CAPITOLO VIII

(1)

CAPITOLO 8

Analisi prestazionale

CAPITOLO VIII

8. ANALISI PRESTAZIONALE

8.1. IL CONCETTO DI LIVELLO DI SERVIZIO

Le condizioni di circolazione dipendono da numerosi fattori connessi al tipo di strada, alle sue caratteristiche geometriche, al numero e tipologia di intersezioni, ai parametri della circolazione (portata, velocità e densità veicolare), alla composizione del traffico (autovetture, mezzi pesanti, ecc.), al tipo di utenti (abituali e non), al tempo meteorologico, alle condizioni di illuminazione (giorno, notte, strada illuminata o meno) ed altri ancora.

Caratterizzare quantitativamente le condizioni di circolazione tenendo conto di così tanti fattori è evidentemente molto difficile ed in ogni caso assai poco pratico; è apparsa subito manifesta l’opportunità di individuare un numero ridotto (da uno a tre, così da consentire una rappresentazione grafica) di fattori particolarmente significativi atti a rappresentare la condizione di circolazione. Del pari evidente è stata la impossibilità di considerare gli stessi fattori per tutte le infrastrutture, o parti di esse, in considerazione dei modi molto diversi con cui può svolgersi la circolazione, segnatamente a flusso ininterrotto o interrotto.

Seguendo tali criteri è stata elaborata negli USA una metodologia atta ad individuare la qualità della circolazione attraverso il concetto di Livello di

Servizio (L.d.S.) definito, appunto, come “una misura qualitativa delle

condizioni di circolazione e della loro percezione da parte degli utenti”.

Le procedure per valutare la capacità e le prestazioni di strade analoghe a quella oggetto dello studio, vengono descritte nel Manuale HCM 2000 (Highway Capacity Manual). In particolare si cerca di illustrare sinteticamente il calcolo del L.d.S. delle infrastrutture a flusso ininterrotto, a loro volta

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CAPITOLO 8

suddivise in autostrade e strade assimilabili, strade a più corsie per direzione e strade bidirezionali ad unica carreggiata.

Per tutti sono definiti sei Livelli di Servizio designati con le lettere da A ad F, ciascuno indicativo di determinate condizioni di circolazione che di seguito si descrivono:

- L.d.S. A: rappresenta le condizioni di flusso libero con totale assenza di condizionamento tra veicoli;

- L.d.S. B: rappresenta le condizioni di flusso con qualche limitazione alla libertà di manovra, ma ancora con elevate condizioni di conforto fisico e psicologico;

- L.d.S. C: si hanno ancora maggiori condizionamenti: per mantenere la velocità desiderata occorrono cambi di corsia e/o sorpassi piuttosto frequenti che richiedono notevole attenzione da parte degli utenti;

- L.d.S. D: in queste condizioni il flusso è ancora stabile, ma la libertà di manovra è notevolmente ridotta ed è basso il livello di comfort fisico e psicologico degli utenti;

- L.d.S. E: i condizionamenti sono pressoché totali ed i livelli di comfort sono scadenti; il limite inferiore di questo livello corrisponde alla capacità; le condizioni di deflusso sono al limite dell’instabilità; - L.d.S. F: questo livello rappresenta le condizioni di flusso forzato con

frequenti ed imprevedibili arresti della corrente, ossia con marcia a singhiozzo (stop and go).

I parametri fondamentali della circolazione che intervengono nella stima del L.d.S. sono:

- Portata oraria o tasso di flusso, pari al rapporto tra volume orario dell’ora

(3)

CAPITOLO 8

- Velocità a flusso libero (VFL), velocità media delle sole autovetture in

condizioni da flusso da basso a moderato.

- Densità veicolare media, da valutare come rapporto tra portata e velocità

(D=Q/V).

