POLITECNICO DI MILANO
Scuola di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile
ANALISI E SPERIMENTAZIONE DEI MODELLI DI
SIMULAZIONE DEL TRAFFICO APPLICATI AL CASO
DELLA METROTRANVIA MILANO-SEREGNO
Relatore: Prof. Ing. Roberto MAJA
Correlatore: Ing. Gaetano DELFANTI
Tesi di laurea di:
Ugo Romano
Matr. 770590
Indice
Indice delle figure 1
Indice delle tabelle 3
Abstract 4
Introduzione 5
1. Il progetto della metrotranvia Milano – Seregno 6
1.1. Riferimenti normativi 8
1.2. Descrizione del progetto 10
1.2.1. Tracciato 10
1.2.2. Fermate 10
1.2.3. Analisi della domanda 11
1.3. Ipotesi di esercizio 12
1.3.1. Veicoli 13
1.3.2. Gestione dell’esercizio nella tratta a binario singolo 14
1.4. Gestione degli attraversamenti 17
1.4.1. Asservimento semaforico 17
1.4.2. Intersezione a rotatoria 18
2. Intersezioni semaforizzate 22
2.1. Classificazione 22
2.2. Criteri progettuali 23
2.2.1. Caratterizzazione geometrica a funzionale dell’intersezione 23
2.2.2. Progetto dei piani semaforici 24
2.3. Valutazioni funzionali delle intersezioni semaforizzate 29
2.3.1. Procedura di verifica degli incroci semaforizzati (metodologia HCM) 29
2.3.2. Livello di servizio 29
2.4. Modalità di controllo delle intersezioni semaforizzate 31
2.5. Gestione della priorità semaforica ai mezzi pubblici 32
2.5.1. Tecniche e tipologie di attuazione 32
2.5.2. Calcolo dei parametri caratteristici 33
3. Modelli di simulazione del traffico 35
3.1. Introduzione ai modelli di traffico 35
3.2. Stato dell’arte 36
3.2.1. Classificazione dei modelli 36
3.2.2. Modelli microscopici 37
3.3. Il software di micro-simulazione del traffico usato: Dynasim 43
3.3.1. Creazione di un progetto con Dynasim 45
3.3.2. Raccolta e analisi dei dati 48
4.1.2. Descrizione dello stato di progetto 54
4.1.3. Dati di domanda 57
4.1.4. Scenari di simulazione 58
4.1.5. Conclusioni 69
4.2. 2° Gruppo di intersezioni – Comune di Bresso 71
4.2.1. Descrizione dello stato di fatto 71
4.2.2. Descrizione dello stato di progetto 73
4.2.3. Dati di domanda 77
4.2.4. Scenari di simulazione 78
4.2.5. Conclusioni 89
4.3. 3° Gruppo di intersezioni – Comuni di Nova e Desio 92 4.3.1. Descrizione dello stato di fatto 92
4.3.2. Descrizione dello stato di progetto 96
4.3.3. Dati di domanda 100
4.3.4. Scenari di simulazione 102
4.3.5. Conclusioni 117
Conclusioni generali 119
Bibliografia 121 Allegato A – Dati numerici delle simulazioni
Indice delle figure
Indice delle figure
1.1 Tracciato della metrotranvia Milano-Seregno 7
1.2 Eurotram serie 7000 14
1.3 Impianto di segnalamento, condizione di riposo 15
1.4 Impianto di segnalamento, via libera al primo veicolo 15
1.5 Impianto di segnalamento, tratta impegnata, via impedita per il secondo veicolo 16
1.6 Impianto di segnalamento, via libera al secondo veicolo 16
1.7 Esempio di applicazione di intersezione con canalizzazione a rotatoria 20
1.8 Esempio di rotatoria con impianto semaforico attivato dai tram 21
3.2.1 Schema del modello car following 39
3.2.2 Car following, modello di Pipes 40
3.2.3 Gap acceptance, manovra di cambio corsia 42
3.3.1 Interfaccia utente di Dynasim 44
3.3.2 Rete geometrica 46
3.3.3 Rete logica 46
3.3.4 Finestra di programmazione del ciclo semaforico 47
3.3.5 Esempio di visualizzazione 2D 49
3.3.6 Esempio di visualizzazione 3D 49
4.1 Gruppi di intersezioni analizzati 51
4.1.1 1° gruppo di intersezioni – Planimetria dello stato di fatto 53
4.1.2 1° gruppo di intersezioni – Cicli semaforici dello stato di fatto 54
4.1.3 1° gruppo di intersezioni – Planimetria dello stato di progetto 55
4.1.4 1° gruppo di intersezioni – Cicli semaforici dello stato di progetto 57
4.1.5 Esempio di ciclo semaforico attuato 59
4.1.6 Simulazione 1.1 – Intersezione 1 – Ritardo medio 60
4.1.7 Simulazione 1.1 – Intersezione 2 – Ritardo medio 61
4.1.8 Simulazione 1.2 – Intersezione 1 – Ritardo medio 62
4.1.9 Simulazione 1.2 – Intersezione 2 – Ritardo medio 63
4.1.10 Simulazione 1.3 – Intersezione 1 – Ritardo medio 64
4.1.11 Simulazione 1.3 – Intersezione 2 – Ritardo medio 64
4.1.12 Simulazione 1.4 – Intersezione 1 – Ritardo medio 65
4.1.13 Simulazione 1.4 – Intersezione 2 – Ritardo medio 66
4.1.14 Simulazione 1.5 – Intersezione 1 – Ritardo medio 67
4.1.15 Simulazione 1.5 – Intersezione 2 – Ritardo medio 67
4.2.1 2° gruppo di intersezioni – Planimetria dello stato di fatto 72
4.2.2 2° gruppo di intersezioni – Cicli semaforici dello stato di fatto 73
4.2.3 2° gruppo di intersezioni – Planimetria dello stato di progetto 74
4.2.4 2° gruppo di intersezioni – Ciclo semaforico 1 76
4.2.5 2° gruppo di intersezioni – Ciclo semaforico 2 76
4.2.6 2° gruppo di intersezioni – Ciclo semaforico 3 77
Indice delle figure
4.2.8 Simulazione 2.1 – Intersezione 1 – Ritardo medio 79
4.2.9 Simulazione 2.1 – Intersezione 2 – Ritardo medio 80
4.2.10 Simulazione 2.2 – Intersezione 1 – Ritardo medio 81
4.2.11 Simulazione 2.2 – Intersezione 2 – Ritardo medio 81
4.2.12 Simulazione 2.3 – Intersezione 1 – Ritardo medio 82
4.2.13 Simulazione 2.3 – Intersezione 2 – Ritardo medio 83
4.2.14 Simulazione 2.4 – Intersezione 1 – Ritardo medio 84
4.2.15 Simulazione 2.4 – Intersezione 2 – Ritardo medio 84
4.2.16 Simulazione 2.5 – Intersezione 1 – Ritardo medio 86
4.2.17 Simulazione 2.5 – Intersezione 2 – Ritardo medio 86
4.2.18 2° gruppo di intersezioni – Ciclo semaforico 3.1 88 4.2.19 Simulazione 2.6 – Intersezione 1 – Ritardo medio 88
4.2.20 Simulazione 2.6 – Intersezione 2 – Ritardo medio 89
4.3 3° gruppo di intersezioni – Planimetria generale dello stato di fatto 93 4.3.1 3° gruppo di intersezioni – Dettaglio intersezione 1 - Stato di fatto 94 4.3.2 3° gruppo di intersezioni – Dettaglio intersezione 2 - Stato di fatto 94 4.3.3 3° gruppo di intersezioni – Dettaglio intersezione 3 - Stato di fatto 95 4.3.4 3° gruppo di intersezioni – Cicli semaforici dello stato di fatto 96 4.3.5 3° gruppo di intersezioni – Dettaglio intersezione 1 - Stato di progetto 96 4.3.6 3° gruppo di intersezioni – Dettaglio intersezione 2 - Stato di progetto 97 4.3.7 3° gruppo di intersezioni – Dettaglio intersezione 3 - Stato di progetto 98 4.3.8 3° gruppo di intersezioni – Dettaglio fermata 98
4.3.9 3° gruppo di intersezioni – Cicli semaforici dello stato di progetto 99 4.3.10 Simulazione 3.1A – Intersezione 1 – Ritardo medio 102
4.3.11 Simulazione 3.1A – Intersezione 2 – Ritardo medio 103
4.3.12 Simulazione 3.1A – Intersezione 3 – Ritardo medio 104
4.3.13 Simulazione 3.1B – Intersezione 1 – Ritardo medio 105
4.3.14 Simulazione 3.1B – Intersezione 2 – Ritardo medio 105
4.3.15 Simulazione 3.1B – Intersezione 3 – Ritardo medio 106
4.3.16 Simulazione 3.2A – Intersezione 1 – Ritardo medio 107
4.3.17 Simulazione 3.2A – Intersezione 2 – Ritardo medio 108
4.3.18 Simulazione 3.2A – Intersezione 3 – Ritardo medio 109
4.3.19 Simulazione 3.2B – Intersezione 1 – Ritardo medio 110
4.3.20 Simulazione 3.2B – Intersezione 2 – Ritardo medio 110
