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_ _______________________________________________________________________________________________________________________________Nel campo dell’ingegneria del traffico, particolare importanza riveste lo studio ed il controllo della circolazione nelle zone di svincolo: l’obiettivo è quello di trovare una soluzione facile e sicura per lo svolgimento delle varie manovre che due o più correnti di veicoli si apprestano a compiere nei nodi. Tali manovre, infatti, danno luogo ad interferenze tra i veicoli presenti nell’intersezione, creando così punti di conflitto che un ingegnere del traffico dovrebbe accuratamente ridurre utilizzando i vari accorgimenti messi a disposizione dalla regolazione del traffico.
Oltre all’utilizzo dei segnali semaforici, gli elementi di spicco per la regolazione possono essere anche semplici segnaletiche orizzontali e verticali ( stop e dare precedenza ) canalizzando opportunamente i flussi di manovra con corsie preferenziali tali da convogliare, con sicurezza, correnti veicolari che hanno tutti la stessa destinazione e diminuire così i punti di conflitto sopra citati; inoltre si diminuiscono gli accumuli e si riducono i ritardi. Da qualche anno si cerca di migliorare la congestione dei vari nodi ( soprattutto urbani ) con l’utilizzo di rotatorie.
Proprio in termini di ritardo si definisce il livello di servizio ( LOS ) il quale rappresenta una misura delle caratteristiche di mobilità all’interno e in corrispondenza dell’intersezione: è la misura con la quale si valuta la qualità della circolazione per la portata assegnata. Con questo termine si intende valutare gli oneri che gli utenti devono sopportare: costi monetari di viaggio, tempo speso, stress fisico e psicologico. I parametri che più individuano tali oneri sono la velocità media del tronco stradale in esame, la densità veicolare da cui dipende il comportamento reciproco dei veicoli, la percentuale del tempo di viaggio speso nell’attesa di sorpassare un veicolo che viaggia con una velocità inferiore a quella desiderata.
In generale, come già si è ampliamente esposto, il sistema di traffico è costituito da un insieme d’offerta ( la rete di trasporto ) caricato da una domanda dal quale si ottengono dei flussi che in ambito urbano sono ‘ flussi interrotti’. Le operazioni che gli utenti eseguono sulle arterie, infatti, sono influenzate da tre fattori principali: lo sviluppo dell’arteria, l’intersezione dei veicoli ( come già accennato ) e l’effetto dei segnali di traffico ( semafori ), tutti fattori che contribuiscono alla capacità dell’arteria e alla qualità di servizio degli utenti.
Per una buona valutazione del LOS, i fattori ambientali di rilievo sono il numero e la larghezza delle corsie, il tipo di spartitraffico, la densità dei punti d’accesso, la distanza delle varie intersezioni semaforizzate, nonché l’esistenza dei parcheggi, il livello dell’attività pedonale, il limite di velocità e la densità di popolazione della città. Tutti questi elementi influenzano la velocità di viaggio del conducente sull’arteria che in genere è più bassa di quella desiderata dallo stesso.
L’interazione tra i veicoli invece è influenzata dalla densità di traffico ma anche dalla disomogeneità dei mezzi circolanti sull’arteria oltre che dalle svolte effettuate.
Per mettere insieme tutti gli elementi che servono per determinare la qualità di servizio del sistema di trasporto offerto, in questo caso dalla tangenziale Semianello, si pone l’attenzione sui rami che, nella rete di trasporto scelta, sono rappresentativi dell’infrastruttura.
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Nella fase iniziale di un progetto stradale, l’ipotesi di partenza, è relativa alla scelta di una sezione tipo, le cui caratteristiche serviranno per le verifiche progettuali. Per giustificare tale scelta, la ricerca del livello di servizio è senz’altro il metodo più adeguato in quanto può essere considerato l’indice di gradimento da parte degli utenti verso l’infrastruttura.
Diversi sono i livelli di servizio ( LOS ) che si possono verificare, e i vari stadi, riportati sul manuale HCM, sono indicati attraverso delle lettere alfabetiche: dal livello A ( il più alto ) al livello F (effetto stop and go ).
