Teoria Strade

Strade teoria

Per un'infrastruttura di trasporto occorre sviluppare in maniera compiuta tutte le fasi di progettazione ed effettuare una serie di analisi che hanno come finalità la valutazione della fattibilità tecnico-economica. È bene quindi fare una valutazione della redditività di un'infrastruttura di trasporto. Un progetto rappresenta l'insieme di attività economiche che si suddividono in uno studio di prefattibilità economica, progettazione preliminare, progettazione definitiva e la progettazione esecutiva che è costituita da un'analisi finanziaria e un'analisi economica.

Analisi finanziaria

Sull'analisi finanziaria il cui soggetto attuatore è l'imprenditore, si hanno i costi e i ricavi; i costi costituiscono il capitale iniziale che un imprenditore è disposto ad investire e i costi di ammortamento del capitale stesso, mentre i ricavi derivano ovviamente dalla vendita di tale bene. Se i ricavi eguagliano i costi l'operazione può essere considerata avviata mentre se i ricavi superano i costi, si parla di extra-profitto dato che si avrebbe un aumento del numero di imprenditori disposti ad effettuare la stessa operazione.

Analisi economica

Sull'analisi economica invece, nel quale il soggetto attuatore è la collettività, si hanno da una parte i costi relativi alla manutenzione di impianti, oneri finanziari, costi di ammortamento del capitale iniziale, dall'altra parte ci sono i benefici prodotti per la collettività.

In base a come viene definito un determinato bene, monetizzabile o non monetizzabile, si possono applicare un'analisi beneficio-costi o un'analisi multicriteria.

Beni monetizzabili non monetizzabili e analisi beneficio-costi

Un bene monetizzabile è un bene al quale è possibile attribuire un valore economico, come per esempio la realizzazione di una variante, un by-pass che garantisce un risparmio di tempo nell'effettuare uno spostamento al quale si può assegnare un valore, oppure al risparmio di tempo nel centro abitato. Un esempio di bene non monetizzabile è la riduzione di inquinamento nel centro abitato poiché non si è ancora definito un legame tra inquinanti e le possibili malattie derivanti. Sui beni monetizzabili si effettua l'analisi B-C (benefici - costi) che permette di individuare i progetti che massimizzano il benessere collettivo e l'acquisto di un bene viene descritto attraverso una curva di domanda, decrescente al crescere degli utenti. Si individuano U* persone disposte a pagare il prezzo massimo per un certo bene, di queste U* persone solo una paga la massima cifra che era disposta a pagare (utente marginale), tutti gli utenti precedenti a U* avrebbero voluto spendere di più ma spendono di meno, ottenendo un risparmio (surplus del consumatore). La realizzazione di un nuovo progetto, se ha senso realizzarlo, comporterà un ulteriore guadagno cioè la variazione del surplus (∆S) che rappresenta il vero e proprio beneficio perché si riducono i costi ed aumenta il surplus.

L'individuazione dei progetti su cui si applicherà l'analisi B-C parte dallo studio della prefattibilità in cui sono presenti tutti i progetti in grado di risolvere il problema. La procedura di soluzione dei progetti parte da un insieme di progetti dipendenti che si suddividono in progetti complementari o in concorrenza, occorre quindi considerare tutte le combinazioni di progetti dipendenti in modo da avere un certo numero di progetti indipendenti. Infine, si opera un'ulteriore aggregazione per ottenere un numero ridotto di progetti incompatibili, un progetto si dice incompatibile con un altro quando la realizzazione di entrambe rende impossibile o superfluo l'altro. Su questa categoria di progetti applico l'analisi B-C e scelgo il progetto più conveniente.

Un progetto può essere economicamente conveniente se ha un VAN positivo. Tra due progetti alternativi e incompatibili si sceglie sempre quello con il VAN maggiore. Il VAN decresce all'aumentare di r perché abbiamo benefici lontani nel tempo e spese di investimento prossime. L'analisi benefici-costi permette di individuare i progetti che massimizzano il benessere collettivo.

Il VAN (valore attuale netto) è dato dalla somma dei lavori attualizzati delle differenze, anno per anno, tra benefici prodotti dal progetto e costi sostenuti per realizzare e gestire l'opera. La somma è estesa a tutti gli anni di vita dell'opera. R = valore residuo dell'opera, B = benefici, C = costi, i = scadenze temporali, r = tasso di attualizzazione ed n = numero di anni per cui viene fatta la valutazione di redditività.

