8. Progetto di Rotatoria Semaforizzata
8.1 Progettazione della Rotatoria Semaforizzata nell’ intersezione tra S.S. 1 “Aurelia” e Viale delle Cascine
8.1.1 Geometria della Rotatoria
L’idealizzazione e la progettazione della intersezione a raso,con la nuova tecnica di una “rotatoria semaforizzata” viene attuata esclusivamente nell’intersezione fra la S.S.1 “Aurelia” e Viale delle Cascine.
Lo studio dell’intersezione semaforizzata è stato affrontato esclusivamente nell’intersezione sopracitata, e non in ambedue le intersezioni oggetto di studio della tesi. Tale scelta è dettata da alcune problematiche presenti nell’intersezione fra la S.S.1 “Aurelia” e “Via Fossa Ducaria”, ed completamente assenti nell’altra intersezione.
Gli aspetti negativi, che inficiano la decisione di sviluppare anche in “Via Fossa Ducaria”, la rotatoria semaforizzata sono:
• il piano di progettazione presenta una elevata pendenza
• insufficiente spazio disponibile che possa contenere l’intero sviluppo della rotatoria semaforizzata
• localizzazione della intersezione immediatamente a valle di un opera d’arte (ponte dell’ Aurelia)
Geometricamente la rotatoria semaforizzata ha come caratteristica principale il fatto che la strada principale, in questo caso l’Aurelia, non viene interrotta, quindi la circonferenza viene divisa a metà dall’ asse stradale della S.S.1.
Quindi in mezzo alla rotatoria passano le corsie dell’ Aurelia, che sono una corsia per senso di marcia,di larghezza ciascuna di 3,75 m.
Le corsie sono separate da uno spartitraffico di larghezza di 1,00 m, sia nella parte centrale della rotatoria sia nella parte di approccio alla rotatoria, all’interno della circonferenza principale e posizionato il semaforo e un’ altro prima dell’ ingresso in rotatoria.
La corona circolare è formata da due corsie che servono per la circolazione interna e in prossimità della strada principale c’è lo stop e il semaforo.
Fig.1- Rotatoria semaforizzata Viale delle Cascine - S.S.1 “Aurelia”
L’ingresso in rotatoria da Viale delle Cascine, sia dalla parte del Parco che dalla parte di Pisa , è progettata geometricamente come quello per le rotatorie standard, formato da due corsie con una larghezza complessiva di 7,50 m, con
rispettivamente raggio d’ ingresso Ri= 30,00 m e raggio d’ uscita Ru= 50,00 m, con uno spartitraffico triangolare sono state divise le due corsie di entrata e quella di uscita dalla rotatoria, la corsia di uscita ha una larghezza pari ha 4,50 m.
Fig.2- Ingresso da Viale delle Cascine
La fascia sormontabile all’ interno della rotatoria ha forma a mezza luna, questa scelta è stata effettuata perché bisogna assicurare ai veicoli che percorrono la rotatoria la possibilità di un restringimento improvviso della propria traiettoria verso l’interno della rotatoria stessa. Altro motivo di essenziale importanza, che ha orientato la progettazione della fascia sormontabile verso una forma a mezza luna, e non circolare, è quello di impedire ai veicoli che la percorrono, nella corona, di urtare il semaforo, che gestisce il flusso veicolare nella direzione principale, parte da una dimensione di 2 metri centrale fino a zero nella parte finale.
Fig.3- Fascia sormontabile a mezza luna
La gestione dell’ ingresso in rotatoria dall’ Aurelia è diversa , la caratteristica principale è che il flusso veicolare che va dritto rimane nella sua corsia invece, sia chi deve girare a destra che chi deve girare a sinistra, ha la sua corsia specializzata per la svolta di larghezza 3,75 m.
La corsia specializzata per la svolta è suddivisa in due tratti, le dimensioni di tratti sono dettate dalle “NORME FUNZIONALI E GEOMETRICHE PER
LA COSTRUZIONE DELLE INTERSEZIONI STRADALI” ,il primo chiamato
di immissione ha una lunghezza di 30,00 m (la normativa prevederebbe una lunghezza di 20 m in ambito urbano; è stato tuttavia utilizzato il modulo previsto per le strade extraurbane in quanto l’intersezione è interessata da un elevatissimo flusso di traffico).
Il secondo tratto chiamato di decelerazione ha anch’ esso una lunghezza di 30,00 m, ma in questo caso le norme impongono la formula per trovare il valore di L : L= (v12 – v22)/2a dove v1= è la velocità di ingresso nel tratto di decelerazione (m/s), v2= è la velocità di uscita dal tratto di decelerazione (m/s), a= è l’ accelerazione, positiva o negativa, assunta per la manovra (m/s2).