- Capacità: così come definita dal Manuale, essa è la “massima portata

oraria veicolare (o tasso di flusso) che, ragionevolmente, ci si può attendere possa passare attraverso la sezione di una corsia o di una carreggiata in un dato periodo di tempo, nelle prevalenti condizioni della strada e del traffico, con tempo sereno, visibilità diurna, buono stato della pavimentazione ed assenza di incidenti”.

Si richiamano le prescrizioni delle Norme italiane circa i L.d.S. minimi richiesti per ciascun tipo di strada.

L.d.S. minimo secondo il D.M. 05/11/2001

Tipo di strada L.d.S. minimo Autostrade Extraurbane B Urbane C Extraurbane principali B Extraurbane secondarie C Urbane di scorrimento E Urbane di quartiere E Locali Extraurbane C Urbane E

Tab 8.1 – Livello di Servizio minimo per ciascun tipo di strada secondo il D.M. 05/11/2001.

8.2. STIMA DEL L.D.S. PER LE FREEWAYS

HCM denomina Freeways le strade a doppia carreggiata con almeno due corsie per senso di marcia e con controllo totale degli accessi , con riferimento alla normativa italiana questa categoria comprende le autostrade (tipo A) e le

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CAPITOLO 8

strade extraurbane principali (tipo B). La procedura adottata è relativa a tronchi compresi tra due svincoli successivi. Il parametro della circolazione che individua il L.d.S. è la densità veicolare espressa in autovetture/Km/corsia e calcolata come rapporto tra portata e velocità.

Freeways L.d.S. L.d.S. Densità [veicoli/corsia/Km] A 0 - 7 B >7 - 11 C >11 - 16 D >16 - 22 E >22 - 28 F >28

Tab 8.2 – Livelli di Servizio per autostrade e strade extraurbane principali.

In Fig. 8.3 sono indicate le curve assunte come variazione della velocità media delle vetture in funzione della portata (o tasso di flusso), per quattro valori di VFL; sono inoltre delimitate da linee tratteggiate le regioni del piano che individuano i L.d.S. nelle condizioni di base.

Posto:

∗

_{= 3100 − 15 ×}

(1)

= 1800 + 5 ×

(2)

Si osserva che per 90 Km/h ≤ VFL ≤ 120 Km/h e per valori di portata non maggiori di Q* la velocità media è costante e pari alla velocità a flusso libero; per valori di Q maggiori e comunque non superiori alla capacità C l’espressione di risulta:

(5)

CAPITOLO 8

=

−

_{28 ∙ 23 ∙}

1 1800 ∙

_{20 ∙}

15 ∙

₁₃₀₀

3100

.

(3)

Fig 8.3 – Curve velocità – portata media per quattro velocità di a flusso libero.

Risulta quindi necessario determinare la effettiva velocità di flusso libero ed il tasso di flusso (riferito al quarto d’ora) espresso in autovetture equivalenti per ora e per corsia.

8.2.1. CALCOLO DELLA VELOCITA’ DI FLUSSO

LIBERO

A questo punto è necessario determinare la velocità di flusso libero, diversa a seconda che la stima del L.d.S. riguardi situazioni esistenti o ipotesi progettuali.

Per le situazioni esistenti si è effettuata una elaborazione statistica dei dati di traffico disponibili, calcolando la velocità media dei veicoli che non subiscono condizionamenti reciproci. Per far ciò sono stati presi in considerazione solo i veicoli con gap medio maggiore o uguale a 3 secondi.

(6)

CAPITOLO 8

Il gap medio è il tempo intercorso tra il transito di due veicoli consecutivi dalla coda alla testa. Per i diversi Itinere si è ottenuto le distribuzioni di velocità, dalle quali è stato possibile stimare le velocità medie e le velocità operative (V85 ottantacinquesimo percentile della distribuzione delle velocità

rilevate su un elemento o su un tronco omogeneo di tracciato, in condizioni di flusso libero, velocità superata solo dal 15% degli utenti), indispensabili per il tracciamento dei diagrammi delle velocità operative.

