve.
Nelle gallerie urbane è opportuno considerare velocità di progetto vicine alla velocità effettiva in condizioni di traffico fluido e non congestionato.
A causa dell’influenza sulla velocità, i profili di pendenza longitudinale causano più incidenti, soprattutto in presenza di alti volumi di traffico (aumento della velocità verso il basso).
Le sezioni ridotte sono pericolose e possono provocare incidenti.
Occorre prestare attenzione al fatto che, se la larghezza della carreggiata e dello spazio fuori dalla carreggiata nella galleria e nella zona di avvicinamento alla galleria è inferiore a quella della strada a cielo aperto, questi cambiamenti devono essere implementati ben prima dell’imbocco della galleria e nel modo più lineare possibile: si veda il Capitolo 4.7 "Design of tunnel portals" della relazione 2008R17.
Nelle gallerie rettangolari o nelle gallerie dotate di soffitto per scopi di ventilazione si registrano spesso incidenti che coinvolgono veicoli sovradimensionati.
Si consiglia di installare fuori dalla galleria, prima di ogni imbocco, un cartello che indichi la via di fuga e un sistema per arrestare fisicamente i veicoli sovradimensionati.
Maggiori informazioni sono riportate nella Sezione IV.2.6 "Height clearance" della relazione 05.04.B.
Le gallerie bidirezionali causano più incidenti di quelle monodirezionali. Nondimeno, gli utenti osservano piuttosto rigorosamente il divieto di superare nelle gallerie con pendenze longitudinali medie. In caso di pendenze ripide, è però opportuno prevedere una corsia aggiuntiva per i veicoli lenti.
È vivamente sconsigliato cambiare la direzione di traffico per ovviare ai picchi di traffico giornaliero.
Le gallerie bidirezionali possono essere economiche nell’ottica della costruzione graduale delle gallerie autostradali, dove considerazioni di carattere economico richiedono che l’operatività con traffico bidirezionale sia programmata in una fase iniziale, per considerare il traffico monodirezionale soltanto in un secondo momento. La condizione è però che la larghezza utilizzabile della galleria sia progettata tenendo presenti i requisiti del traffico bidirezionale e sia quindi sufficientemente larga per assorbire una serie di picchi di traffico (ad es. vacanze estive o invernali). Anche se una simile organizzazione può risultare accettabile dal punto di vista della sicurezza, deve essere il più possibile evitata, e comunque vietata nelle gallerie urbane.
Gli interscambi sotterranei (svincoli in entrata e in uscita) possono provocare degli incidenti e devono quindi essere correttamente progettati. L’impianto per l’illuminazione deve porre in evidenza questi punti particolari e le problematiche geometriche affrontate dal guidatore. Occorre inoltre prestare attenzione alla percezione visiva del conducente.
All’interno della galleria, gli svincoli devono essere posizionati a una certa distanza dall’imbocco. Alcuni incidenti, perlopiù incidenti con feriti, si sono verificati in gallerie dove lo svincolo si trovava subito dopo la galleria. Nel caso di gallerie con condizioni di spazio ristretto, è opportuno prevedere una corsia aggiuntiva all’interno della galleria per gli svincoli di uscita.
Fig. 6.4-1: Esempio di sezione
La terminologia deve essere definita come segue:
Maggiori informazioni sono riportate nel Capitolo 2 "Terminology" della relazione 05.11.B.
Per favorire una gestione efficace, le strade sono classificate gerarchicamente in base alla funzione. Le reti stradali con la classificazione più elevata sono i collegamenti interstatali come la rete stradale transeuropea o le autostrade interstatali negli Stati Uniti. Le reti nazionali sono costituite da strade che collegano regioni urbane e centri economici nazionali. Le reti regionali fungono da collegamento tra le città regionali. Vengono formulati i requisiti funzionali delle diverse strade e reti funzionali, quali velocità, livello di congestione e distanze tra le intersezioni.
La maggior parte dei paesi ha proprie direttive e linee guida che disciplinano i requisiti per la geometria delle carreggiate. Nel
Capitolo 5 "Traffic lanes and carriageway" della relazione 05.11.B è riportato un confronto tra le linee guida internazionali.