Secondo la definizione data da questo manuale, il LOS si identifica secondo la classifica funzionale ( arteria minore o principale ) e la categoria di progetto ( tipico progetto suburbano, intermedio o urbano ) dell’arteria; è accettabile dividerla in sezioni solo se la classifica, la lunghezza, il limite di velocità e gli usi e le attività del territorio sono paragonabili tra loro.
Allo scopo può essere utile predisporre di un programma che sia in grado, attraverso le caratteristiche della strada, di ricavare il LOS il cui grado di accettabilità dipende dalle condizioni di studio. L’utilizzato del software HCS3 Arterial Streets Version 3.1°, aiuta ad ottenere questo risultato, sull’arteria considerata, attraverso l’elaborazione degli elementi di traffico, in particolare del traffico giornaliero medio annuo ( TGMA o AADT).
Questo dato è noto solo se, in fase preliminare, è stato condotto un rilevamento del traffico in 14 giorni caratteristici dell’anno che poi, riferito ai 365 giorni dell’anno, porta alla sua determinazione.
Gli unici elementi di traffico disponibile per l’infrastruttura in esame, sono però i flussi orari ( volume orario V ) calcolati sugli archi; per ottenere l’elemento fondamentale richiesto dal programma di calcolo, si adotta un’analisi a ritrosi.
Per giungere ad un compromesso tra efficienza operativa-economia si accetta che l’infrastruttura possa andare in crisi per certe ore di punta dell’anno; il valore della percentuale del traffico, assunto in questa fase progettuale, relativa alla 30° ora di punta ( K30 ) ( essendo in ambito urbano ) è pari a 0.1. Da qui si è in grado di ricavare il
δ K V TGMA ⋅ =
in cui δ ( D ) è un coefficiente di distribuzione di traffico tra corsie che vale 1 nel caso di corsia monodirezionale. Nella tabella seguente si riportano i valori del TGMA per ogni arco: T TGGMMAA((AAAADDTT))ssuullllaasseezziioonnee A Arrccoo VVaattttuuaallee AAAADDTT δδ 195 → 196 910 0.43251 196 → 195 1194 21040 0.56749 195 → 194 2789 0.58044 194 → 195 2016 48050 0.41956 194 → 192 3383 0.51950 192 → 194 3129 65120 0.48050
Tabella 4-1: TGMA del segmento.
Il valore del PHF ( fattore dell’ora di punta ) introdotto nel programma è pari a 0.9 e quello del flusso di saturazione ideale è di 1800 veic/h x corsia.
Per ricavare dei valori attendibili del LOS e confrontabili con i parametri standard, la lunghezza dell’arteria in esame nelle due ipotesi proposte ( passaggio sopra e sotto la ferrovia ), deve essere non inferiore ad un miglio ( 1609 m ); ipotesi che per altro è soddisfatta.
Lo studio del LOS sull’arteria viene condotto sui rami che la individuano nella rete di trasporto: la classifica dell’arteria è di tipo principale suburbano ( I ), la cui velocità di libero deflusso è di 50mph ( ≈ 80 km/h ), gli arrivi si considerano uniformi e stabili in un periodo di 15 minuti e tra i sei tipi si adotta il tipo di arrivo 3 ( gruppo di corsie senza coordinamento ).
La sezione tipo è dotata di spartitraffico, con 4 corsie, due per ogni carreggiata; le svolte a sinistra possono essere considerate nulle perché sono effettuate da una svolta indiretta e il tipo di segnale considerato nel nodo è quello attualizzato. La durata del ciclo C e il rapporto m sono quelli corrispondenti all’arco in esame nella direzione in cui il valore δ del fattore di distribuzione direzionale degli archi che individuano la carreggiata totale della sezione, è il maggiore tra i due sensi di marcia.
Con questi dati iniziali, validi per ogni sezione, si valuta il LOS.
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Il livello di servizio LOS è funzione della velocità di libero deflusso, la quale rappresenta la velocità media di viaggio ( misura fondamentale d’efficienza MOE ) dei veicoli che percorrono un tratto o l’intera arteria, in punti non prossimi alle intersezioni.