4.3.21 Simulazione 3.2B – Intersezione 3 – Ritardo medio 111
4.3.22 Simulazione 3.3A – Intersezione 1 – Ritardo medio 113
4.3.23 Simulazione 3.3A – Intersezione 2 – Ritardo medio 113
4.3.24 Simulazione 3.3A – Intersezione 3 – Ritardo medio 114
4.3.25 Simulazione 3.3B – Intersezione 1 – Ritardo medio 115
4.3.26 Simulazione 3.3B – Intersezione 2 – Ritardo medio 116
Indice delle tabelle
Indice delle tabelle
1.1 Norma UNI 8379 – Parametri caratteristici per le tranvie veloci 9
1.2 Norma UNI 8379 – Valori di riferimento per tranvie veloci 9
1.3 Fermate metrotranvia Milano-Seregno 11
1.4 Dati demografici dei comuni interessati dalla metrotranvia 12 1.5 Caratteristiche tecniche Eurotram serie 7000 14
4.1.1 1° gruppo di intersezioni – Matrice O/D autoveicoli 57 4.1.2 1° gruppo di intersezioni – Matrice O/D autocarri 58
4.1.3 Simulazione 1.1 – Risultati 61
4.1.4 Simulazione 1.2 – Risultati 63
4.1.5 Simulazione 1.3 – Risultati 65
4.1.6 Simulazione 1.4 – Risultati 66
4.1.7 Simulazione 1.5 – Risultati 68
4.1.8 L.O.S simulazioni 1° gruppo di intersezioni 70
4.2.1 2° gruppo di intersezioni – Matrice O/D autoveicoli 77 4.2.2 2° gruppo di intersezioni – Matrice O/D autocarri 78
4.2.3 Simulazione 2.1 – Risultati 80 4.2.4 Simulazione 2.2 – Risultati 82 4.2.5 Simulazione 2.3 – Risultati 83 4.2.6 Simulazione 2.4 – Risultati 85 4.2.7 Simulazione 2.5 – Risultati 87 4.2.8 Simulazione 2.6 – Risultati 89
4.2.9 L.O.S simulazioni 2° gruppo di intersezioni 91
4.3.1 Matrice O/D autoveicoli 8:00-9:00 100
4.3.2 Matrice O/D autocarri 8:00-9:00 100
4.3.3 Matrice O/D autosnodati 8:00-9:00 101
4.3.4 Matrice O/D autoveicoli 17:45-18:45 101
4.3.5 Matrice O/D autocarri 17:45-18:45 101
4.3.6 Matrice O/D autosnodati 17:45-18:45 101
4.3.7 Simulazione 3.1A – Risultati 104
4.3.8 Simulazione 3.1B – Risultati 106
4.3.9 Simulazione 3.2A – Risultati 109
4.3.10 Simulazione 3.2B – Risultati 112
4.3.11 Simulazione 3.3A – Risultati 115
4.3.12 Simulazione 3.3B – Risultati 117
Abstract
Abstract
Nella progettazione di un sistema di trasporto pubblico operante in regime di priorità semaforica e soggetto a numerosi attraversamenti, è importante valutare gli effetti indotti sulla viabilità ordinaria. Se da un lato, infatti, la priorità semaforica permette al mezzo pubblico di raggiungere determinati standard qualitativi, risultando così attrattivo all’utenza, dall’altro può avere delle gravi ripercussioni sulla circolazione stradale. Nel caso delle metrotranvie (o tranvie veloci) al fine di garantire la sicurezza della circolazione è necessario che tutte le intersezioni a raso siano regolate mediante sistema di semaforizzazione. L’utilizzo delle usuali procedure, al fine di determinare la qualità della viabilità nelle intersezioni semaforizzate con asservimento semaforico per i veicoli tranviari, risultano restrittive in quanto è difficile valutare la capacità dell’intersezione a causa della variabilità della durata del ciclo e della sequenza delle fasi semaforiche. In casi come questo, dove i consueti metodi di valutazione non sono in grado di riprodurre fedelmente le reali condizioni di circolazione, risulta utile l’uso di micro-simulatori del traffico. Questo lavoro di tesi, realizzato in parte durante un tirocinio extracurriculare effettuato presso l’Area Infrastrutture e Mobilità della Provincia di Milano, tratta il problema della modellazione, tramite software di micro-simulazione, del regime di priorità semaforica in tre gruppi d’intersezioni della nuova metrotranvia Milano-Seregno e delle sue ripercussioni sulla viabilità ordinaria.
Introduzione
Introduzione
Negli ultimi anni, i software di micro-simulazione del traffico sono divenuti uno tra gli strumenti più importanti, a disposizione degli ingegneri del traffico, per effettuare analisi e valutazioni di sistemi di trasporto. É sempre più comune, infatti, l’uso di questi programmi come strumento di simulazione di possibili scenari di progetto, al fine di ottenere utili informazioni sulla circolazione stradale.
L’obiettivo del seguente studio è fornire indicazioni, mediante l’uso di software di micro-simulazione, circa l’impatto che la realizzazione di un sistema di trasporto pubblico operante in regime di asservimento semaforico, quale è la metrotranvia Milano-Seregno, può avere sulla viabilità ordinaria. Si è cercato di analizzare diverse tipologie d’incroci semaforizzati previsti nel progetto definitivo dell’opera, così da verificare se il software è in grado di riprodurre, in modo verosimile e attendibile, le condizioni di circolazione del traffico caratterizzanti ogni intersezione. Nel primo capitolo è illustrato il progetto della nuova infrastruttura tranviaria, descrivendone il tracciato, le ipotesi di esercizio e la gestione degli attraversamenti. Il secondo capitolo è dedicato alle intersezioni semaforizzate di cui si descrivono la progettazione, la valutazione funzionale, la modalità di controllo e la gestione della priorità semaforica ai mezzi pubblici. Nel capitolo successivo sono introdotti i modelli di simulazione del traffico, soffermandosi in particolar modo sullo stato dell’arte dei modelli usati nei software di micro-simulazione, inoltre viene fatta una panoramica generale del software usato in questo studio per la realizzazione delle micro-simulazioni. Nell’ultimo capitolo, infine, sono illustrate le micro-simulazioni di traffico eseguite per ciascun gruppo d’intersezioni preso in considerazione, e vengono riportati i risultati relativi all’impatto della preferenziazione semaforica tranviaria sui flussi veicolari.
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
I - Il progetto della metrotranvia Milano-Seregno
La realizzazione della metrotranvia Milano-Seregno consiste nella riqualificazione della tranvia da Milano a Desio (sostituta da ottobre 2011 con servizio bus) e nella sua prosecuzione fino a Seregno, in corrispondenza della stazione ferroviaria. Come la precedente tranvia interurbana, la nuova metrotranvia si sviluppa prevalentemente lungo l’ex S.P. n. 9 “Valassina”, con la differenza che da Desio al capolinea di Seregno FS, la nuova linea abbandona il percorso della vecchia tranvia interurbana, per servire l’ospedale di Desio e per realizzare l’interscambio con la stazione ferroviaria di Seregno. Più che una riqualificazione, si tratta della realizzazione di una nuova opera poiché il progetto prevede il rinnovo delle vie di corsa, della tecnologia impiantistica, della tipologia dei treni e dei criteri di esercizio.
L’intervento in questione è di fondamentale importanza per il miglioramento del trasporto pubblico collettivo tra la città di Milano con l’hinterland nord e la Brianza. L’opera, infatti, assume un livello sovracomunale, interessando i Comuni di Milano, Bresso, Cormano, Cusano Milanino, Paderno Dugnano, Nova Milanese, Desio e Seregno, e s’inquadra nel contesto di una pianificazione strategica d’ambito regionale e provinciale.