S.G.C. FI-PI-LI - TRATTO PROVINCIA DI FIRENZE

VELOCITA' DI PERCORRENZA Itinere V media [Km/h] V85 [Km/h] 2 92 123 3 96 119 4 82 108 5 107 129 6 105 122 7 108 127

Tab 8.4 – Velocità media e V85 nei diversi itinere.

Fig 8.5 – Distribuzione delle velocità per l’itinere 2 in condizioni di flusso libero.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 < = 2 0 2 1 -3 0 3 1 -4 0 4 1 -5 0 5 1 -6 0 6 1 -7 0 7 1 -8 0 8 1 -9 0 9 1 -1 0 0 1 0 1 -1 1 0 1 1 1 -1 2 0 1 2 1 -1 3 0 1 3 1 -1 4 0 1 4 1 -1 5 0 1 5 1 -1 6 0 1 6 1 -1 7 0 1 7 1 -1 8 0 > 1 8 0 V E IC O LI INTERVALLI VELOCITA' [Km/h]

(7)

CAPITOLO 8

0 20 40 60 80 100 120 < = 2 0 2 1 -3 0 3 1 -4 0 4 1 -5 0 5 1 -6 0 6 1 -7 0 7 1 -8 0 8 1 -9 0 9 1 -1 0 0 1 0 1 -1 1 0 1 1 1 -1 2 0 1 2 1 -1 3 0 1 3 1 -1 4 0 1 4 1 -1 5 0 1 5 1 -1 6 0 1 6 1 -1 7 0 1 7 1 -1 8 0 > 1 8 0 V E IC O LI INTERVALLI VELOCITA' [Km/h]

Distribuzione Velocità - ITINERE 3

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 < = 2 0 2 1 -3 0 3 1 -4 0 4 1 -5 0 5 1 -6 0 6 1 -7 0 7 1 -8 0 8 1 -9 0 9 1 -1 0 0 1 0 1 -1 1 0 1 1 1 -1 2 0 1 2 1 -1 3 0 1 3 1 -1 4 0 1 4 1 -1 5 0 1 5 1 -1 6 0 1 6 1 -1 7 0 1 7 1 -1 8 0 > 1 8 0 V E IC O LI INTERVALLI VELOCITA' [Km/h]

(8)

CAPITOLO 8

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 < = 2 0 2 1 -3 0 3 1 -4 0 4 1 -5 0 5 1 -6 0 6 1 -7 0 7 1 -8 0 8 1 -9 0 9 1 -1 0 0 1 0 1 -1 1 0 1 1 1 -1 2 0 1 2 1 -1 3 0 1 3 1 -1 4 0 1 4 1 -1 5 0 1 5 1 -1 6 0 1 6 1 -1 7 0 1 7 1 -1 8 0 > 1 8 0 V E IC O LI INTERVALLI VELOCITA' [Km/h]

Distribuzione Velocità - ITINERE 5

0 20 40 60 80 100 120 140 160 < = 2 0 2 1 -3 0 3 1 -4 0 4 1 -5 0 5 1 -6 0 6 1 -7 0 7 1 -8 0 8 1 -9 0 9 1 -1 0 0 1 0 1 -1 1 0 1 1 1 -1 2 0 1 2 1 -1 3 0 1 3 1 -1 4 0 1 4 1 -1 5 0 1 5 1 -1 6 0 1 6 1 -1 7 0 1 7 1 -1 8 0 > 1 8 0 V E IC O LI INTERVALLI VELOCITA' [Km/h]

(9)

CAPITOLO 8

Invece, per le ipotesi di progetto, per le quali evidentemente non esistono dati di traffico analizzabili, per stimare le velocità di flusso libero è necessario ricorrere all’uso di alcune formule empiriche riportate sull’HCM 2000.

