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URBANISTICA – Corso di Infrastrutture di Dispensa: Variabili del deflusso

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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Trasporto

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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Il “Highway Capacity Manual” (Manuale della Capacità delle Strade - HCM) dell’American

Association of State Highway Officials (AASHO) propone di limitare la valutazione del livello

di servizio a due sole componenti:

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

2) Il rapporto tra portata e capacità possibile;

Secondo questa proposta il LdS viene definito dalle regioni del piano individuato dalle due

componenti suddette e delimitate, per ciascuna di esse, da valori standard.

HCM

L’ classifica il livello di servizio di un’infrastruttura stradale con le prime sei lettere

dell’alfabeto: “A” definisce il livello di servizio migliore con densità spaziali basse e

corrisponde a condizioni di flusso libero, mentre il LdS “F” il livello di servizio peggiore con

densità spaziali prossime a quelle limiti ed è relativo a condizioni di flusso instabile.

Con ciò si può definire la portata di servizio per una strada, come la portata che consente le

condizioni operative relative a ciascuno dei livelli esposti.

I livelli sono distinti da sei lettere, da A a F, in ordine decrescente di qualità di circolazione, e

vengono delimitati da particolari valori dei parametri velocità, densità o rapporto q/c. La più

alta portata oraria di ogni livello o portata di servizio massima (PSM), rappresenta la massima

quantità di veicoli che quel livello può ammettere. La portata oraria massima assoluta o

capacità della strada (c), coincide con la portata massima del livello E.

I limiti di separazione tra i livelli A e B, D ed E, E ed F segnano, rispettivamente, il passaggio

del deflusso da libero a stabile, da stabile ad instabile e da instabile a forzato.

in condizioni ideali risultano così distinti:

Secondo l’H.C.M. i LIVELLI DI SERVIZIO

LIVELLO DI TIPOLOGIA DI FLUSSO CORRISPONDENTE

SERVIZIO LIBERA CIRCOLAZIONE

A LIBERA CIRCOLAZIONE

B CIRCOLAZIONE PARZIALMENTE CONDIZIONATA

C FLUSSO INSTABILE E LIMITATA LIBERTA’ DI MANOVRA

D FLUSSO DECISAMENTE INSTABILE

E FLUSSO CONGESTIONATO

F

In generale, per strade a flusso ininterrotto, le condizioni di marcia dei veicoli ai vari LdS sono

definibili come segue:

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• - A - gli utenti non subiscono interferenze alla propria marcia, hanno elevate possibilità

di scelta delle velocità desiderate (libere); il comfort è notevole.

• - B - la più alta densità rispetto a quella del livello A comincia ad essere avvertita dai

conducenti che subiscono lievi condizionamenti alle libertà di manovra ed al

mantenimento delle velocità desiderate; il comfort è discreto.

• - C - le libertà di marcia dei singoli veicoli sono significativamente influenzate dalle

mutue interferenze che limitano la scelta delle velocità e le manovre all’interno della

corrente; il comfort è definibile modesto.

• - D - è caratterizzato da alte densità ma ancora da stabilità di deflusso; velocità e libertà

di manovra sono fortemente condizionate; modesti incrementi di domanda possono

creare problemi di regolarità di marcia; il comfort è basso.

• - E - rappresenta condizioni di deflusso che comprendono, come limite inferiore, la

capacità; le velocità medie dei singoli veicoli sono modeste (circa metà di quelle del

livello A) e pressoché uniformi; non c'è praticamente possibilità di manovra entro la

corrente; il moto è instabile perché piccoli incrementi di domanda o modesti disturbi

(rallentamenti, ad esempio) non possono più essere facilmente riassorbiti da decrementi

di velocità e si innesca così la congestione; il comfort è bassissimo.

• - F - il flusso è forzato: tale condizione si verifica allorché la domanda di traffico supera

la capacità di smaltimento della sezione stradale utile (ad es. per temporanei

restringimenti dovuti ad incidenti o manutenzioni) per cui si hanno code di lunghezza

crescente, bassissime velocità di deflusso, frequenti arresti del moto, in un processo

ciclico di stop-and-go caratteristico della marcia in colonna in condizioni di instabilità;

non esiste comfort.