Il progetto si pone come obiettivo quello di trasformare la tranvia storica in un moderno ed efficiente sistema di trasporto pubblico a servizio delle esigenze della mobilità della Brianza, incentivando il riequilibrio modale lungo la direttrice radiale di connessione con Milano, offrendo un servizio di trasporto pubblico con tempi di spostamento rapidi, servizio frequente e regolare, rotabili confortevoli così da ottenere un incremento dell’offerta per attivare politiche di riduzione del traffico. Le prestazioni di alto livello di questo sistema di trasporto pubblico, soprattutto in termini di velocità commerciale, sono garantite dall’adozione di una sede propria lungo quasi tutta la linea, in modo tale da limitare al minimo l’interferenza delle vie di corsa con il traffico ordinario. Ciò comporta innanzitutto un riassetto della viabilità lungo il tracciato della nuova opera ma anche una riqualificazione dell'arredo, del tessuto urbano e dell'immagine della città, con relativa riqualificazione dell’area urbana e in generale della vivibilità dei comuni interessati. L'intervento, inoltre, consentirà l'eventuale attuazione dell'ulteriore ipotesi di connessione trasversale della linea con le altre direttrici del trasporto pubblico (metrotranvia extraurbana di Cinisello, linee metropolitane M1 ed M5) e contribuirà a realizzare un più strutturato sistema a rete, funzionale ad un complessivo riassetto della mobilità nel quadrante nord di Milano.
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
1.1 Riferimenti normativi
La tranvia veloce (o metrotranvia) è definita dalla norma UNI 8379 come “sistema di
trasporto che mantiene le caratteristiche della tranvia, con possibili realizzazioni anche in tratte suburbane, ma che consente velocità commerciali e portate superiori grazie ad adeguati provvedimenti (per esempio delimitazioni laterali della sede, riduzione del numero di attraversamenti, semaforizzazione degli attraversamenti con priorità per il sistema, ecc.), atti a ridurre le interferenze del sistema con il restante traffico veicolare e pedonale”. Tale norma,
inoltre, fornisce le caratteristiche della sede e dell’esercizio (riportati in tabella 1.1) oltre ad alcuni valori di riferimento riguardo alle prestazioni da garantire (riportati in tabella 1.2).
Norma UNI 8379 ‐ Parametri caratteristici per le tranvie veloci Sede Promiscua con piattaforma carrabile Libera percorribile e attraversabile da altri veicoli e/o pedoni NO Riservata utilizzabile anche da veicoli a guida libera NO Protetta eccezionalmente utilizzabile da veicoli a guida libera se autorizzati SI Propria concepita per il transito esclusivo dei veicoli a guida vincolata Riservata piattaforma in genere non delimitata poiché si sviluppa in condizioni difficilmente raggiungibili da altri veicoli e pedoni SI Protetta piattaforma delimitata da elementi di separazione fisica che risultano invalicabili dagli altri veicoli e difficilmente valicabili per i pedoni SI Isolata piattaforma qualora non strutturalmente inaccessibile ad altri veicoli e pedoni deve essere limitata lateralmente da elementi di separazione fisica invalicabili per veicoli e pedoni SI Attraversamento Intersezione a livello della sede con le vie di flusso e di altri veicoli e dei pedoni Libero possibile in ogni punto della sede NO Segnalato segnaletica orizzontale e verticale NO segnaletica orizzontale e verticale con presenza di percorsi obbligati per l'attraversamento pedonale SI segnaletica orizzontale e verticale con semaforo con funzione di avviso (semaforo giallo) SI Protetto segnaletica orizzontale e verticale con semaforo a due aspetti (via libera e via impedita) SI segnaletica orizzontale e verticale con semaforo a due aspetti con priorità per il tram SI segnaletica orizz. e vert. con segnalatore acustico e luminoso eventualmente comandato dal convoglio SI segnaletica orizzontale e verticale relativa a presenza di passaggio a livello con barriere SI
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno Sicurezza e regolarità segnaletica del Codice della Strada (anche semafori) SI segnalamento al conducente, ad aspetti variabili(segnalamento ferroviario di linea, di stazione, ripetizione a bordo dei segnali…) SI segnalamento al conducente, come caso precedente, e con intervento automatico delle protezioni sul convoglio NO Operatività marcia attuata dal conducente a vista SI marcia attuata dal conducente ed assistita dal sistema di segnalamento di terra e/o di bordo SI marcia automatica con e senza conducente a bordo NO Supervisione assenza di supervisione centralizzata SI supervisione centralizzata con indicazione della posizione dei convogli in circolazione SI come caso precedente e con comunicazioni bidirezionali fra posto di controllo centralizzato e conducente SI come caso precedente e con comunicazioni dal posto di controllo centralizzato (o conducente)agli utenti SI Tabella 1. 1 – Norma UNI 8379 ‐ Parametri caratteristici per le tranvie veloci Portata potenziale minima per senso di marcia1 (posti/h) Distanziamento1 (min) Capacità convoglio2 (passeggeri) Distanza media tra le stazioni (m) Incarrozzamento a livello Velocità commerciale1 (Km/h) Lunghezza massima convoglio (m) 2700 4 180 350‐500 Eventuale 15 60 1) prestazioni potenziali minime in condizioni di max domanda di trasporto (ora di punta) 2) posti in piedi calcolati sulla base di 6 pass/m2 Tabella 1. 2‐ Norma UNI 8379 ‐ Valori di riferimento per tranvie veloci
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
1.2 Descrizione del progetto
1.2.1 Tracciato
La linea ha uno sviluppo di circa 14,3 km, con una prima parte a doppio binario, da Parco Nord a Paderno Dugnano località Calderara (5,6 km), mentre la seconda parte, da Calderara a Seregno FS (8,7 km), è a singolo binario con raddoppi per consentire gli incroci.
Mentre la vecchia linea si sviluppa prevalentemente su “marciatram” lungo il lato orientale dell’ex S.P. “Valassina”, la nuova metrotranvia sarà realizzata in sede propria su un parterre a centro strada, con due carreggiate laterali per i due sensi di marcia, sulle quali si immettono tutte le strade laterali e i passi carrabili. Questo cambiamento è necessario perché la collocazione della vecchia tranvia non è più compatibile con la densissima urbanizzazione del territorio giacché si avrebbero criticità per la sicurezza e per la velocità del servizio a causa dei numerosi attraversamenti (strade laterali e passi carrabili). In questo modo, invece, si riduce al minimo l’interferenza con la viabilità ordinaria permettendo di ottenere prestazioni elevate.
1.2.2 Fermate
Le fermate sono 25, con distanziamento medio pari a 540 m, una distanza minima pari a 256 m e una distanza massima di 1105 m.
Mentre nella prima parte della linea, da Milano Parco Nord a Paderno Dugnano (località Calderara) che è a doppio binario, tutte le fermate sono a banchine laterali, poiché è previsto l’utilizzo di tram monodirezionali, nella seconda parte della linea, da Calderara a Seregno FS che è a binario singolo con uso di tram bidirezionali, sono presenti anche banchine a isola.
Fermate Distanziamento fermata (m) Distanza progressiva (m) Inizio prolungamento 0 Bresso‐Giovanni XXIII 309 309 Bresso‐Ariosto 558 867 Bresso‐Rivolta 425 1292 Bresso‐Lurani 310 1602 Bresso‐Pascoli 410 2012 Cusano M.‐Marconi 580 2592 Cusano M.‐Matteotti 294 2886
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno Cusano M.‐Aprica 680 3566 Paderno D.‐Grugnotorto 813 4379 Paderno D.‐Paisiello 566 4945 Paderno D.‐Calderara 256 5201 Paderno D.‐Erba 427 5628 Nova M.‐Brodolini 1000 6628 Nova M.‐Vertua 797 7425 Nova M.‐S. Bernardo 570 7995 Desio‐Togliatti 1105 9100 Desio‐Pietro da Desio 623 9723 Desio‐Stadio 429 10152 Desio‐Diaz 572 10724 Desio‐Gabellini 369 11093 Desio‐Ospedale 372 11465 Desio‐S. Carlo 996 12461 Seregno‐Platone 777 13238 Seregno‐Edison 560 13798 Seregno FS (capolinea) 500 14298 Distanziamento medio 571,92 Distanziamento massimo 1105 Distanziamento minimo 256 Tabella 1. 3‐ Fermate metrotranvia Milano‐Seregno
1.2.3 Analisi della domanda
Il bacino di utenza della metrotranvia Milano-Seregno è formato dai Comuni direttamente interessati dall’attraversamento dell’opera, poiché i Comuni limitrofi godono di alternative quali la ferrovia Milano-Asso delle FNM, la linea Milano-Como di FS e la metrotranvia Milano-Cinisello Balsamo oltre ai previsti prolungamenti delle linee M1 e M5. Dalla tabella 1.4 è facile intuire il comportamento insediativo negli ultimi decenni nell’area: i comuni prossimi a Milano (Bresso, Cusano Milanino), nel tempo, hanno subito una riduzione dei residenti mentre allontanandosi dal Capoluogo regionale l’andamento cambia, infatti nei comuni più distanti (Paderno Dugnano, Nova Milanese, Desio, Seregno) si è avuto un netto incremento di residenti.