Le condizioni geometriche di base, così come definite dal Manuale, sono:

- Larghezza delle corsie non minore di 3.60 m;

- Distanza tra il bordo della carreggiata in destra ed il più vicino ostacolo laterale (larghezza banchina) non minore di 1.80 m;

- Distanza tra il bordo della carreggiata in sinistra ed il più vicino ostacolo laterale non minore di 0.60 m;

- Corrente di traffico composta da sole autovetture; - Svincoli distanziati di almeno 3 Km;

- Strada pressoché pianeggiante con pendenze longitudinali non maggiori del 2%;

- Utenti in massima parte abituali;

- Buone condizioni metereologiche e di visibilità; 0 20 40 60 80 100 120 140 160 < = 2 0 2 1 -3 0 3 1 -4 0 4 1 -5 0 5 1 -6 0 6 1 -7 0 7 1 -8 0 8 1 -9 0 9 1 -1 0 0 1 0 1 -1 1 0 1 1 1 -1 2 0 1 2 1 -1 3 0 1 3 1 -1 4 0 1 4 1 -1 5 0 1 5 1 -1 6 0 1 6 1 -1 7 0 1 7 1 -1 8 0 > 1 8 0 V E IC O LI INTERVALLI VELOCITA' [Km/h]

(10)

CAPITOLO 8

- Andamento planimetrico che consente una velocità VFL pari a 110 Km/h o più.

=

− − −

−

!

(5)

in cui: - VFL è la velocità effettiva a flusso libero [Km/h];

- BVFL è la velocità a flusso libero in condizioni di base[Km/h]; - fc è la riduzione di velocità per insufficiente larghezza delle corsie [Km/h];

- fb è la riduzione di velocità per insufficiente larghezza degli spazi laterali liberi da ostacoli [Km/h];

- fN è la riduzione di velocità per numero di corsie di marcia (solo per autostrade urbane) [Km/h];

- fS è la riduzione di velocità dovuta alla frequenza degli svincoli [Km/h];

Assunta la BVFL pari a 120 Km/h e, mediante le tabelle riportate in seguito, si è determinato i valori di riduzione di velocità dovuti alle caratteristiche geometriche di progetto, andando a stimare le varie VFL per i vari itinere, nelle diverse ipotesi di intervento.

N° svincoli per Km fS [Km/h] ≤ 0.3 0.00 0.4 1.10 0.5 2.10 0.6 3.90 0.7 5.00 0.8 6.00 0.9 8.10 1.0 9.20 1.1 10.20 1.2 12.10 Larghezza corsie [m] fc [Km/h] 3.60 0.00 3.50 1.00 3.40 2.10 3.30 3.10 3.20 5.60 3.10 8.10 3.00 10.60

(11)

CAPITOLO 8 Analisi prestazionale Distanza ostacoli laterali [m] fb [Km/h]

n° corsie per senso di marcia

2 3 4 5 ≥ 1.80 0 0 0 0 1.50 1 0.7 0.3 0.2 1.20 1.9 1.3 0.7 0.4 0.90 2.9 1.9 1 0.6 0.60 3.9 2.6 1.3 0.8 0.30 4.8 3.2 1.6 1.1 0.00 5.8 3.9 1.9 1.3

Tab 8.11– Riduzioni di velocità dovute all’insufficiente larghezza delle corsie, degli spazi laterali liberi da ostacoli ed alla frequenza degli svincoli.

Considerando anche l’installazione del Sistemi Informativo per il Controllo della velocità, si giunge alle seguenti velocità di flusso libero:

VELOCITA' DI FLUSSO LIBERO

Itinere tratto SCENARI

0 1 2 3 4 2 B 92 92 92 107.9 107.9 C 92 90 115 115 115 3 D 96 90 120 120 120 4 E 82 82 82 119 119 5 F 107 107 107 116.1 116.1 6 G 105 105 105 118.9 118.9 7 H 108 108 108 120 120

Tab 8.12 – Velocità di flusso libero osservata oppure stimata col metodo HCM 2000 nei diversi tratti, per i vari scenari di intervento.