Chi arriva da Viale delle Cascine è vuole girare a destra,ha una corsia preferenziale di svolta, di larghezza 3,75 m e anch’essa suddivisa in due tratti, la prima parte, seguendo la formula data dalle norme, viene di 25,00 m.
Invece il tratto di immissione segue la stessa regola detta in precedenza e ha lunghezza di 30,00 m.
La pista ciclo – pedonale è stata eseguita e pensata come per la progettazione della rotatoria standard quindi , abbiamo ricollegato quelle già esistenti. Ed invece, per gli attraversamenti sia sulla S.S.1 e Viale delle Cascine, si sono predisposti all’incirca a 60,00 m delle isole di salvataggio di larghezza di circa 2 metri,protette dalle ringhiere.( l’attraversamento sull’Aurelia è stato posto prima dell’ allargamento, quest’ultimo dovuto all’inserimento dello spartitraffico di divisione delle corsie e delle due corsie per uscire e entrare dalla S.S.1) La larghezza della pista ciclabile - pedonale, è di 2,50 m e l’attraversamento pedonale sulle due strade affluenti all’intersezione, è di 4,00 m. Onde evitare la possibilità di investimenti, è stata divisa la pista, dalle corsie di marcia veicolare, con un marciapiede “non calpestabile” di larghezza pari a 1,50 m. Sopra tale marciapiede sono state posizionate delle ringhiere per evitare eventuali attraversamenti.
Il rilevato del corpo della rotatoria sarà realizzato con materiale idoneo. Per l’aiuola centrale si prevede una sistemazione a prato perenne,munito di idoneo impianto d’ irrigazione.
Le isole spartitraffico triangolari, la fascia che divide il corpo della rotatoria e la pista ciclo-pedonale e la fascia sormontabile saranno delimitate
esternamente da cordoli in cls prefabbricati a sezione trapezoidale e pavimentate in autobloccanti.
Sarà creato un sistema di smaltimento delle acque meteoriche a mezzo di fossi di guardia a sezione trapezoidali poste ai bordi della strada subito al termine della scarpa del rilevato.
La rotatoria sarà servita da un impianto di illuminazione periferica disposti ai margini dell’ intersezione ed al centro delle isole spartitraffico triangolari.
8.1.2 Progetto del ciclo semaforico e suo livello di servizio. Oltre alla parte geometrica bisogna progettare il ciclo semaforico.
Per la progettazione si è utilizzato HCS+, nel capitolo 6 è stato descritto i tipo di input che il programma richiede e i risultati che quest’ ultimo è in grado di ottenere.
Qui di seguito sono descritti i dati che sono stati inseriti per la progettazione e, conseguentemente, i risultati ottenuti dall’elaborazione del software utilizzato.
Lo studio della progettazione del semaforo è stato effettuato a “ciclo ottimo” , cioè la peggiore condizione che potremmo valutare.
Il primo input inserito, risulta essere la schematizzazione dell’incrocio, unitamente alle manovre che è possibile effettuarvi.
Bisogna sottolineare in questo caso che i volumi di traffico delle svolte a sinistra di ognuna delle quattro braccia affluenti nell’intersezione, sono stati uniti con quelli delle svolte a destra relative al solito braccio dell’intersezione.
La soluzione finale, conseguente tale elaborazione porta ad una schematizzazione delle corsie di questo genere:
Fig.4- Quick Entry, HCS+
Quindi analizzando la parte geometrica della rotatoria semaforizzata si può sapere il numero preciso di corsie per ogni manovra.
Anche in questo caso è d’uopo inserire una serie di dati, primo dei quali il “PHF” (“Peak Hour Factor”), cioè il fattore dell’ ora di punta, che nel nostro caso si impone uguale a quello di verifica, cioè pari a 0,93 per ogni gruppo di corsie.
E’ necessario effettuare un approfondimento sul valore dei flussi che sono stati inseriti per ogni gruppo di corsie; infatti, per effettuare un valido studio di una rotatoria semaforizzata di nuova generazione, non è possibile utilizzare il valore di ogni manovra, risultante dalla matrice 4X4 O/D. Per ovviare a tale impossibilità è necessario effettuare le seguenti modifiche:
• Relativamente al transito sulla S.S.1 – “Aurelia”, sommare i valori delle svolte a destra con quelli delle svolte a sinistra.
• Relativamente al transito su Viale delle Cascine, sommare i valori delle svolta a sinistra con quelli della manovra di attraversamento dell’intersezione.
E’ doveroso ricordare che tutti i valori, utilizzati per questa operazione, sono ottenuti dalla precedente matrice 4X4 O/D.
Dopo l’ inserimento di tutti i dati geometrici della intersezione, bisogna inserire le fasi semaforiche e i tempi di:
Y = Giallo, G = Verde e R = Tutto Rosso .
