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URBANISTICA – Corso di Infrastrutture di Dispensa: Variabili del deflusso

Trasporto

La separazione spaziale tra due veicoli (Ss), pari alla distanza tra la sezione posteriore del

veicolo che precede e la sezione frontale del veicolo che segue è data da

s = d – l

dove l è la lunghezza del veicolo che precede.

La separazione temporale(St) è il tempo che intercorre tra il passaggio dell'estremità posteriore

di un veicolo e di quella anteriore del successivo attraverso la medesima sezione della loro

comune traiettoria.

Ai fini dello studio del deflusso è inoltre utile distinguere i sistemi continui, in cui il

distanziamento spaziale Dsp e temporale Dt tra due unità veicolari è costante nel tempo, e

quelli discontinui, in cui il distanziamento è variabile nel tempo.

I primi sono sempre a guida vincolata; i secondi possono essere anche a guida libera

Deflusso nei sistemi a densità libera

Nel caso del traffico stradale soltanto nel modello del veicolo accodato (car-following), e cioè

ipotizzando il divieto o l'impossibilità del sorpasso, si ha qualcosa di simile al modello

precedentemente considerato, ma con la notevole complicazione derivante dalla diversità di

comportamento dei conducenti. calibrazione,

In generale, anche facendo ricorso, per la loro ad estese rilevazioni sperimentali,

risulta estremamente difficoltoso individuare dei modelli che consentano di ricavare diagrammi

fondamentali di deflusso che si adattino in modo accettabile al fenomeno reale.

Intervengono, infatti, numerosi fattori:

• caratteristiche plano-altimetriche della strada (sezione trasversale, pendenza, tortuosità, punti

singolari);

• tipologie di veicoli e relativa composizione della corrente veicolare;

• caratteristiche e comportamenti della popolazione dei conducenti;

• condizioni ambientali (zona urbana od extraurbana, clima, visibilità, ecc.);

e quindi sono innumerevoli le situazioni reali che possono verificarsi. Il fenomeno consente

pertanto solo un approccio di tipo probabilistico. Si procede generalmente schematizzando

delle condizioni ideali (tipo di strada: autostrada, strada extraurbana, strada urbana; larghezza

delle corsie;

larghezza delle banchine laterali; andamento plano-altimetrico in piano e rettifilo;

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flusso ininterrotto; assenza di veicoli industriali; ecc.) e valutando in base a numerose

rilevazioni statistiche le relative portate ideali ed i fattori riduttivi da applicare allorché ci si

discosta dalle condizioni ideali.

Per le pratiche applicazioni si fa spesso riferimento al Manuale di Capacità delle Strade

(Highway Capacity Manual = HCM), che riporta risultati basati su dati rilevati negli Stati

Uniti, la cui estensione ad un universo statistico diverso va fatta con particolare prudenza.

La relazione fondamentale tra i parametri del deflusso

Le condizioni del deflusso dipendono essenzialmente dal comportamento dei singoli utenti, nei

confronti delle scelte relative alla velocità, distanziamenti, etc.

Le condizioni del deflusso sono dipendenti dall’interazione di tre elementi fondamentali:

- L’uomo

- Il Veicolo

- La strada

Le caratteristiche rilevanti sono:

- Uomo: reazioni psicotecniche, scopo del viaggio,

- Veicolo: prestazioni, dimensioni

- Strada: plano-altimentriche, pavimentazione, meteo e visibilità

La relazione che lega le tre grandezze, flusso, velocità e densità, è detta relazione fondamentale

del traffico stradale, ed è:

• Q = V x K

Sperimentalmente si può ricavare la relazione tra velocità e densità v = v(k), e da questa

ricavare le relazioni v = v(f) e k = k(f).