(12)

CAPITOLO 8

Fig 8.13 – Velocità di flusso libero osservata oppure stimata col metodo HCM 2000 nei diversi tratti, per i vari scenari di intervento.

8.2.2. VALUTAZIONE DEL TASSO DI FLUSSO

Partendo dai valori di Traffico Giornaliero Medio Annuo, stimati nel Cap. 4, è possibile calcolare il Volume dell’ora di punta VHP:

"# = $%& × 'ℎ) × *

(6)

in cui: - VHP è il Volume dell’ora di punta [veic./h/senso di marcia]; - TGM è il traffico giornaliero medio annuo [veic./giorno]; - vhp è il coefficiente dell’ora di punta ;

- CRC è il coefficiente di ripartizione corsie.

70 80 90 100 110 120 130 B C D E F G H V F L [K m /h ] TRATTO

Variazione VFL nei diversi tratti, per i vari Scenari di intervento

(13)

CAPITOLO 8

Il CRC è stato assunto pari al 57%. Il vhp è un coefficiente che serve a calcolare il volume di progetto (volume di punta) assunto pari ad un valore compreso tra quelli della 30° e 100° ora di punta, ovvero variabile tra circa il 10% ed il 20% del TGM. Questa considerazione permette di accettare, nell’arco dell’anno, che si formino situazioni di congestione per un numero limitato di ore (qualche decina). In base all’elaborazione statistica di dati provenienti da numerose e significative campagne di osservazione, il vhp per strade con caratteristiche analoghe a quella oggetto di studio, varia tra il 10% ed il 13% del TGM. Si è impiegato il valore del 12%.

Per poter determinare la portata oraria (o tasso di flusso) media per corsia e per il quarto d’ora di picco espressa in autovetture equivalenti occorre tener conto della concentrazione nell’ambito dell’ora e degli effetti negativi che sulla circolazione hanno i mezzi pesanti specialmente sulle pendenze accentuate. Seguendo le indicazioni del Manuale si utilizza la relazione:

=

_{+ ∙ )ℎ ∙}

"#

,-

∙

.

(7)

in cui: - Q è la portata oraria media per corsia [veic. equivalenti/h]; - VHP è il Volume di progetto in una direzione [veic./h]; - N è il numero di corsie per direzione;

- phf è il fattore dell’ora di punta ;

- fHV è un coefficiente che tiene conto dei veicoli lenti; - fP è un coefficiente correttivo per utenti non abituali.

Il fattore dell’ora di punta è stato stimato dall’analisi dei dati di traffico. Per ciascun itinere è stata preso il volume di traffico transitato durante la 30° ora di punta dell’anno. Successivamente tale ora è stata divisa in intervalli di 15 minuti e trovato il numero di veicoli transitato nei 4 quarti d’ora. Una volta individuati i 15 minuti con il traffico più intenso si trova il rapporto adimensionale:

(14)

CAPITOLO 8

)ℎ = 4 ×

01

(8)

in cui: - phf è il fattore dell’ora di punta;

- V è il Volume della 30° ora di punta [veic.];

- V15 è il Volume osservato durante i 15 minuti di punta [veic.];

Il coefficiente fP tiene conto della minor dimestichezza degli utenti non

abituali: è stimato compreso tra 0.8 e 1, ma in assenza di dati precisi viene suggerito di assumere fP = 1.

L’influenza dei veicoli lenti viene portata in conto mediante l’espressione:

,-

=

_{1 + #}

1

2

∙ 3

2

− 1 + #

4

∙ 3

4

− 1

(9)

in cui: - PT è la percentuale dei mezzi pesanti; - PR è la percentuale dei veicoli turistici;

- ET è il coefficiente di equivalenza in autovetture dei mezzi pesanti; - ER è il coefficiente di equivalenza in autovetture dei veicoli turistici.

Trascurando la presenza dei veicoli turistici (roulotte, camper e mezzi che trainano carrelli), la percentuale di traffico pesante in ogni tratto è stata stimata nel Cap. 4.