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno Comune 1981 1991 2001 2011 Variazione 1981‐2011 Bresso 32.650 30.119 27.132 25.712 ‐21,25% Cusano Milanino 21.742 21.357 19.850 18.905 ‐13,05% Cormano 19.247 18.860 18.056 19.944 3,62% Paderno Dugnano 39.129 43.963 45.444 45.562 16,44% Nova Milanese 19.707 20.620 21.995 22.315 13,23% Desio 33.282 34.085 35.096 40.397 21,38% Seregno 37.891 38.588 39.206 43.001 13,49% Totale 203.648 207.592 206.779 215.836 5,98% Tabella 1. 4‐ Dati demografici dei comuni interessati dalla metrotranvia
L’analisi degli indicatori dei dati economici indica un aumento della popolazione attiva (responsabile della generazione di spostamenti in origine) e un decremento dei posti-lavoro nell’area di intervento, questa è un’altra importante indicazione circa l’esigenza di spostamento al di fuori della zona analizzata, con destinazione principale Milano (quindi lungo l’asse della metrotranvia). Si ha a che fare, dunque, principalmente con spostamenti sistematici, ovvero spostamenti di chi si muove per raggiungere il luogo di lavoro o studio, caratterizzati da percorsi sostanzialmente fissi, concentrati nelle fasce orarie di punta. Questi spostamenti sono quelli per i quali generalmente è più utilizzato il trasporto pubblico, poiché caratterizzati da un’andata e un ritorno nello stesso giorno; nello spostamento di ritorno l’origine e la destinazione del viaggio si invertono, dunque la metrotranvia avrebbe un ruolo fondamentale nel soddisfare la domanda caratteristica dell’area di intervento. Tuttavia, per risultare attrattiva all’utenza, è necessario che l’opera soddisfi determinati requisiti, in termini di velocità, sicurezza, frequenza e accessibilità, tali da renderla preferibile al trasporto individuale perché la domanda dipende sia dalle variabili
socio-economiche appartenenti al sistema delle attività ma anche dalle caratteristiche dell’offerta di
trasporto, appartenenti al sistema dei trasporti. A conclusione delle varie considerazioni fatte circa la tipologia della domanda cui la metrotranvia farà fronte, si riporta la stima della domanda di trasporto indicata nel Progetto Preliminare quantificata in 4000 utenti/h per direzione nel periodo di punta.
1.3 Ipotesi di esercizio
A fronte dell’analisi della domanda sopra riportata, l’ipotesi di esercizio su cui si basa il progetto della nuova linea Milano Parco Nord–Seregno, che si collega con la metrotranvia “nord” di Milano ovvero l’attuale linea 4 Castello–Parco Nord costituendo un’unica infrastruttura della lunghezza di circa 22 km, prevede i seguenti due servizi:
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
Milano Castello–Paderno Dugnano località Calderara (circa 13 km), esercito con tram del parco urbano di Milano, ovvero con vetture monodirezionali;
Milano Maciachini M3–Seregno FS (circa 18 km), esercito con nuovi tram bidirezionali, ovvero con cabine di guida a entrambe le estremità e porte su entrambi i lati.
Come già indicato in precedenza la prima parte della nuova linea, da Milano Parco Nord a Calderara, è a doppio binario (salvo un breve tratto a singolo binario in corrispondenza del sottovia dell’autostrada A4), per cui il regime della marcia è “a vista” a tutti gli effetti, come sulla rete tranviaria urbana di Milano.
La seconda parte della linea, da Calderara a Seregno, essendo a singolo binario con raddoppi per gli incroci, richiede un impianto di segnalamento per garantire la sicurezza dei tram che impegnano le tratte a singolo binario, ferma restando la marcia a vista per quanto riguarda il distanziamento fra tram. Tali caratteristiche richiedono che l’esercizio sia opportunamente disciplinato nel regolamento di esercizio.
Per entrambi i servizi (Milano Castello–Calderara e Milano Maciachini M3–Seregno FS) si prevede una frequenza massima nelle ore di punta di 8 minuti; per cui nella tratta Maciachini M3–Calderara si avrà una frequenza massima di 4 minuti.
Per esercire il servizio Milano Castello–Calderara si stima che siano necessarie circa 12 vetture, che possono essere attinte dal parco tranviario urbano di Milano. Per il servizio Milano Maciachini M3– Seregno FS si stima un fabbisogno di 14 vetture, di nuova acquisizione; per cui, considerando anche le scorte, il quadro economico del progetto comprende 18 vetture tranviarie bidirezionali.
Il numero di corse al giorno per senso di marcia è pari a 160, con una capacità di carico media di 260 posti la nuova linea potrà offrire, nella tratta fra Parco Nord e Calderara, per 16 minuti di percorrenza, oltre 40.000 posti al giorno per direzione con più di 4.000 passeggeri nell’ora di punta, e 20.000 posti al giorno per direzione nella tratta di 25 minuti fra Calderara e Seregno, per una velocità commerciale di 21 km/h.
1.3.1 Veicoli
Come detto precedentemente, secondo le indicazioni riportate nel Progetto Definitivo, i tram da utilizzare per effettuare i servizi sono in parte da attingere dal parco veicoli tranviario ATM e in parte di nuova acquisizione; in particolare, saranno destinati al servizio principalmente le vetture serie “7000” (Eurotram), della lunghezza di 34,1 m e in conformazione a 7 casse. Il raggio di
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
curvatura minimo di soli 18 m agevola la manovrabilità e i 350 mm di altezza del pianale di accesso garantiscono un facile ingresso ai disabili e a coloro che spingono carrozzine o trasportano grossi bagagli. Il veicolo è dotato di tre carrelli motorizzati con motori trifase che consentono di ottenere una riduzione dei costi di manutenzione e di consumo di energia rispetto ai motori convenzionali a corrente continua. Dovendo effettuare il servizio sulla tratta a binario singolo, è necessario che i tram siano bidirezionali, ovvero con due cabine di manovra equipaggiate con apparecchiature che consentano la ripetizione del segnalamento a bordo e con porte su entrambe le fiancate.
Figura 1. 2 ‐ Eurotram serie 7000 Eurotram serie 7000 ‐ Caratteristiche tecniche Lunghezza 34.100 mm Scartamento 1.445 mm Larghezza 2.470 mm Raggio min. di curvatura 18 m Altezza 3.190 mm Massa vuoto 41,5 t
Capacità 68 posti a sedere Velocità massima 70 km/h
194 posti in piedi Alimentazione DC 600 V
Tabella 1. 5‐ Caratteristiche tecniche Eurotram serie 7000
1.3.2 Gestione dell’esercizio nella tratta a binario singolo
Come già accennato, il tracciato della metrotranvia Milano-Seregno è suddiviso in una prima parte a doppio binario, da Parco Nord a Paderno Dugnano località Calderara (5,6 km), mentre la seconda parte, da Calderara a Seregno FS (8,7 km) è a singolo binario con raddoppi per consentire gli incroci. La gestione dell’esercizio nella tratta a singolo binario, per entrambi i sensi di marcia, avviene tramite l’ausilio di un impianto di segnalamento in modo tale da garantire la marcia dei
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
veicoli in sicurezza. Il fine ultimo di tale impianto è quello di assicurare l’accesso a un solo veicolo nella tratta a singolo binario. Ciò avviene mediante segnalamento al conducente del veicolo, tramite segnali a terra, dopo che è stata individuata la presenza del mezzo dal rilevatore. Nel qual caso il conducente non rispetti il segnale di blocco imposto e il tram continui la sua corsa nella tratta a singolo binario, che è già occupata da un altro veicolo, le boe di terra, installate in prossimità del segnale di blocco, attivano la frenata automatica di emergenza.
La logica di funzionamento dell’impianto prevede che in condizione di riposo, entrambi i segnali a protezione della tratta a singolo binario siano disposti a via impedita.
Figura 1. 3 – Impianto di segnalamento, condizione di riposo
Il primo veicolo passando sul rilevatore, posto in prossimità della fermata, comunica al sistema di segnalamento la sua presenza e, verificata la libertà della tratta da altri veicoli, dispone il segnale di blocco a via libera. Qualora il dispositivo di rilevamento non funzionasse, in prossimità del segnale è installata una cassetta con inseriti i pulsanti di riconoscimento manuale di emergenza.
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
Se un secondo veicolo, proveniente dal senso opposto, comunica con le stesse modalità del primo il passaggio in fermata, l’aspetto del segnale di blocco rimane a via impedita.