N/S G = 32” Y = 5” R = 0” E/W1 G = 13” Y = 0” R = 0” E/W2 G = 13” Y = 5” R = 0”
Fig.5- Schema fasi e tempi semaforici,inserito nel HCS+
I risultati che i il software fornisce sono molteplici, per i fini della ricerca sono importanti due dati la Lunghezza della coda L98 e i Tempi medi
d’attesa Et,
La lunghezza della coda L98 è riportata nella seguente tabelle:
LUNGHEZZA DELLE CODE L98 [M]
E W N S
T R T R T R T R
15,0 1,6 11,2 4,3 22,1 7,6 23,7 3,1
I tempi medi d’attesa Et, sono molto importanti, perché sono proprio quest’ultimi che indicano il livello di servizio dell’intersezione ed è proprio il livello di servizio del semaforo che impone quello della rotatoria semaforizzata.
Qui di seguito è riportata la tabella con i tempi d’ attesa per ogni gruppo di corsie:
TEMPI MEDI D’ ATTESA ET [SEC/VEH]
E W N S
T R T R T R T R
20,1 22,9 17,3 25,4 19,9 11,5 21,2 10 C C B C B B C B
Come si vede i tempi d’attesa medi sono molto bassi e di conseguenza i livelli di servizi risultano molto buoni.
L’HCS+ indica anche il tempo medio d’attesa dell’intera intersezione e il livello di servizio totale, che riportiamo qui di seguito:
Tempo medio d’attesa = 18, 3 [Sec/Veh] LOS Totale = B
Tra i dati che bisogna inserire nel software ci sono, come già accennato, le fasi semaforiche e i tempi delle lanterne semaforiche.
Tali risultati sono derivati dalla scelta di utilizzare una semaforizzazione semiattuata a volume.
La regolazione semaforica di tipo semiattuato si rende necessaria quando convergono correnti veicolari fortemente disomogenee tra di loro, nelle quali ci sia sempre un massimo flusso in una direzione (nel nostro caso la S.S.1), avendo sull’altra direzione una condizione di traffico modesto.
La semiattuazione della rotatoria semaforizzata richiede l’installazione di quattro “Detector”, cioè Spire, da inserire in rotatoria e sui rami della
secondaria, rilevando così il solo traffico trasversale sulla principale e in corona.
Per la progettazione del semaforo si devono valutare alcuni valori:
Io = è l’intervallo iniziale cioè il tempo necessario ad un veicolo, che si
trova tra spira e linea di stop, ad oltrepassare quest’ultimo e il suo valore viene ricavato tramite la formula:
Io = δ + int·[L/è] (sec)
• δ = tempo perduto nella partenza del I° veicolo • int = valore intero approssimato per eccesso • L = distanza della spira (nostro caso 10,00 m)
• è = lunghezza convenzionale del veicolo (nostro caso 6,00 m)
Iv = è l’intervallo veicolare, cioè il tempo necessario all’ultimo veicolo
uscito dallo stop per attraversare l’intersezione. Il valore che noi assumiamo è di 2 (sec)
Il tempo di “verde minimo” che si da al veicolo che proviene dalla secondaria è pari alla somma di Io + Iv e i valori sono uguali a:
Io = 6 [sec] Iv = 2 [sec]
Io + Iv = 8 [sec] VERDE MINIMO
Al veicolo che si avvicina alla rotatoria si da un tempo di verde pari al verde minimo, se esso è seguito da un’ altro veicolo si mantiene verde se giunge nell’intervallo Iv , quindi azzera il cronometro e si mantiene per altri Iv secondi. Se nel nuovo intervallo di Iv giunge un altro veicolo, azzera di nuovo il cronometro e conta ulteriormente Iv (sec), questo fino a un “verde massimo” di 13 sec.
Se invece arriva dopo il trascorrere di Iv il semaforo diventa giallo e si da via libera alla principale con un verde di tempo minimo di 32 (sec), e poi si fa passare il veicolo in attesa sulla secondaria.
Se invece nella secondaria non passa nessun veicolo dalla spira il verde nella principale rimane attivo.
Nella corona il verde scatta in anticipo rispetto alla temporizzazione assegnata alla secondaria, tuttavia il funzionamento del verde è identico.
Il funzionamento che caratterizza tali lanterne semaforiche è relativo allo smaltimento dei veicoli presenti in corona.
Infatti se avviene lo smaltimento di tali veicoli in un tempo compreso tra il verde minimo ( 8 sec.) e quello massimo (13 sec.), qualora non fossero rilevati dalle spire, veicoli in attesa sulla strada secondaria, scatta il giallo e inizia la fase di verde sulla principale.
Se invece le spire rilevassero eventuali veicoli in attesa sulla secondaria, viene azionato il verde su essa, e mantenuto attivo in corona.