| Paese e titolo delle linee guida o altra fonte | Velocità di progetto o velocità di riferimento [km/h] | Larghezza della corsia [m] | Larghezza della segnaletica orizzontale di corsia [m] | Larghezza della carreggiata [m] |
|---|---|---|---|---|
| Austria RVS 9.232 | 80 - 100 | 3,50 | 0,15 | 7,00 |
| Danimarca (practise) | 90 - 120 | 3,60 | 0,10 | 7,20 |
| Francia CETU | 80 - 100 | 3,50 | ? | 7,00 |
| Germania | 100 (26 T, 26 Tr) | 3,50 | 0,15 | 7,00 |
| Germania RAS-Q 1996 | 70 (26 t) | 3,50 | 0,15 | 7,00 |
| Germania RABT 94 | 110 (29,5 T) | 3,75 | 0,15 | 7,50 |
| Giappone | 80 - 120 | 3,50 | 7,00 | |
| Giappone Ordinanza sulla struttura delle strade | 60 | 3,25 | 6,50 |
Si raccomanda che la larghezza delle corsie di traffico nelle gallerie con velocità di progetto di 100 km/h non sia inferiore a 3,50 m. Nei casi in cui sia accettabile/necessario imporre limiti di velocità (80 o addirittura 60 km/h) nelle gallerie stradali (per motivi quali curve difficili inevitabili, riduzione del rumore nell’area edificata, capacità limitata necessaria, riduzione dei costi), una restrizione della larghezza delle corsie (ad esempio fino a 3,25 m) può aiutare i guidatori a ridurre la velocità e fungere quindi da supporto psicologico per il limite di velocità. Questo si ottiene generalmente con controlli frequenti e ammende elevate. In alcune gallerie urbane, dove sono ammessi soltanto veicoli leggeri, sono accettabili anche gallerie più strette; nelle curve occorre prestare attenzione all’influenza della curvatura della pavimentazione sulla larghezza della struttura.
Maggiori informazioni sono riportate nel Capitolo V "Traffic lanes and carriageway" della relazione 05.11.B and Sezioni da 7.1 a 7.5 del Capitolo 7 "Geometric cross section" della relazione 05.12.B.
L’altezza minima al di sopra della carreggiata dev’essere pari almeno all’altezza massima (di progetto) dei veicoli pesanti che possono circolare sulla strada, con un'ulteriore tolleranza necessaria per consentire il movimento dei veicoli in caso di irregolarità della pavimentazione e del veicolo.
L’altezza minima dipende dall’altezza massima dei veicoli pesanti e varia da paese a paese. Nella maggior parte dei paesi europei l’altezza massima dei veicoli pesanti è pari a 4,0 m, ma alcuni paesi ammettono valori più elevati (Regno Unito, Stati Uniti): si veda la Tabella 7.1 nel Capitolo 7 "Maintained headroom" della relazione 05.11.B.
Nell’Unione europea l’altezza massima dei veicoli pesanti è di 4,00 m, anche se le convenzioni di Ginevra ammettono un massimo di 4,3 m. Aggiungendo un margine di 0,20 m a queste altezze massime allo scopo di assorbire i movimenti verticali dei veicoli pesanti, le tolleranze verticali minime richieste risultano essere di 4,20 m (4,50 m).
Al di sopra di queste tolleranze minime occorre prevedere un’altezza aggiuntiva affinché i conducenti di veicoli pesanti possano sentirsi a proprio agio. Tale margine di confort è associato alla distanza dall’oggetto. L’altezza minima più il margine di confort danno l’altezza richiesta. Se per il margine di confort si prende un valore di 0,30 m, l’altezza richiesta è pari a 4,50 m (convenzione di Ginevra 4,80 m, Regno Unito 5,35 m, Stati Uniti 4,90 m sulle autostrade senza pedaggio, 4,30 m sulle altre autostrade).
Per prevenire danni agli impianti montati al di sopra della carreggiata, provocati ad esempio da teloni sciolti, si applica spesso un’ulteriore tolleranza.
Infine, occorre tenere conto anche delle imprecisioni nella costruzione, della curvatura del tetto e delle possibili pavimentazioni successive; si veda il Capitolo 7 "Maintained headroom" della relazione 05.11.B e il Capitolo 7.8 "Vertical clearances" della relazione 05.12.B.
Il caso specifico della progettazione geometrica delle gallerie urbane ad altezza ridotta viene trattato separatamente, in quanto tali gallerie sono normalmente riservate alle auto e ad alcune categorie ristrette di furgoni (leggeri).
Lo studio completo è stato condotto in relazione alla Francia e implica i seguenti punti specifici dovuti alla presenza soprattutto di auto (studio riportato nell'articolo "Reduced height urban tunnels geometric design" (Routes/Roads 288 - 1995):
Per facilitare e chiarire la comunicazione e il confronto, occorre definire una serie minima di termini riguardanti la carreggiata e lo spazio esterno alla carreggiata. Il gruppo di lavoro che ha prodotto la relazione tecnica 05.11.B "Cross section geometry in uni-directionnal tunnels" decided to apply the following terminology:
La distinzione è giustificata dal fatto che sembrerebbe esservi un accordo generale circa l’uso e le dimensioni della carreggiata, mentre le dimensioni e i requisiti degli elementi dello spazio esterno alla carreggiata differiscono notevolmente tra i paesi. La corsia d’emergenza viene definita come un’"area di tolleranza stradale per parcheggiare i veicoli in caso di emergenza".