Le leggi dei flussi di traffico

Le relazioni che intercorrono tra le i parametri del deflusso può avenire per via sperimentale,

con riferimento alle diverse tipologie stradali, o per via teorica, assumento comportamenti o

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regole di funzionamento del flusso. Le osservazioni sperimentali portano alle curve riportate

nei seguenti grafici

a) curva Portata – velocità

nel grafico è rappresentato l’andamento della media dei vaori massimi di velocità misurate in

corrispondenza di ciascun valore di portatata in domini spazio - tempo.

Per portate basse i valori sono molto dispersi, ed i valori della velocità sono i più elevati: siamo

nel campo delle velocità libere. La velocità decresce al crescere della portata fino alla portata

massima q , ovvero la capacità, successivamente la velocità decresce con la portata. I n questa

m

fase il flusso è in fase di instrabilità.

V

V m q q

m

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b) curva Portata – densità

Le caratterisitiche di questa curva sono:

per densità nulla la portata è nulla

esiste una densità limite in cui la portata si annulla, ed in è saturato lo spazio e non è consentita

la marca dei veicoli

la densità cresce con il crescere della portata fino al valore massimo dato dalla capacità,

corrispondente alla densità critica, successivamente la portata decresce al crescere della

densità. Il tratto discendente della curva corrisponde con la fase instabile del deflusso

sull’arteria.

q

q m K K k

c l

c) curva Velocità – densità

La curva velocità densità è una funzione con andamento comunque decrescente. Per densità

nulle assume il valore massimo di velocità, corrispondente alla velocità libera. In

corrispondenza della densità limite la velocità assume valore nullo. L’andamento della curva,

nel caso di ipotesi semplificative, può assumere andamento lineare, come nella teoria di seguito

esposta

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Interazione tra veicoli nel trasporto stradale.

Sperimentalmente si è visto che:

– per densità tendenti a 0, la velocità del deflusso è prossima ad un valore massimo detta

velocità libera di deflusso v0

la velocità decresce all’aumentare della densità – per valori densità tendenti al valore della

densità limite kL (veicoli accodati), la velocità tende a zero.

Queste osservazioni sperimentali possono essere modellizzate con diversi modelli analitici; il

più semplice è il modello di Greenshields, che ipotizza una relazione lineare tra velocità e

densità:

dove v è la velocità a flusso libero (velocità mediamente attuata da veicoli che percorrono in

f

maniera isolata, ovvero in assenza totale di condizionamenti reciproci, il tratto di strada

considerato) e k è il valore massimo della densità.

j

Il modello lineare è matematicamente più semplice da gestire ma fornisce dei valori non

corrispondenti al vero nelle situazioni non "lineari", ovvero per valori elevati o minimi della

densità. In questa ipotesi le relazioni v = v(f) e k = k(f) hanno andamento quadratico.

Il flusso corrispondente ai punti di massimo delle parabole è la capacità della strada; i

corrispondenti valori di densità e velocità sono detti critici (kCR e vCR).

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Interazione tra veicoli nel trasporto stradale

Se si esaminano i diagrammi v = v(f) e k = k(f) si nota che lo stesso flusso f* si può avere sotto

due diverse condizioni:

- in corrispondenza di una velocità minore della velocità critica (densità maggiore della

densità critica)

- in corrispondenza di una velocità maggiore della velocità critica (densità minore della

densità critica)

I diagrammi v = v(f) e k = k(f) possono essere suddivisi in due rami, rappresentativi di diverse

condizioni del deflusso:

ramo stabile, per v > vCR (k < kCR)

ramo instabile, per v < vCR (k > kCR)

Sul ramo stabile, un aumento di densità comporta una diminuzione della velocità, ma un

aumento del flusso; viceversa, sul ramo instabile, un aumento della densità comporta una

ulteriore diminuzione della velocità ed anche una diminuzione del flusso, instaurando fenomeni

di stop-and-go. Sul ramo instabile i livelli di servizio della strada sono modesti.