Come varia il VAN

Il VAN, valore attuale netto, è un indicatore di redditività calcolato attraverso un'analisi B-C. Il VAN decresce con l'aumentare del tasso di attualizzazione, l'attualizzazione serve per trasformare delle somme sborsate o acquisite nel tempo in equivalenti somme nel presente, perché ogni progetto prevede la maggior parte dei costi nei primi anni di realizzazione. I benefici, invece, si focalizzano verso la fase terminale del periodo di analisi. Il saggio di rendimento interno (SRI) è definito come quel valore del tasso di attualizzazione che rende nullo il VAN ed è un parametro che viene utilizzato senza dover fissare un valore del tasso di attualizzazione poiché è definito da una scelta politica da parte della Banca Europea.

Il SRI è utile per confrontare vari progetti tra di loro. Un progetto sarà economicamente più vantaggio se il suo SRI è superiore ad un valore prefissato e quindi, un progetto è migliore di un altro se ha un SRI maggiore.

Costo medio generalizzato del trasporto e modello di previsione della domanda di trasporto

I benefici dell'analisi B-C sono valutati introducendo il concetto di costo generalizzato medio del trasporto, voci di costo in riferimento al trasporto motorizzato considerabile come costo monetizzabile, il quale si basa sul tempo di spostamento. Si può stabilire come si muovono le persone all'interno di una certa area di studio attraverso determinate caratteristiche che ritroviamo nel motivo dello spostamento (casa-lavoro, casa-studio, casa-acquisti), nel periodo cioè quando viene effettuato - tale spostamento (fascia oraria, 7-9 orario di punta), l'origine e la destinazione dello spostamento, la modalità utilizzata e il percorso che si è deciso di effettuare.

• Costo del consumo del carburante
• Costo del consumo di lubrificante
• Costo del consumo di pneumatici
• Costo di manutenzione
• Valore della carenza di confort
• Costo dei pedaggi e tariffe
• Valore economico degli incidenti
• Valore economico del tempo impiegato negli spostamenti, si è adottato come valore all'ora, per gli spostamenti dovuti di motivo lavoro – lavoro su strada ordinaria, il costo orario medio di un operaio.

Spostamenti casa-lavoro = 2/3 motivo lavoro - lavoro

Altri tipi di spostamento = 1/3 motivo lavoro – lavoro.

Il modello di previsione della domanda di trasporto si utilizza nelle problematiche legate alla pianificazione dei trasporti e per rendere efficaci i calcoli dei costi. È detto modello a 4 stadi e quindi può essere diviso in 4 modelli a cascata:

• Modello di generazione, ha lo scopo di stimare il numero di spostamenti che per un assegnato motivo e per un assegnato periodo della giornata avrà origine in un'assegnata zona di traffico. Modelli di generazione sono basati sui motivi casa – lavoro – studio. Possono esserci: a) modelli per indici di mobilità b) modelli regressivi.
• Modelli di distribuzione, permette di valutare quante delle persone individuate con il modello precedente termineranno il loro spostamento in un'altra zona.
• Modello di scelta modale, permette di valutare la mobilità di spostamento, ovvero come si ripartiscono queste persone in base alla modalità di trasporto. Si ipotizza un componente razionale dell'utente (mezzo di trasporto che gli costa di meno).
• Modello di assegnazione, permette di valutare il percorso scelto, ovvero come il flusso si ripartisce tra tutti i possibili percorsi che legano la zona di origine alla zona di destinazione. Generalmente ciascun individuo sceglie il percorso di minimo costo generalizzato.

Per la conoscenza dei benefici necessari per la curva della domanda, si fa riferimento al PUT (piano urbano di traffico) o anche PUM (piano urbano della mobilità) o anche PUMS (piano urbano della mobilità sostenibile), del quale devono dotarsi i paesi con abitanti > 30000 ma anche paesi con abitanti inferiori ma costituiti da alti flussi stagionali. Attraverso il PUT si ha una facilità di monitoraggio del traffico ed ha come obiettivo il miglioramento delle condizioni di traffico, della sicurezza stradale, dell'accessibilità ed una riduzione dell'inquinamento atmosferico. Il PUT segue una dinamica molto rapida rispetto al PRG poiché viene aggiornato ogni 2/3 anni e l'intervento viene fatto ai fini di una riorganizzazione e non riqualificazione o creazione di una nuova strada.