I livelli di servizio possono essere utilizzati in fase progettuale perdefinire le caratteristiche di

una infrastruttura noto il flusso di utenti che la potrà utilizzare (di norma ci si riferisce al livello

di servizio B per la progettazione delle strade extraurbane ed al livello C per quelle urbane)

oppure per verificare la qualità del servizio fornito da una infrastruttura esistente.

Fattori riduttivi della capacità

Si è definita la capacità ideale e limite di una sezione stradale con riferimento a condizioni

ideali di infrastruttura e di traffico.

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In realtà vi sono però molti fattori che riducono a valori più bassi la capacità limite di una

sezione: si tratta di fattori legati all’infrastruttura e soprattutto di fattori legati al traffico che la

percorre.

Per ciascuno di essi il “Highway Capacity Manual” (HCM) dell’American Association of

State Highway Officials (AASHO) prevede dei coefficienti riduttivi della capacità limite,

variabili a

seconda dei fattori e del “peso” di ciascuno di essi.

I principali fattori d’infrastruttura sono:

1. Larghezza della corsia;

2. Presenza di ostacoli laterali a distanza inferiore a 1,82 m;

3. Presenza di banchine e relativa larghezza;

4. Pendenza longitudinale;

5. Stato della pavimentazione;

6. Visibilità.

I fattori legati al traffico sono invece:

1. Percentuale di veicoli commerciali;

2. Percentuale di autobus;

3. Presenza di auto in sosta;

4. Presenza di flussi pedonali.

Gli ultimi due fattori sono particolarmente importanti in ambito urbano.

Si rimanda a testi specifici per la valutazione dei singoli coefficienti, che di norma sono dedotti

per via sperimentale, limitandoci ora ad esporre un esempio che, in forma generale, evidenzia

l’effetto

dei fattori di traffico sulle strade extraurbane.

Calcolo della capacità di un'autostrada

La capacità C di un'infrastruttura è il massimo flusso q che vi può transitare. Il valore di

capacità non viene però quasi mai raggiunto a causa di fenomeni di instabilità del flusso

soprattutto per valori prossimi alla capacità. La capacità di una carreggiata autostradale si può

calcolare utilizzando la formula seguente, proposta nell'HCM (2000) al quale si rimanda per

applicazioni in casi non contemplati in questo paragrafo:

f f f

C = N C

b HP w m

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Trasporto

con

N numero di corsie;

capacità base per corsia;

C

b , f , f fattori correttivi.

f

HP w m

La capacità base per corsia è calcolata nell'ipotesi di: larghezze di corsie di 3.6 m, assenza di

ostacoli laterali fino a 1.8 m dalla corsia laterale, pendenza nulla, presenza di flusso omogeneo

di autovetture ed utenti abituali. La capacità base risulta:

= 2000 veicoli/h

C

b

I fattori correttivi tengono conto delle condizioni reali dell'infrastruttura e dei conducenti. Di

seguito si riportano i valori da utilizzare per i fattori correttivi.

):

Composizione veicolare (f

HP

Σ

f = 1/ (a E )

HP i i i

con

frazione di veicoli del tipo i-esimo;

a i coefficiente di equivalenza ottenuto dalla tabella 1.1.

E

i ):

Larghezza corsia e distanza degli ostacoli laterali (f

w

ottenuto dalla tabella 1.2.

f

w

Tab. 1.1 - Coefficienti di equivalenza da utilizzare per il calcolo della capacità per strada in salita di

lunghezza compresa tra 1.5 e 2.0 km

Pendenza Percentuale di veicoli pesanti (%)

(%) 2 5 10 20

<2 1.5 1.5 1.5 1.5

2 2.0 2.0 1.5 1.5

3 7.5 5.0 4.0 3.0

4 10.5 7.0 5.5 4.5

5 13.0 9.0 7.0 6.0

6 15.0 10.0 8.5 7.5

Per livelletta in discesa con pendenze inferiori al 4% si utilizza il valore 1.5

Per terreni ondulati si utilizza il valore 3.0; per terreni montagnosi il valore 6.0

Tab. 1.2 - Fattore correttivo derivante dalla larghezza delle corsie e dagli ostacoli laterali

Distanza Ostacoli da un lato Ostacoli da entrambi i

degli ostacoli della carreggiata lati

laterali (m) della carreggiata

Larghezza della singola corsia (m)

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Trasporto 3.6 3.0 3.6 3.0

≥ 1.8 1.00 0.90 1.00 0.90

0.9 0.98 0.89 0.97 0.87

0.0 0.92 0.84 0.86 0.78

Utenti conoscitori della strada (f ):

m

dipendente dalla percentuale di utenti abituali all'interno del flusso e variabile tra 0.75

f m

(tutti utenti non abituali) e 1 (tutti utenti abituali).