Con riferimento sempre al manuale HCM, la velocità di libero deflusso ART_SPD [ mph ] dell’arteria, è espressa in funzione della lunghezza L della sezione [ mi ], del ritardo totale delle n intersezione rti ( i = 1,.., n ) [ sec ], del tempo di running
TR [ sec ] totale per miglio sull’arteria ( tabellato in funzione di L, della classifica e della velocità di libero deflusso sull’arteria ):
∑
= + ⋅ ⋅ = n 1 i ti r L TR L 3600 ART_SPDSi è detto che il livello di servizio può essere considerato l’indice di gradimento da parte degli utenti verso l’infrastruttura: il tempo di attesa o ritardo ( delay ) dunque è il parametro percepito da loro e rappresenta la differenza media del tempo atteso all’intersezione.
Un veicolo che si appresta ad un incrocio subirà un ritardo caratterizzato dall’approccio ( approach delay, da ) con cui affronta l’intersezione semaforica e da
quello a veicolo fermo ( spotted delay, ds ) compreso nell’approach delay:
da = 1.3 ⋅ ds
Il calcolo del ritardo di un’intersezione è rimandato a quello dello stopped delay valutato, secondo il manuale HCM, con la formula proposta da Webster attraverso il ritardo di tipo uniforme ( du ), legato all’alternanza verde/rosso, e al ritardo di tipo
random ( dr ), legato invece all’aleatorietà degli arrivi e dei compattamenti delle correnti
veicolari che portano ad una condizione di overflow. Non può mancare il legame tra il ritardo e i parametri di progetto del semaforo ( C, X (= domanda/offerta), λ (= g/C ), Q):
ds = du ⋅ DF + dr ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ ⋅ + − + − ⋅ ⋅ + ⋅ ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ − ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ − ⋅ ⋅ = C X m 1) (X 1) (X X 173 DF )] [Min(X,1.0 c g 1 c g 1 C 0.38 d 2 2 2 s in cui:
• DDFF : delay adjustment factor, fattore di correzione del ritardo per l’impatto che la progressione (PF) e il tipo di controllo (CF) hanno sul ritardo;
• SS : flusso di saturazione;
• QQ : flusso della direzione considerata;
•
• XX : grado di saturazione ( Q / (λ⋅S ) per gruppo di corsie; :
•
• CC : lunghezza del ciclo;
•
• cc: capacità del gruppo di corsie;
•
• gg : tempo di verde effettivo per gruppo di corsie;
•
• mm: termine di calibratura dei ritardi random ( dr ) il quale rappresenta
l’effetto del tipo di arrivo e del degrado del plotone.
Il risultato dunque, che il programma offre all’operatore, è espresso attraverso una serie di parametri indicativi per il LOS.
Nella tabella 4-2 sono riportati i risultati delle sezioni dell’arteria ( che sono poi i rami che collegano due incroci consecutivi della tangenziale in progetto ) sul livello di servizio. Traendo le conclusioni, si può affermare che l’ipotesi iniziale di progetto ( di cui più volte si è fatto cenno ) dalla quale scaturisce una serie di calcoli per la determinazione, prima della matrice dei costi, e poi, dei flussi, trova riscontro nei risultati finali.
La sezione tipo scelta nella fase progettuale ( strada urbana di scorrimento,
categoria D ) garantisce un alto livello di gradimento da parte degli utenti del tracciato.
Questo è riscontrabile dagli elementi da cui il LOS dipende ( velocità di deflusso e ritardo ).