I coefficienti di equivalenza in autovetture dei mezzi pesanti variano da 1.5 a 4.5 in funzione del tipo di terreno (pianeggiante, ondulato o montuoso), determinabile in base alla lunghezza ed alla pendenza longitudinale delle livellette (andamento altimetrico del tracciato).

(15)

CAPITOLO 8

8.3. RISULTATI DELL’ANALISI PRESTAZIONALE

A questo punto, applicando la (7), si risale al valore del tasso di flusso Q. Applicando la (3) trovo la velocità media e posso determinare il valore della densità veicolare D:

5 =

[veic./Km/corsia] (10)

VELOCITA' MEDIA DI PERCORRENZA

tratto Scenari 0 1 2 3 4 B 92 92 92 99.2 99.2 C 92 77.5 90.2 90.2 114.7 D 96 86.2 105.1 105.1 105.1 E 82 82 82 118.9 118.9 F 107 107 107 113.2 113.2 G 105 105 105 116.2 116.2 H 108 108 108 108.8 108.8

Tab+Fig 8.14 - Velocità media di percorrenza nei diversi tratti, per i vari scenari di intervento. 70 80 90 100 110 120 B C D E F G H V [ K m /h ] TRATTO

Variazione Velocità media di percorrenza nei diversi tratti, per i vari Scenari di intervento

(16)

CAPITOLO 8

Con tali valori si risale al L.d.S. di ciascun tratto e globale, per ogni Scenario di intervento.

LIVELLO DI SERVIZIO tratto Scenari 0 1 2 3 4 B E E E D D C E F E E C D D E D D D E D D D C C F D D D C C G D D D C C H D D D D D

Tab 8.15 - Livelli di Servizio dei vari tratti per ciascuna ipotesi di intervento.

Fig 8.16 - Livelli di Servizio dei vari tratti per ciascuna ipotesi di intervento.

B C D E F G H

TRATTO

Livello di Servizio nei diversi tratti, per i vari Scenari di intervento

scenario 0 scenario 1 scenario 2 scenario 3 scenario 4

L.d.S. F L.d.S. C

L.d.S. E L.d.S. D L.d.S. B

(17)

CAPITOLO 8

LIVELLO DI SERVIZIO GLOBALE

Scenario L.d.S. globale 0 D 1 E 2 D 3 D 4 C

Tab 8.17 - Livello di Servizio globale per ciascuna ipotesi di intervento.

Fig 8.18 - Livello di Servizio globale per ciascuna ipotesi di intervento.

scenario 0 scenario 1 scenario 2 scenario 3 scenario 4

SCENARIO

Livello di Servizio globale per i vari Scenari di intervento

L.d.S. F L.d.S. C

L.d.S. E L.d.S. D L.d.S. B

CAPITOLO VIII

CAPITOLO VIII

8.

ANALISI PRESTAZIONALE

8.1.

IL CONCETTO DI LIVELLO DI SERVIZIO

8.2.

STIMA DEL L.D.S. PER LE FREEWAYS

= 3100 − 15 ×

= 1800 + 5 ×

=

−

28 ∙ 23 ∙

1

1800 ∙

20 ∙

15 ∙

1300

3100

8.2.1.

CALCOLO DELLA VELOCITA’ DI FLUSSO

LIBERO

=

− − −

−

8.2.2.

VALUTAZIONE DEL TASSO DI FLUSSO

"# = $%& × 'ℎ) × *

=

+ ∙ )ℎ ∙

"#

∙

)ℎ = 4 ×

=

1 + #

1

∙ 3

− 1 + #

∙ 3

− 1

8.3.

RISULTATI DELL’ANALISI PRESTAZIONALE

5 =

_{= 3100 − 15 ×}

_{28 ∙ 23 ∙}

_{20 ∙}

₁₃₀₀

_{+ ∙ )ℎ ∙}

_{1 + #}