Portata operativa e livelli di servizio

Si definisce capacità di un’infrastruttura di trasporto il massimo numero di veicoli che possono

passare attraverso una sua sezione in un’assegnato intervallo di tempo, nelle prevalenti

condizioni di infrastruttura e di traffico

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Trasporto

Le condizioni di infrastruttura si riferiscono alle caratteristiche geometriche e fisiche della

stessa, che possono variare lungo il tracciato

La capacità quindi è relativa ad un tronco con caratteristiche di infrastruttura omogenee.

Le condizioni di traffico si riferiscono invece alla natura del traffico circolante ed in particolare

alla composizione del flusso: la presenza di veicoli con caratteristiche di marcia diverse tra

loro, come autovetture e mezzi pesanti nel caso stradale, o treni passeggeri e treni merci nel

caso ferroviario, producono alterazioni nel deflusso veicolare ideale.

Per convenzione si definiscono le condizioni ideali di infrastruttura e di traffico cui

corrispondono la capacità limite o ideale dell’infrastruttura, con modalità che differiscono a

seconda che si analizzino infrastrutture stradali o ferroviarie.

Si definisce Fattore dell’ora di Punta (PHFx) su x minuti il rapporto tra la portata relativa

all’ora e l’intensità massima di traffico per l’intervallo di durata x minuti

Q

= 60

PHF

x (max I )

x

Il fattore dell’ora di punta è minore o uguale a 1.

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Capacità limite di un’infrastruttura stradale

Le condizioni ideali di infrastruttura sono:

1) Flusso ininterrotto, ossia assenza di cause esterne che possano provocare

l’interruzione del flusso, come presenza di pedoni, auto in sosta, etc;

2) Sezione trasversale dotata di corsie di larghezza l > 3,66 m e banchine pavimentate

con l > 1,83 m;

3) Minima distanza di visibilità consentita sul 100% del tracciato.

Le condizioni ideali di traffico consistono nella omogeneità dei flussi, cioè nella composizione

del medesimo con sole vetture adibite al trasporto di passeggeri.

In queste condizioni si hanno le seguenti capacità limite:

a) Strade a due corsie (una per senso di marcia) senza spartitraffico centrale:

= 2800 veh/h per entrambe le corsie

C

0

b) Strade a più corsie per senso di marcia:

= 2000-2300 veh/h/corsia

C

0

Il livello di servizio

Il livello di servizio (LdS) è una misura qualitativa che descrive le condizioni operative del

flusso su un tronco stradale al variare della portata.

Le condizioni operative di un flusso sono definite attraverso un vettore pluridimensionale le cui

componenti non sempre suscettibili di rappresentazione scalare, sono:

1) Velocità media in un dominio (t, x);

2) Libertà di manovra, come poter marciare alla velocità desiderata;

3) Interruzioni del flusso: numero e durata dei perditempo;

4) Sicurezza;

5) Comfort;

6) Economicità, come ad esempio costo operativo del veicolo,etc.

L’espressione del LdS attraverso una grandezza così complessa, quale quella ora definita per le

infrastrutture stradali, pone rilevanti problemi sia nel sintetizzare e quantificare il livello di

servizio con un’unica misura scalare, sia nel precisare la legge di variabilità con la portata

dell’infrastruttura stessa.

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Atreyu

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DESCRIZIONE DISPENSA

In questo materiale didattico vengono trattati i seguenti argomenti. I Flussi di traffico. Interazioni tra i veicoli nel trasporto stradale e variabili fondamentali di flusso. Deflusso nei sistemi a densità libera. La relazione fondamentale tra i parametri del flusso. Le leggi del flusso di traffico. Portata operativa a livello di servizio. Capacità limite di una infrastruttura stradale. Il livello di servizio. Calcolo della capacità di un'autostrada. Il TGM (Traffico Giornaliero Medio).


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in urbanistica
SSD:
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Infrastrutture e mobilità territoriale - Infrastrutture di trasporto e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Mediterranea - Unirc o del prof Cirianni Francis.

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