Figura 1. 5 – Impianto di segnalamento, tratta impegnata, via impedita per il secondo veicolo
Una volta che il primo veicolo ha abbandonato completamente la tratta controllata dal sistema di rilevamento a conta-assi l’impianto fornisce il segnale di via libera al secondo veicolo.
Figura 1. 6 – Impianto di segnalamento, via libera al secondo veicolo
La precedenza per l’immissione nella tratta è quindi regolata normalmente dall’avvicendarsi temporale dei veicoli. Tali sequenze possono comunque, ad esempio in caso di ritardi, essere gestite dal Posto Centrale di Controllo con logica diversa (il primo veicolo in approccio viene tenuto in attesa, fintanto che non sia transitato quello proveniente in direzione opposta). Tale impianto di segnalamento non assolve alcuna funzione di distanziamento, che rimane “a vista” secondo lo standard tranviario, né alcuna protezione della via rispetto agli attraversamenti stradali.
Anche nella prima parte della linea (Milano Parco Nord–Calderara), per il resto tutta a doppio binario, vi è un breve tratto di circa 150 m, a semplice binario, in corrispondenza del sottopasso
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
dell’autostrada A4. Qui la gestione della circolazione tranviaria è governata con un sistema di segnalamento locale, quindi non gestibile dal Posto Centrale, il quale, sulla base della prenotazione temporale, predispone a via libera il segnale corrispondente. Trattandosi di una tratta nella parte di linea destinata a essere esercita anche con tram non attrezzati con il sistema di “train stop” (frenata automatica di emergenza), non è previsto tale dispositivo neppure a terra. La sicurezza della marcia, è quindi affidata al rispetto, da parte dei conducenti, dei segnali a via impedita e comunque alle condizioni di marcia a vista. Per ridurre al minimo il rischio di collisione, due ulteriori segnali sono posti in prossimità del sottopasso.
1.4 Gestione degli attraversamenti
Il progetto della metrotranvia Milano-Seregno deve garantire un compromesso fondamentale: è necessario che l’opera non si tramuti in uno sbarramento fisico che divida l’area urbana in due zone separate, ma deve permettere una certa permeabilità trasversale al tracciato sia per gli attraversamenti pedonali sia per gli attraversamenti stradali e allo stesso tempo è necessario che l’infrastruttura tranviaria sia attrattiva all’utenza, quindi bisogna avere determinate caratteristiche in termini di velocità commerciale e frequenza per offrire uno standard qualitativo elevato. Per fare ciò è previsto un regime di “asservimento semaforico” in modo tale da offrire un passaggio privilegiato ai veicoli tranviari lungo tutte le intersezioni e attraversamenti pedonali che incontrano lungo il percorso.
1.4.1 Asservimento semaforico
L’asservimento semaforico al trasporto pubblico permette di privilegiare il passaggio dei mezzi di trasporto nelle intersezioni semaforizzate concedendo loro una fase di verde utile al superamento dell’incrocio ed evitando così periodi di fermate con relativo aumento dei tempi di percorrenza e diminuzione della velocità commerciale. La strategia dell’asservimento semaforico, o preferenziamento, dei mezzi pubblici è vista come la chiave per realizzare un servizio che sia il più competitivo possibile nella scelta del mezzo di trasporto da parte degli utenti, incrementando l’attrazione del mezzo pubblico a discapito del mezzo privato.
Da esperienze reali basate sullo studio delle strategie di priorità adottate, si possono individuare i seguenti benefici:
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
• risparmio nei costi di esercizio: se il tempo risparmiato è significativo, è possibile ridurre il numero di veicoli in servizio mantenendo elevate frequenze;
• miglioramento della puntualità e affidabilità: la priorità riduce la variabilità del tempo di viaggio con effetti positivi su puntualità, regolarità e affidabilità del servizio;
• miglior soddisfazione da parte degli utenti: la riduzione dei tempi di percorrenza comporta una migliore soddisfazione dei clienti e aumenta la possibilità di attrarne di nuovi.
Tuttavia, l’impatto che una gestione generalizzata dell’asservimento può avere sulla viabilità ordinaria è, in generale, di difficile previsione e può certamente avere effetti molto diversi da quelli attesi, infatti, se da un lato il preferenziamento consente il passaggio immediato del mezzo pubblico in un’intersezione, annullando i tempi di attesa al semaforo, dall’altro obbliga all’arresto i flussi veicolari antagonisti. É dunque importante concepire il regime di asservimento semaforico in modo tale che non abbia delle gravi ripercussioni sulle correnti veicolari che generano punti di conflitto con il mezzo pubblico.
Il sistema di preferenziazione semaforica è composto da apparati di terra e apparati di posto centrale. Gli apparati di terra comprendono un sensore magnetico, montato sulla linea aerea o posto a terra, e un centralino di controllo semaforico mentre gli apparati di posto centrale sono formati dalla postazione operatore di controllo del traffico e dalla connessione con i veicoli via radio per lo scambio di informazioni di localizzazione e priorità semaforica. Ogni veicolo deve essere in grado di scambiare i dati relativi al preferenziamento semaforico sia con il Posto di Controllo Centrale, grazie al sistema radio montato a bordo mezzo, sia con gli impianti semaforici, tramite pantografo. Con il sistema radio, i veicoli provvedono a inviare i propri dati di localizzazione al PCC e il Centro provvede a calcolare il livello di preferenziamento richiesto per ciascun veicolo in base alla loro posizione, stato di servizio e caratteristiche di linea e a inviarlo alla centralina semaforica. Con il pantografo, i veicoli provvedono ad inviare le richieste di preferenziamento al centralino di controllo semaforico, quest’ultimo utilizza questi input per sincronizzare il proprio ciclo con l’arrivo del mezzo e riceve il livello di priorità richiesto dal sistema di localizzazione centralizzato.
1.4.2 Intersezione a rotatoria
Come già detto precedentemente, la nuova infrastruttura tranviaria sarà collocata su parterre al centro della strada, con carreggiate laterali a senso unico, conferendo una maggiore sicurezza e fluidità sia della marcia dei tram sia della circolazione veicolare e dei movimenti dei pedoni. Questa
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
configurazione se da un lato evita di dovere avere continui attraversamenti della sede stessa in corrispondenza di tutte le strade laterali e tutti i passi carrabili presenti sul lato della tranvia, dall’altro obbliga i veicoli che s’immettono sull’asse stradale percorso dalla tranvia (da una strada laterale o da un passo carrabile) a seguire il senso unico della carreggiata di quel lato. Ciò comporta la creazione di traffico indotto e percorsi forzati, in quanto in corrispondenza dell’intersezione con attraversamento della sede tranviaria (principalmente per i numerosi passi carrabili), i veicoli devono procedere nel senso obbligato svoltando a destra e non possono scegliere, quindi, il senso di marcia desiderato. Questo problema non è completamente eliminabile ma può essere attenuato utilizzando le intersezioni a rotatoria, che permettono sia di invertire il senso di marcia sia di mantenere la fluidità del traffico veicolare. Tuttavia, contrariamente a quanto avviene nel caso in cui la rotatoria sia interessata esclusivamente da traffico veicolare, si ha una situazione d’incompatibilità causa la presenza dell’infrastruttura metrotranviaria, dunque risulta necessario il controllo semaforico dell’intersezione. Pertanto, per risolvere questo tipo di situazioni lungo la metrotranvia, sono stati studiati due tipi d’intersezioni a rotatoria, da adottarsi nei vari casi a seconda degli spazi a disposizione e delle caratteristiche dell’esercizio tranviario nella tratta interessata. I due tipi d’intersezioni in questione sono stati così denominati:
• “intersezione semaforizzata con canalizzazione a rotatoria”; • “rotatoria con impianto semaforico attivato dai tram”.
1.4.2.1 Intersezione semaforizzata con canalizzazione a rotatoria
Questo tipo d’intersezione, rappresentata nella figura sottostante, presenta un diametro esterno non minore di 45 m, dunque uno dei principali svantaggi è la necessità di una vasta area per la sua realizzazione, tuttavia l’uso di una simile rotatoria comporta notevoli vantaggi, il principale è che il nocciolo della rotatoria è attraversato sia dai binari tranviari sia dalle carreggiate che permettono il prosieguo dritto del flusso veicolare, che nei casi in esame coincide generalmente con il flusso principale di traffico. Questa soluzione rende compatibile l’assetto a rotatoria dell’intersezione, che permette una certa fluidità al traffico veicolare, con la necessità della semaforizzazione delle intersezioni causa la presenza della tranvia. Inoltre è da notare, ai fini della sicurezza, che con questa soluzione si ha l’assenza di linee di arresto a ridosso dei binari tranviari, scongiurando così che i veicoli possano accidentalmente occupare la via di marcia della tranvia.