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A Arrccoo 119966--119955 ( ( AA--BB)) A Arrccoo 119955--119944 ( ( BB--CC )) A Arrccoo 119944--119922 ( ( CC--DD )) CCaarraatttteerriissttiicchheeddeellttrraaffffiiccoo Dir.S.Martinese Dir.S.S.Cimina Dir.Rotatoria Via Crocefisso
Annual Average Daily Traffic ( AADT ) 21040 48050 65120
Directional Distribution Factor ( D ) 0.56749 0.58044 0.51950
Adjusted Saturation Flow Rate [pcphgpl] 1800 1800 1800
Planning Analysis Hour Factor ( K30 ) 0.1 0.1 0.1
Peak Hour Factor ( PHF ) 0.9 0.9 0.9
Percent Turns From Exclusive Lanes 20 20 20
Caratteristiche della strada
Number of Through Lanes One Direction 4 4 4
Free-Flow Speed [ mph] 50 50 50
Arterial Class I I I
Section Length [ mi] (con il passagio Sotto F.S.) 0.77 0.89 1.2
(con passaggio Sopra F.S.) 0.79 0.89 1.2
Median si si si
Left-Turn Bays si si si
Caratteristiche del segnale
Signalized interections 2 2 2
Arrival Type 3 3 3
Signal Type Actuated Actuated Actuated
Cycle Lenght [sec] 60 60 60
Green Ratio g/C 0.9 0.8 0.8 R Riissuullttaattii SSoottttoo FF..SS.. SoSopprraaFF..SS.. SoSopprraa ee SSoottttoo F F..SS S Soopprraa ee SSoottttoo F F..SS
AnnualAverage Daily Traffic, AADT [ 21040 21040 48050 65120
Two-Way Hourly Volume [vph ] 2104 2104 4805 6512
Hourly Directional Volume [ vph ] 1199 1199 2786 3386
Through-Volume 15-min. Flow Rate [ v ] 1065 1065 2476 3009
Running Time [sec ] 67.3 68.3 73.3 92.2
v/c Ratio 0.16 0.16 0.43 0.52
Through Capacity [ vph ] 6479 6479 5760 5760
PF 1 1 1 1
Uniform Delay [ sec ] 0.4 0.4 1.8 2.1
Filtering/Metering Factor, I 0.993 0.993 0.905 0.84
Incremental Delay [ sec ] 0.1 0.1 0.2 0.3
Control Delay [ sec/v ] 0.4 0.4 2 2.3
Average Travel Speed, S [ mph ] 40.7 41.2 41.4 44.6
Arterial Level of Service, LOS LOS B LOS B LOS B LOS A
Tabella 4-2: Livello di servizio del Semianello.
La velocità di deflusso non scende mai oltre i 40 mph ( ≈ 64 km/h ), anzi si raggiunge una punta di 44.6 mph nell’arco più lungo ( arco 194-192 ). I ritardi uniformi
oscillano tra i 0.4 sec. e i 2.1 sec. nell’arco C-D, mentre gli incrementi di ritardo sono tra i 0.1 sec. e i 0.3 sec.
Si nota inoltre che con i valori del traffico in una situazione di equilibrio della rete, il livello di servizio delle sezioni è tra i più alti possibili, LOS B e A che garantiscono agli utenti un viaggio confortevole, rilassante e senza pericolo di code ( tutto ovviamente in condizioni standard ).
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Le scelte effettuate dalla Pubblica Amministrazione per offrire un nuovo scenario di viabilità, il quale prevede uno studio preliminare sulla situazione del traffico, tentano di risolvere il problema della viabilità presente al momento; questo può rendere necessario la costruzione di una o più infrastrutture. Però, con il progresso della Città e con l’espandersi del centro abitato, lo scenario che nel presente apporta un miglioramento, nel futuro potrebbe non essere più adeguato.
La nuova domanda generata dalla Città da luogo ad un aumento di veicoli, e se le nuove infrastrutture non sono state dimensionate per affrontare una diversa situazione nel futuro, il sistema non riesce a smaltire il numero di veicoli circolanti entrando quindi in congestione. Sono, infatti, le nuove arterie che danno un contributo essenziale alla circolazione.
Un buon metodo per verificare se le strutture possono competere con la crescente curva del numero di veicoli accolti dalla Città, è quello di verificarne, nel tempo, il livello di servizio.
Nel caso in esame, s’ipotizza dunque una curva di crescita del flusso calcolato sull’infrastruttura; con un tasso d’incremento annuo dei flussi pari a 0.03, il valore del flusso riportato nei 20 anni successivi, fornisce uno scenario diverso per il ‘Semianello’ del quale si vuole verificare il LOS.
I flussi futuri, riportati in tabella 4-3 insieme al nuovo TGMA, sono ottenuti dalla seguente formula:
20 attuali
futuri V (1 0.03)
T TGGMMAA((AAAADDTT))ssuullllaasseezziioonnee A Arrccoo VVffuuttuurrii AAAADDTT δδ 195 → 196 1644 0.43251 196 → 195 2156 38005 0.56749 195 → 194 5037 0.58044 194 → 195 3641 86784 0.41956 194 → 192 6110 0.51950 192 → 194 5651 117614 0.48050
Tabella 4-3: Flussi del futuro.