Il PUT si suddivide in diversi livelli:

1. Piano generale del traffico (modalità di intervento);
2. Piano particolareggiato del traffico analizzano specificità come sosta, parcheggi e sicurezza stradale;
3. Piano esecutivo del traffico piano di urbanizzazione con maggiore approfondimento.

Sicurezza stradale

Per quanto riguarda la sicurezza stradale si parte innanzitutto da tre fattori: veicolo, ambiente, uomo. Bisogna approfondire la meccanica della locomozione, cioè un'analisi di funzionamento dei veicoli. L'ingombro si suddivide in longitudinale e dinamico; l'ingombro longitudinale può essere un autocarro (12m), autoarticolato (15m), autotreni (18m) e per quanto riguarda la fascia di ingombro in curva è prescritto che ogni veicolo si deve poter iscrivere in una fascia a forma di corona circolare di l = 7.20m con Ri = 5.30 m e Re = 12.50m.

Affinché il veicolo prosegua da un punto A ad un punto C si deve venire a creare un fenomeno di attesa, da studiare con la teoria della coda che ci consente di dividere la corsia di accumulo in:

• Tratto di deviazione
• Tratto di invito (immissione)
• Tratto di decelerazione
• Tratto di accumulo

Allora fisso la lunghezza di accumulo pari a 18 metri, cioè pari al veicolo di lunghezza maggiore. Il massimo carico verticale consentito della strada è 12 tonnellate ovvero 120kN.

Pavimentazione

La pavimentazione è una struttura che garantisce portanza, velocità, sicurezza di marcia e si suddivide in due tipologie: le pavimentazioni continue, le quali possono essere flessibili, semirigide, rigide; mentre ci sono le pavimentazioni ad elementi che corrispondono a pavimentazioni lapidee il cui strato inferiore è costituito da estratti di cava e sono destinate a zone pedonali o traffico molto basso. Abbiamo anche le pavimentazioni a masselli autobloccanti che sono una tipologia proveniente da pavimentazioni ad elementi.

Una pavimentazione continua flessibile è costituita da uno strato di conglomerato bituminoso composto in superficie da uno strato di usura, poi c'è il binder e poi la base. Successivamente in profondità troviamo la posa o la fondazione e il sottofondo e quindi è una miscela trifasica con natura impermeabilizzante. È di particolare importanza il conglomerato bituminoso che ha un comportamento visco-elastico-plastico. Il comportamento viscoso tollera molto male i carichi statici poiché generano deformazioni irreversibili ma una caratteristica del legante organico bitume è la termo-suscettibilità cioè diventa molto fluido posto a temperature elevate ma poche ore dopo la stesura acquista una forma solida.

Una pavimentazione semirigida è sostanzialmente simile a quella flessibile ma cambia solo la composizione o miscela per la costruzione del FONDO realizzata in misto cementizio dotato di poco cemento 2-3% e cemento magro 10-15%. La presenza del CLS assicura la non fessurazione e viene molto usato per migliorare le prestazioni della pavimentazione.

Una pavimentazione rigida è costituita da uno strato superficiale di CLS cementizio e sottostante uno strato di materiale granulare o cementizio. Generalmente non prevedono armature e sono finalizzate a resistere a carichi statici molto elevati infatti sono tipiche di piazzali di scarico e carico merci. Sono pavimentazioni giuntate poiché nelle diverse stagioni abbiamo dilatazioni e/o contrazioni del materiale che portano a rottura o essere soggette a ritirarsi o accorciarsi.

Il principale criterio di dimensionamento delle pavimentazioni è il CRITERIO A FATICA, meccanismo di rottura che si ha quando un elemento sollecitato in maniera ciclica a livello inferiore della tensione di snervamento e che produce un danno a livello microscopico con la comparsa di fessure dal basso verso che con un successivo aumento di carico generano rottura.