Per l'applicazione, si consideri un'autostrada a due corsie per senso di marcia con flusso

composto per il 6% da veicoli pesanti, per il 94% da autoveicoli. Si consideri il flusso

composto da utenti abituali. La singola corsia è larga 3.35 m e sono presenti ostacoli laterali da

un lato della carreggiata immediatamente a ridosso delle corsie. La strada è in piano (pendenza

nulla). Si vuole calcolare la capacità della strada in una direzione di marcia.

Con riferimento a quanto riportato in precedenza, gli input del problema risultano:

• N = 2;

• a = percentuale di autoveicoli = 94%;

• a = percentuale di veicoli pesanti = 6%;

A

• larghezza corsia 3.35 m;

• ostacoli da un lato della carreggiata a ridosso della corsia;

• pendenza nulla;

• utenti abituali.

Si deduce quindi:

• C = 2000 veicoli/h

b

• E = fattore di equivalenza per gli autoveicoli = 1.0

• E = fattore di equivalenza per i veicoli pesanti = 1.5

A

• f = 1 / [a E + a E ] = 1 / [0.94 1.0 + 0.06 1.5] = 0.97

HP A A

• f = 0.88

w

• f = 1.00

m

Si calcola, quindi, il valore della capacità, che per ciascuna direzione di marcia risulta:

C = N C f f f = 2 2000 0.97 0.88 1.00 = 3417 veicoli/h

b HP w m

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Trasporto

Il TGM (Traffico Giornaliero Medio)

In molti casi, i dati relativi alla domanda direttamente registrata su una particolare infrastruttura

non vengono forniti direttamente in termini di flussi orari, bensì sottoforma di TGM (Traffico

Giornaliero Medio).

Il valore fornito dal TGM rappresenta una media pesata degli andamenti del carico veicolare

suuna certa infrastruttura su base annua, valutata in funzione delle particolari condizioni

ambientali che si succedono durante tutto l’arco dell’anno.

I rilevamenti sono condotti in determinate sezioni dell’intera rete, durante sedici giorni

dell’anno, in giornate diverse della settimana e indicando i passaggi dei mezzi, distinti per

categoria. I rilevamenti sono svolti in parte di giorno, dalle ore 7 alle ore 19, e in parte di notte,

dalle 19 alle 7 del giorno successivo al rilevamento diurno; i rilevamenti notturni di solito sono

limitati a sette giorni.

La valutazione della domanda di traffico è fatta con riferimento a schede compilate nei posti di

osservazione, che forniscono il totale dei veicoli transitati durante il periodo di rilevamento,

suddiviso secondo le seguenti categorie:

1. Moto, moto con sidecar, scooter;

2. Autovetture fino a 9 posti a sedere, anche con rimorchio o roulotte;

3. Autocarri e motocarri con peso totale, compreso il carico autorizzato, fino a 30 quintali;

4. Autocarri con peso totale, compreso il carico autorizzato, superiore a 30 quintali o trattori

stradali isolati;

5. Autocarri con rimorchio;

6. Trattori stradali con semirimorchio;

7. Autobus;

8. Veicoli speciali (sgombraneve, autogrù, autopompe, carri armati, autoblinda, ecc.) e/o

trasporti eccezionali.

IL LIVELLO DI SERVIZIO della circolazione, permette di misurare la prestazione che

ha la strada nello smaltire il traffico.

Tra i parametri del deflusso, la velocità di viaggio dà un'idea del tempo di percorrenza; la

densità e il rapporto flusso/capacità possono invece vedersi come indicatori di libertà di guida,

comfort, sicurezza e costo. Il campo di operatività del deflusso veicolare, rappresentabile per

ogni tipologia stradale da curve di deflusso in un piano u-q, è stato diviso in sei zone: cinque

Autori: F.Cirianni, G.Leonardi Pagina 17 di 19


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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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