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
Figura 1. 7 ‐ Esempio di applicazione di intersezione con canalizzazione a rotatoria
1.4.2.2 Rotatoria con impianto semaforico attivato dai tram
Per le situazioni in cui si ha che fare con spazi ristretti non è possibile la realizzazione dell’intersezione vista sopra, in questi casi, si è scelto l’utilizzo di una vera e propria rotatoria, che in assenza di tram è disciplinata dalla sola segnaletica orizzontale e verticale prescritta dal Codice della Strada. La rotatoria è attraversata diametralmente dalla tranvia ed è dotata d’impianto semaforico il cui comportamento generale è il seguente: in assenza di tram l’impianto è spento e la circolazione stradale e pedonale è disciplinata dalla segnaletica orizzontale e verticale. Al sopraggiungere di un tram, i semafori che controllano gli itinerari veicolari interferenti con il tram si attivano ed emettono alcuni lampi gialli per attirare l’attenzione degli automobilisti. Successivamente, la lanterna semaforica emette luce gialla fissa e infine si accende la luce rossa. Una volta transitato il veicolo tranviario, i semafori si spengono, riconducendo l’intersezione ad una normale rotatoria. É da valutare se è meglio spegnere completamente l’impianto semaforico o lasciarlo accesso con luce gialla lampeggiante per indurre un maggiore grado di prudenza nel comportamento dell’utenza nel momento in cui si appresta a impegnare la rotatoria. Dato il piccolo diametro della corona, il nocciolo della rotatoria è circondato da un cordolo sormontabile in modo da facilitare le manovre dei mezzi pesanti.
Capitolo 1 – Progetto della metrotranvia Milano ‐ Seregno
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
II – Intersezioni semaforizzate
Le intersezioni semaforizzate sono governate dalla regolazione semaforica che è la tecnica generalmente adottata per gli incroci urbani caratterizzati da flussi rilevanti, dunque nei casi in cui non è consentita l'adozione della tipica regola della “precedenza a destra”. Il fine principale della semaforizzazione è quello di evitare conflitti tra i veicoli e di ottenere delle adeguate condizioni di sicurezza e fluidità fermando ciclicamente, per un certo tempo, il deflusso delle correnti veicolari in avvicinamento all’intersezione, consentendo così, il passaggio di tutti i veicoli tramite manovre compatibili, ovvero manovre che non generano punti di conflitto. La regolazione semaforica svolge, inoltre, un importante ruolo di supporto all’implementazione di schemi di circolazione consentendo di privilegiare alcuni itinerari a scapito di altri, di controllare l'accesso ad alcune zone del territorio urbano e, più in generale, di facilitare l'utente nella percezione della gerarchia definita tra gli assi stradali.
2.1 Classificazione
Le intersezioni possono essere classificate sia in funzione delle caratteristiche dei flussi che le interessano, sia in funzione delle caratteristiche fisiche e geometriche.
Per quanto riguarda le caratteristiche dei flussi, le intersezioni possono essere suddivise in: Interdipendenti;
Isolate.
Le intersezioni isolate sono caratterizzate da flussi in arrivo distribuiti in modo casuale (per lo più si assume una distribuzione probabilistica di tipo Poissoniano), ovvero non sia ha un fenomeno di concentrazione dei flussi.
Quelle interdipendenti, al contrario, presentano arrivi la cui distribuzione dipende dalle caratteristiche delle intersezioni semaforizzate a monte, in quanto si ha la formazione di plotoni. In via del tutto generale si può dire che ciò avviene quando le intersezioni semaforizzate sono situate a una distanza inferiore ai 500-700 m.
Per quanto riguarda invece la struttura delle intersezioni si può effettuare una suddivisione in intersezioni:
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
complesse semplici
Nella seconda categoria si possono far rientrare tutte le intersezioni a due o più fasi che non presentano particolari problemi per quanto riguarda le possibilità di accumulo delle code.
Nel caso invece in cui vi è la presenza di interferenze rilevanti tra le code si può parlare di
intersezione complessa. Tale situazione si verifica, ad esempio, in piazze di dimensioni anche
ragguardevoli in cui si hanno conflitti fra correnti di traffico in diversi punti dell’area di incrocio, con la necessità di semaforizzare anche l’area interna, nella quale comunque le distanze fra segnali sono contenute e quindi lo spazio di accumulo per le code è ridotto o addirittura nullo[4].
2.2 Criteri progettuali
La progettazione di un impianto semaforico prevede tre fasi: 1. fase conoscitiva, di analisi e rilievo dello stato di fatto;
2. fase progettuale, che comprende la definizione di alternative possibili in termini di elementi geometrici caratterizzanti intersezione (numero di corsie, attraversamenti etc.) e di piani semaforici con valutazione funzionale e di capacità;
3. fase di valutazione comparativa tra le alternative studiate, comprensiva di una valutazione economica e di efficienza.
2.2.1 Caratterizzazione geometrica e funzionale dell’intersezione
È l’operazione preliminare in cui si effettua un rilievo delle caratteristiche geometriche dell’intersezione in modo tale da definire una planimetria in scala adeguata riportante i seguenti dettagli:
numero e larghezza delle corsie dei rami di accesso, canalizzazioni, spartitraffico, isole di traffico;
segnaletica orizzontale e attraversamenti pedonali; pendenze, curve, eventuali ostacoli alla visibilità;
posizione e dimensioni delle fermate delle linee di trasporto collettivo, percorsi di eventuali linee di trasporto collettivo su ferro;
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
Si procede eseguendo un rilievo dei vincoli presenti in prossimità dell’intersezione, per esempio: edifici, passi carrabili, illuminazione pubblica, pali o piloni delle reti elettriche e telefoniche.
Si esegue un’analisi delle varie caratteristiche del traffico che interessa l’intersezione, in particolare: numero dei veicoli entranti da ciascun ramo nell’intersezione, rilevato in un giorno
rappresentativo almeno durante le 16 ore consecutive che comprendano la percentuale più alta del traffico dell’intera giornata e campionando i dati a intervalli che non superino la durata di 15 minuti;
volumi veicolari di ogni corrente da ciascun approccio, evidenziando le svolte a sinistra conflittuali, suddivisi per tipologia veicolare, per esempio: motoveicoli, autovetture, veicoli commerciali leggeri, veicoli commerciali pesanti, autobus;
volumi pedonali presenti su ciascun marciapiede durante le ore della punta veicolare e di massima circolazione pedonale, raggruppandoli eventualmente in tre classi di età delimitate da 10 e 60 anni;
velocità dell’ottantacinquesimo percentile di tutti i flussi presenti sui rami di accesso all’intersezione.
Si effettua un’analisi dell’incidentalità relativa all’intersezione, riferita ad almeno un anno e classificando gli eventi secondo il tipo, la localizzazione, la dinamica dei movimenti e la gravità. Dopodiché si esegue una rappresentazione grafica delle informazioni elaborate. Utilizzando come input i dati relativi alla geometria dell’intersezione e i volumi di traffico, è possibile procedere alla stesura dei piani semaforici.
2.2.2 Progetto dei piani semaforici
La progettazione dei piani semaforici ha come obbiettivo quello di soddisfare le esigenze delle correnti veicolari garantendone la sicurezza e osservando le norme del codice della strada e le altre condizioni al contorno indagate durante i rilievi; la stesura di ogni singolo piano comprende le seguenti operazioni fondamentali:
a) Definizione delle fasi semaforiche in termini di numero, successione e durata individuando i flussi veicolari e pedonali per i quali sono compatibili segnali di verde;
b) Modalità di transizione tra le fasi; c) Calcolo della durata del ciclo completo.
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
2.2.2.1 Definizione delle fasi semaforiche
La definizione delle fasi costituisce l’operazione più impegnativa nella progettazione di un impianto semaforico e ne rappresenta l’aspetto più significativo, in quanto da essa dipende l’efficacia della regolazione. Questa operazione consiste nella suddivisione del tempo totale disponibile per ogni ciclo in tempi di verde assegnati alle singole correnti veicolari che afferiscono all’intersezione, o a loro gruppi. Bisogna tenere presente che al crescere del numero delle fasi diminuiscono i punti di conflitto, ma ciò vuol dire anche concedere un tempo di verde breve per ogni fase, dunque, ricordando che la semaforizzazione ha come obbiettivo quello di rendere sicura e fluida la circolazione nell’incrocio, è necessario trovare un compromesso tra le due esigenze:
provocare il minore ritardo possibile al deflusso veicolare;
eliminare il maggior numero possibile di punti di conflitto tra le correnti veicolari.
Si tratta pertanto di affrontare un processo di ottimizzazione alla ricerca del piano semaforico che costituisca il migliore compromesso tra i due diversi obiettivi.