I principali degradi che possono interessare le pavimentazioni possono essere di tipo viscoelastico plastico. Una pavimentazione in conglomerato bituminoso è attraversata da un asse di carico, il quale comporta delle fessurazioni plastiche non restituite. Siccome gli assi di carico interessano sempre le medesime zone (wheel paths) vengono a crearsi dei veri e propri solchi detti ORMAIE che favoriscono l'accumulo di un velo idrico maggiore e alimentano il rischio di acqua-planning. Il criterio di verifica dell'ormaiamento fissa il valore max. di profondità a 15-20 mm.

Rifacimento dello strato di usura con la manutenzione in due modi:

• Rinforzo andando ad aumentare lo spessore della pavimentazione oppure con
• Asportazione in cui lo spessore rimane invariato e sostituzione dello strato usurato.

Quando sulla pavimentazione ho un'area fessurata che incide per il 20% questa è assunta come morta cioè ha terminato la sua vita di servizio; quando invece devo realizzare una nuova strada è necessario determinare quali tipi passeranno di MEZZI PESANTI e non, ma soprattutto quanti mezzi per capire il danno provocato dalle forze verticali degli assi. Questa valutazione si effettua con lo SPETTRO DI TRAFFICO una rappresentazione numerica quantitativa dei veicoli pesanti che costituiscono il flusso.

Meccanica della locomozione

Si fonda su fenomeni fisici che regolano il moto dei veicoli

L=F*s

Con F= T = sforzo di trazione (&#lowast;) = =&#lowast; = T*V = potenza

Si chiama caratteristica di trazione di un veicolo la relazione T=f(v) che fornisce la legge con cui varia lo sforzo di trazione alla periferia delle ruote motrici in funzione della velocità del veicolo. La curva caratteristica di trazione ideale è a potenza costante ed è rappresentata da un'iperbole: =&#lowast; &#cong;&#lowast;1.

• Limitazione legata al numero di giri che riesce ad effettuare il motore
• Limitazione legata all'aderenza che si sviluppa tra interfaccia pneumatico-pavimentazione

HP rotolamento puro V=2πnr--------- curva motore a scoppio

Non è intrinsecamente stabile, perché se avviene una modifica delle condizioni ambientali, il motore non raggiunge una condizione di equilibrio e si spegne; questo problema si risolve usando il cambio.

° = = &#lowast; ° ≫ 1 ≪ 1 &#cong; 1 5°\6° Eguagliando la potenza erogata dalla ruota a quella erogata dal motore si ottiene: &#lowast; = &#lowast; ⴄⴄ= efficienza trasmissione = &#lowast; &#lowast;&#lowast;ⴄ ⴄ= &#lowast; = &#lowast; ⴄ → &#lowast; = &#lowast; &#lowast; &#lowast; = &#lowast; → = &#lowast;&#lowast; = &#lowast; &#lowast;ⴄ ⴄ→

All'aumentare del rapporto di cambio aumento lo sforzo di trazione alla ruota, ma la velocità alla ruota diminuisce.

Resistenze al moto

Con la definizione delle varie resistenze al moto, dalla loro sommatoria si va a definire quella che viene detta equazione di trazione.

Resistenza in curva

Rappresenta l'energia spesa dallo pneumatico che nasce dalla presenza di una curva = &#lowast; definita come: EQUILIBRIO DELLA RUOTA MOTRICE

Aderenza

Forza che si oppone allo scorrimento relativo di due superfici a contatto e i fattori che caratterizzano l'aderenza sono quelli legati allo pneumatico in cui le condizioni operative sono lo pseudo-scorrimento, la deriva, forze verticali, pressione di gonfiaggio, la campanatura e la velocità. I tipi di pneumatici in base al tipo di carcassa e tipo di gomma (temperatura, caratteristiche meccaniche), battistrada (disegno e profondità); altri fattori sono quelli legati a una superficie stradale attraverso la micro-tessitura e macro-tessitura; fattori legati al materiale interposto tra le superfici quali acqua (velo idrico) fango, contaminanti, neve o ghiaccio.

Pseudo-scorrimento

Il concetto di pseudo-scorrimento parte dal considerare che all'interfaccia tra pneumatico – pavimentazione non attingiamo condizioni di rotolamento. Si crea un'area di contatto tra lo pneumatico con la superficie di rotolamento.