Con i nuovi flussi, la procedura per determinare il LOS segue quella già proposta per i flussi attuali.
Dai risultati ottenuti proiettando in avanti di 20 anni i flussi calcolati per l’arteria ( riportati in tabella 4-4 ), si nota come la struttura conserva ancora delle ottime prestazioni per quanto riguarda il LOS.
Se si confrontano i valori attuali con quelli futuri, le percentuali che indicano la variazione nel tempo dei ritardi rispetto alla situazione attuale, potrebbe spaventare; infatti, l’incremento di ritardo per l’arco 195-194 vale 200% e per l’arco 194-192 del 266%; più bassi sono gli incrementi di ritardo uniforme in cui eccetto l’arco 196-195 che ha un incremento praticamente nullo, il valore per l’arco 195-194 è del 77.8% e per l’arco 194-192 del 133.3%. Più confortanti invece sono le variazioni della velocità di libero deflusso, rispetto sempre alla situazione attuale, che nel caso dell’arco 196-195 diminuisce dell’1.46%, per l’arco 195-194 del 4.35% e per l’arco 194-192 si ha il 6.95%.
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A Arrccoo 119966--119955 ( ( AA--BB)) A Arrccoo 119955--119944 ( ( BB--CC )) A Arrccoo 119944--119922 ( ( CC--DD )) CCaarraatttteerriissttiicchheeddeellttrraaffffiiccoo Dir.S.Martinese Dir.S.S.Cimina Dir.Rotatoria Via Crocefisso
Annual Average Daily Traffic ( AADT ) 38005 86784 117614
Directional Distribution Factor ( D ) 0.56749 0.58044 0.51950
Adjusted Saturation Flow Rate [pcphgpl] 1800 1800 1800
Planning Analysis Hour Factor ( K30 ) 0.1 0.1 0.1
Peak Hour Factor ( PHF ) 0.9 0.9 0.9
Percent Turns From Exclusive Lanes 20 20 20
Caratteristiche della strada
Number of Through Lanes One Direction 4 4 4
Free-Flow Speed [ mph] 50 50 50
Arterial Class I I I
Section Length [ mi] (con il passagio Sotto F.S.) 0.77 0.89 1.2
(con passaggio Sopra F.S.) 0.79 0.89 1.2
Median si si si
Left-Turn Bays si si si
Caratteristiche del segnale
Signalized interections 2 2 2
Arrival Type 3 3 3
Signal Type Actuated Actuated Actuated
Cycle Lenght [sec] 60 60 60
Green Ratio g/C 0.9 0.8 0.8 R Riissuullttaattii SSoottttoo FF..SS.. SoSopprraaFF..SS.. SoSopprraa ee SSoottttoo F F..SS.. S Soopprraa ee SSoottttoo F F..SS..
AnnualAverage Daily Traffic, AADT [ 38005 38005 86784 117614
Two-Way Hourly Volume [vph ] 3800 3800 8678 11761
Hourly Directional Volume [ vph ] 2165 2165 5033 6115
Through-Volume 15-min. Flow Rate [ v ] 1924 1924 4473 5435
Running Time [sec ] 68.3 67.3 73.3 92.2
v/c Ratio 0.30 0.30 0.78 0.94
Through Capacity [ vph ] 6479 6479 5760 5760
PF 1 1 1 1
Uniform Delay [ sec ] 0.4 0.4 3.2 4.9
Filtering/Metering Factor, I 0.965 0.965 0.538 0.221
Incremental Delay [ sec ] 0.1 0.1 0.6 1.1
Control Delay [ sec/v ] 0.5 0.5 3.7 6.0
Average Travel Speed, S [ mph ] 41.0 40.6 39.6 41.5
Arterial Level of Service, LOS LOS B LOS B LOS B LOS B
Nonostante i valori elevati delle variazioni dei ritardi, si riesce ad ottenere un livello di servizio quasi invariato. Sia l’arco 196-195 che il 195-194 mantengono costante il livello di servizio allo stadio B, mentre scende di un livello quello dell’arco 194-192 passando dal LOS A ad LOS B, ma comunque è un valore più che accettabile.