Per determinare il numero delle fasi devono essere individuate le correnti veicolari compatibili, che possono defluire simultaneamente, e correnti veicolari antagoniste. Le correnti veicolari compatibili non presentano aree di conflitto in comune e possono essere raggruppate in una fase (manovre protette), le correnti antagoniste devono appartenere a fasi separate ad eccezione del caso di correnti in svolta prive di apposito segnale, che possono essere considerate come correnti compatibili condizionate (manovre permesse). Al fine di massimizzare la capacità dell’intersezione è conveniente:
determinare il numero di fasi minimo che garantisca, comunque, il deflusso delle varie manovre, evitando che queste producano interferenze con altre correnti di traffico;
accorpare in una stessa fase correnti di traffico che richiedono tempi di verde di durata non troppo diversa;
definire le fasi in modo da ridurre la somma dei tempi non utilizzati dalle correnti veicolari a causa degli intertempi di sicurezza o di altre necessità legate alle transizioni di fase.
Per la definizione della fasatura di un’intersezione è necessario il rispetto di alcuni vincoli derivanti dalle modalità di impiego delle corsie nell’effettuazione delle diverse manovre:
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
vincolo di simultaneità: il verde deve essere simultaneo per manovre veicolari distinte che utilizzano in modo promiscuo le stesse corsie, per esempio corsie utilizzate per più manovre quali dritto/destra o dritto/sinistra;
vincolo di sequenzialità: manovre veicolari distinte possono defluire in fasi diverse solo se utilizzano corsie specializzate;
vincolo di ritardato inizio del verde: il verde di una corrente con diritto di precedenza non può iniziare dopo quello di una corrente compatibile condizionata.
2.2.2.2 Modalità di transizione tra le fasi
La transizione tra le fasi di un ciclo avviene mediante la definizione di due intervalli importanti:
tempo di giallo e tempo di tutto rosso.
Il tempo di giallo è finalizzato a soddisfare due esigenze fondamentali (che si manifestano nel periodo di transizione dalla fase verde alla fase rossa) di una corrente veicolare:
l’arresto tempestivo, in condizione di sicurezza, dei veicoli che si approssimano all’intersezione;
lo sgombero dell’intersezione da parte dei veicoli che sono in moto nella zona di manovra. Il calcolo rigoroso del tempo di giallo dovrebbe considerare la velocità dei veicoli, gli spazi di arresto e di sgombero tipici di ogni ramo dell’intersezione, risultando così fortemente variabile tra diverse intersezioni e da ramo a ramo di una stessa intersezione. Assumere valori molto diversi nei tempi di giallo può avere effetti deleteri sulla sicurezza, in quanto indurrebbe a comportamenti incerti e imprevedibili da parte degli utenti, i quali hanno invece la tendenza a comportarsi in modo omogeneo e abitudinario. In generale, pertanto, risulta molto più opportuno definire un tempo di giallo uguale per tutte le fasi di una intersezione e, per quanto possibile, per tutte le intersezioni presenti in una stessa area. A tale scopo la normativa CNR suggerisce i seguenti tempi di giallo:
tempo di giallo per strade extraurbane = 5 s; tempo di giallo per strade urbane = 4 s.
Il tempo di tutto rosso ha come obbiettivo lo sgombero dell’intersezione da parte di quei veicoli presenti al suo interno, nel periodo di transizione dalla fase verde alla fase rossa, come i veicoli transitati già con il giallo attivo o i veicoli in attesa di effettuare una manovra di svolta a sinistra. In tal modo gli utenti, pur avendo impegnato una parte del tempo di giallo per occupare l’incrocio,
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
hanno la possibilità di liberarlo mentre sugli altri rami di accesso è attivo il rosso. Secondo la normativa italiana, il tempo di tutto rosso relativo a una certa fase i può essere calcolato, espresso in secondi, con la seguente relazione:
dove:
TRi= tempo di tutto rosso per l’i-esima fase;
tpd = tempo di percezione e decisione = 1-2 s (dipendente dall’attenzione dei guidatori, presenza di
segnali di preavviso di impianto semaforico, età media prevedibile dei guidatori, velocità di approccio);
Sf = spazio di frenatura [m];
vv = velocità media veicoli [m/s];
D = lunghezza della traiettoria [m] situata all’interno dell’area di intersezione;
d = lunghezza media dei veicoli, assunta in genere pari a 5 m;
tG = tempo di giallo.
2.2.2.3 Calcolo della durata del ciclo completo
Nel calcolo della durata del ciclo e della fase di verde bisogna tenere presente alcuni vincoli: durata massima del ciclo compresa tra 30 e 120 secondi;
durata minima del verde pari a 10 secondi per le correnti veicolari normali e 15 secondi per le correnti veicolari principali;
durata massima del rosso deve tener conto dell’accettazione dell’utenza(limite massimo pari a 60 secondi per i pedoni e 120 secondi per il traffico veicolare), della disponibilità degli spazi di accumulo e dell’ammissibilità dei ritardi per i veicoli di trasporto collettivo.
La normativa CNR consiglia, per il calcolo del ciclo semaforico, di adottare la formula del ciclo teorico (ciclo che smaltisce tutti i flussi in arrivo composti da veicoli viaggianti a intervalli
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
tendenzialmente costanti durante il periodo di riferimento, in periodi di breve durata, pari a 15 minuti):
1 Γ
con:
L P l Γ = indice di carico massimo tra quelli di tutte le correnti della fase i;
ϕ = numero delle fasi semaforiche veicolari; = flusso previsto per la corrente di traffico j;
= flusso di saturazione per la corrente di traffico j; Γ = somma degli indici di carico delle singole fasi;
P = durata di una eventuale fase esclusivamente pedonale;
= somma dei perditempo, in secondi, riscontrabile durante un ciclo; l = somma dei perditempo per singola fase semaforica.
Dalla durata del ciclo semaforico C è possibile ricavare il tempo di verde di ogni fase veicolare espresso, in secondi, mediante la seguente relazione:
1
Γ
Dopo aver ultimato il progetto dei piani semaforici si ha la “valutazione comparativa” ovvero un confronto tecnico-economico tra le varie alternative progettuali prese in considerazione privilegiando la soluzione più soddisfacente.
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
2.3 Valutazioni funzionali delle intersezioni semaforizzate
La valutazione delle prestazioni permette di verificare la validità di un piano semaforico, sia per il progetto di una intersezione che per un incrocio esistente, in termini di qualità del deflusso che interessa l’intersezione stessa.
2.3.1 Procedura di verifica degli incroci semaforizzati (metodologia HCM)
La metodologia HCM (Highway Capacity Manual) è il metodo di calcolo del livello prestazionale delle intersezioni semaforizzate più diffuso. Essa è suddivisa in 5 moduli:
Modulo di input: include tutti i dati necessari a caratterizzare la geometria dell’intersezione, i volumi, le condizioni di traffico e la semaforizzazione;
Modulo di correzione del volume: i volumi sono generalmente misurati in termini di veicoli/ora per ora di punta. Questo modulo converte questi flussi per un periodo di analisi di 15 minuti di punta e tiene conto degli effetti di distribuzione nella corsia. Anche la definizione dei gruppi di corsie per l’analisi è contenuta in questo modulo;
Modulo del flusso di saturazione: il flusso di saturazione, ovvero il numero massimo di veicoli che può transitare ininterrottamente attraverso una linea d’arresto dell’intersezione nell’unità di tempo, è calcolato per ogni gruppo di corsie stabilito per l’analisi. Il calcolo del flusso reale è basato sulla correzione del flusso di saturazione ideale, al fine di riflettere un’ampia varietà di condizioni esistenti;
Modulo dell’analisi della capacità: in questo modulo sono trattati i volumi e i flussi di saturazione necessari per calcolare la capacità ed il grado di saturazione, ovvero il rapporto tra il flusso veicolare e la capacità, per ogni gruppo di corsie e il grado di saturazione critico per l’intersezione;
Modulo del Livello di Servizio: viene stimato il ritardo per ogni gruppo di corsie e determinato il livello di servizio.