Sulle strade del tipo autostradale a cielo aperto è generalmente presente una corsia d’emergenza. Le tolleranze stradali nelle gallerie sono spesso ristrette per ragioni economiche. Tale restrizione può rendere impossibile la sosta dei veicoli guasti sulla tolleranza stradale adiacente alla corsia di marcia, senza che questi occupino parte della corsia di marcia e interrompano così il flusso del traffico.
La geometria degli spazi esterni alla carreggiata varia di paese in paese e quindi non si possono fornire norme o valori di validità generale. In molti paesi, per via dei costi, la larghezza della tolleranza stradale è troppo stretta per poter parcheggiare un veicolo adeguatamente. Per questo motivo vengono predisposte delle piazzole a determinate distanze. Secondo l’esperienza norvegese e spagnola, tuttavia, soltanto il 40% dei veicoli guasti raggiunge o utilizza effettivamente le piazzole. Questo dimostra come le piazzole non possano sostituire completamente le corsie d’emergenza: si vedano le Sezioni da 8 a 10 del Capitolo III "Breakdowns" della relazione 05.04.B.
La tolleranza stradale deve offrire la possibilità di parcheggiare un veicolo in panne al di fuori della carreggiata. Pertanto, la larghezza misurata dal lato esterno della segnaletica orizzontale a margine della corsia deve essere pari almeno alla larghezza di un’auto passeggeri (1,75 m) più una larghezza di 0,50 m per consentire agli automobilisti di scendere, ottenendo così una tolleranza stradale di 2,45 m.
Nel caso in cui al di fuori della carreggiata si debbano parcheggiare anche camion pesanti, occorre una larghezza di (2,50 + 0,50 + 0,20 =) 3,20 m, come spiegato nel Capitolo 6 "The off-carriageway" della relazione 05.11.B
Figura 6.6-1: Allineamento tipico delle barriere di sicurezza nello spazio esterno alla carreggiata
Le barriere di sicurezza sono comunemente definite come "costruzioni massicce che riportano i veicoli entrati in collisione con la parete laterale della galleria in modo sicuro nella direzione del traffico". Sono diverse dai guardrail, che sono un tipo di costruzione flessibile o frangibile sostenuto da pali, utilizzato per prevenire la collisione dei veicoli con la parete laterale della galleria.
Nel caso delle gallerie è discutibile se la distanza dall’oggetto sia determinata dalla distanza tra il lato interno della segnaletica orizzontale a margine della corsia e il cordolo del marciapiede, dalla parte anteriore delle barriere di sicurezza o dei guardrail o ancora dalla parete laterale della galleria. Esiste un accordo generale sul fatto che nel caso siano impiegati marciapiedi a basso livello la distanza dalla parete della galleria sia una misura efficace. Se non vi sono marciapiedi presenti, occorre considerare la distanza dalla base o dalla cima delle barriere di sicurezza.
Soprattutto in galleria, i guidatori preferiscono mantenere una certa distanza dalla parete (o dal marciapiede, guardrail o barriera di sicurezza), a causa dei movimenti più ristretti dell'angolo visivo quando si fissano gli oggetti. L’esperienza mostra che se la distanza dall’oggetto in galleria è inferiore rispetto alla strada adiacente, gli automobilisti si spostano per mantenere la distanza dalla parete della galleria: si veda il Capitolo 6 "The off-carriageway" della relazione 05.11.B
Se i veicoli che superano la segnaletica orizzontale a margine della corsia non possono essere reindirizzati in tempo, occorre almeno ridurre al minimo le conseguenze della collisione con la parete. Ciò si può ottenere per mezzo di barriere di sicurezza o guardrail. Le barriere di sicurezza richiedono meno spazio dei guardrail. Quando i veicoli si scontrano con le barriere di sicurezza ad angoli limitati (acuti), possono essere reindirizzati nella direzione del traffico ed è possibile che si riescano a evitare gravi incidenti. Quando i veicoli si scontrano con le barriere di sicurezza ad angoli elevati (ottusi), i risultati della collisione possono essere più gravi. I guardrail non sono efficaci come le barriere di sicurezza nel correggere/reindirizzare i veicoli erranti; tuttavia, causano meno danni in caso di collisione ad angolo ottuso. Ecco perché le barriere di sicurezza devono essere privilegiate in caso di tolleranze stradali strette, e i guardrail in caso di tolleranze stradali larghe.
Poiché i guardrail richiedono uno spazio di curvatura, ciò significa una larghezza extra della galleria, che in molti casi non è realizzabile dal punto di vista economico. Le barriere di sicurezza sono adatte soprattutto se la velocità è limitata e richiedono inoltre una manutenzione minore.