2.3.2 Livello di servizio
L’obiettivo delle procedure di calcolo funzionale è quello di fornire informazioni circa la qualità della circolazione all’interno dell’intersezione. La metodologia HCM permette di determinare il livello di servizio, ovvero una misura delle caratteristiche di mobilità di un’intersezione, fornendo una misura del disagio e della frustrazione del guidatore, del consumo di carburante e del tempo di
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
viaggio in termini di ritardo medio. Il livello di servizio, dunque, è funzione del tempo medio di fermata per ogni veicolo e per ogni gruppo di corsie. L’ HCM individua sei livelli di servizio:
livello A: ritardo estremamente limitato (< 10 s/veic); la coordinazione semaforica risulta particolarmente favorevole e la maggior parte dei veicoli si presenta nella fase di verde; brevi tempi di ciclo possono contribuire a limitare i ritardi veicolari;
livello B: ritardo compreso tra 10 e 20 s/veic; si ottiene con una buona coordinazione e/o con brevi tempi di ciclo;
livello C: ritardo compreso tra 20 e 35 s/veic; i maggiori ritardi sono causati da una coordinazione discreta e/o da tempi di ciclo più lunghi, il numero di veicoli arrestati per ciclo inizia a essere significativo; possono inoltre apparire singoli difetti del ciclo semaforico;
livello D: ritardo compreso tra 35 e 55 s/veic; l’influenza della congestione e l’insufficienza del ciclo iniziano a risultare rilevanti; i ritardi elevati possono dipendere da una combinazione tra coordinazione sfavorevole, tempi di ciclo prolungati, gradi di saturazione (rapporti f/c) elevati; la quota di veicoli non arrestati diminuisce;
livello E: ritardo compreso tra 55 e 80 s/veic; questi valori di ritardo possono essere motivati da scarsa coordinazione semaforica, lunghi tempi di ciclo, elevati gradi di saturazione; le insufficienze del ciclo sono frequenti; il valore di 80 s/veic è di norma considerato come il limite accettabile del ritardo veicolare;
livello F: ritardo superiore a 80 s/veic; è considerato inaccettabile da gran parte dei conducenti e si verifica in presenza di sovrasaturazione o qualora ricorrano frequenti insufficienze del ciclo ai quali possono contribuire una scarsa coordinazione semaforica e lunghi tempi di ciclo.
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
2.4 Modalità di controllo delle intersezioni semaforizzate
Per la gestione delle intersezioni semaforizzate si possono usare diverse modalità di controllo a seconda che le intersezioni siano isolate o interdipendenti.
Per le intersezioni isolate le modalità di controllo più importanti sono controllo a ciclo fisso e
controllo attuato. La modalità di controllo a ciclo fisso è probabilmente quella più usata, con questa
tipologia di gestione la durata del ciclo semaforico e delle fasi è predefinita in un piano semaforico ed è costante nel tempo indipendentemente dall’andamento del flusso veicolare. La modalità di
controllo attuato, è usata per far variare la durata del ciclo e/o delle fasi in funzione del traffico
rilevato nell’intersezione, può avvenire in diverse forme:
Controllo completamente attuato: un apparato automatico di controllo acquisisce i dati relativi alle condizioni del traffico in tempo reale e gestisce la durata del ciclo, delle fasi e la successione di quest’ultime in funzione dei flussi veicolari e pedonali rilevati;
Controllo parzialmente attuato: con questa tipologia varia, in funzione delle condizioni di traffico, esclusivamente la durata delle fasi, e quindi del ciclo, mentre la loro successione resta invariata;
Controllo semiattuato: in questo caso varia l’attuazione e la durata delle fasi dei rami secondari e la loro successione rispetto alla fase principale. In base all’arrivo dei veicoli sugli accessi secondari si attivano dei particolari rilevatori, come spire magnetiche, rilevatori a infrarossi o pulsanti di chiamata per pedoni, che interrompono la fase principale.
Per le intersezioni interdipendenti, in cui si ha un andamento dei flussi veicolari in arrivo dipendente dalle caratteristiche di impianti presenti a monte si può avere un controllo coordinato a
selezione di piano o controllo coordinato a formazione di piano. Nella prima modalità si ha un
controllo a tempi fissi che prevede la selezione fra più piani di coordinamento semaforico. Ciascun piano di coordinamento è caratterizzato dall’insieme dei piani semaforici con ciclo comune (o multiplo) e sfasamenti, relativi a tutte le intersezioni considerate. La selezione dei piani di coordinamento può essere effettuata manualmente, ad orario o in funzione del traffico. Nel
controllo coordinato a formazione di piano le caratteristiche dei piani di coordinamento (durata del
ciclo comune, tempi di verde e sfasamenti) vengono determinate in modo completamente automatico sulla base delle caratteristiche del traffico.
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
2.5 Gestione della priorità semaforica ai mezzi pubblici
2.5.1 Tecniche e tipologie di attuazione
La priorità semaforica per i mezzi pubblici nelle intersezioni semaforizzate, se ben progettata, può essere uno strumento molto importante per rendere il trasporto pubblico attrattivo all’utenza rispetto al mezzo privato. Il fine principale di un sistema di priorità semaforica è quello di minimizzare gli arresti ai semafori e ridurne il tempo di arresto. Per fare ciò, ci si avvale delle seguenti tecniche:
Estensione di fase: se un mezzo pubblico giunge nell’intersezione mentre la fase di verde per quella corrente di traffico sta terminando, il sistema interviene allungando il segnale di verde per un tempo utile tale da permettere transito del mezzo pubblico; Anticipo di fase: se un mezzo pubblico giunge nell’intersezione mentre è attiva la fase
di rosso, il tempo di rosso per la corrente interessata dal mezzo viene ridotto e fornendo in anticipo la fase di verde;
Inserimento di fase: se un mezzo pubblico giunge nell’intersezione e ha bisogno di una fase speciale, tale fase è inserita nel ciclo variandone la struttura;
Soppressione di fase: se un mezzo pubblico giunge nell’intersezione ed ha bisogno di eseguire una particolare manovra (es. svolta a sinistra), il sistema può eseguire una soppressione della fase corrente per permettere di servire il mezzo.
Per realizzare la priorità ai veicoli pubblici sono stati proposti molti metodi, i principali possono essere così elencati:
Onda verde: si predispone, lungo un corridoio, una sequenza sincronizzata di cicli e di offset, studiati in modo da favorire la progressione dei mezzi pubblici, assieme a quello dei veicoli privati;
Ottimizzare on-line: si affida al sistema di controllo una funzione obbiettivo, da ottimizzare sul campo sulla base di dati, rilevati in tempo reale, come traffico, presenza di tram o bus, lunghezza delle code ecc. che descrivono le reali condizioni delle intersezioni;
Ottimizzare off-line: si fissano alcuni parametri del semaforo come durata del ciclo e delle fasi e si definisce a priori un algoritmo di priorità.
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
2.5.2 Calcolo dei parametri caratteristici
In una fase preliminare di dimensionamento il progetto di un sistema di priorità può avvalersi di modelli di calcolo basati su assunzioni semplificative. La descrizione dell’efficacia di tali sistemi può avvenire tramite alcuni parametri caratteristici [8].
Un primo parametro fondamentale è la probabilità di arresto PA di un veicolo al semaforo. Ciò
avviene nel momento in cui è necessario garantire una minima fase di verde a flussi antagonisti che devono essere interrotti per permettere l’attuazione. Tale probabilità può essere espressa come rapporto tra la durata dell’intervallo in cui il veicolo si arresta e il tempo del ciclo ovvero:
2
con:
= tempo di giallo;
= valore minimo della fase di verde antagonista; = tempo di transito tra il rilevatore e la linea d’arresto;
= tempo del ciclo.
Il tempo impiegato dal veicolo per transitare dal rilevatore alla linea d’arresto è molto importante ai fini di una corretta progettazione del sistema di priorità, infatti se tale termine aumenta (quindi all’aumentare della distanza tra rilevatore e linea di arresto) si ottengono valori minori della probabilità di arresto. Nel caso in cui 2 la probabilità d’arresto è uguale a zero, tale condizione, però, richiede di posizionare il sensore a una distanza notevole dall’intersezione, dell’ordine di diverse centinaia di metri per la casistica tipica dei tram. Dunque maggiore è il tempo a disposizione della centralina per gestire l’attuazione semaforica, maggiore è la probabilità che il mezzo pubblico in prossimità della linea d’arresto trovi una fase di verde; al contrario, se il tempo a disposizione per eseguire l’asservimento semaforico tende allo zero (rilevatore situato a ridosso della linea di arresto) la probabilità d’arresto del mezzo pubblico, dovendo garantire la sicurezza di tutti i flussi veicolari (es. fase minima di verde, tempo di giallo ecc.) inevitabilmente aumenta. Questo concetto è stato applicato e verificato nelle simulazioni effettuate, illustrate nel capitolo 4 (cfr. 4.1.2).
Capitolo 2 – Intersezioni semaforizzate
Un altro parametro da prendere in considerazione è la durata d’arresto W per il mezzo pubblico, dato dal valore medio tra la durata di minimo ritardo, pari a zero, e di massimo ritardo:
2 2
Una volta determinati questi parametri è possibile determinare il valore medio del ritardo R per il mezzo pubblico, dato dal prodotto della probabilità d’arresto PA e la durata d’arresto W:
2 2
