3. Doppia geometria VS rotatoria tradizionale

3. Doppia geometria VS rotatoria tradizionale

In questo capitolo verranno riportati i risultati di un confronto di simulazioni di traffico effettuate con software Aimsun tra diverse tipologie di scenario.

In particolare verranno confrontate una rotatoria a doppia geometria con una rotatoria tradizionale nelle seguenti varie soluzioni:

• Soluzione 1: completo disassamento tra assi delle strade e centro della rotatoria 3.1.1.1.1 Sol. 1A flusso principale sud nord (1 3)

3.5.1.1.2 Sol. 1B flusso principale est sud (2 1) 3.5.1.1.3 Sol. 1C flusso principale nord sud (3 2)

• Soluzione 2: Totale allineamento tra assi delle strade e centro della rotatoria 3.1.1.1.4 Sol. 2A flusso principale sud nord (1 3)

3.5.1.1.5 Sol. 2B flusso principale est sud (2 1)

3.5.1.1.6 Sol. 2C flusso principale nord sud (3 2)

Figura 84 - Sol.2 totale allineamento

Si è scelto di confrontare sia il caso di completo disassamento sia quello di totale allineamento degli assi con il centro della rotatoria per verificare che la progettazione di una rotatoria a doppia geometria, nel caso di un’intersezione a T, sia conveniente in entrambi i casi o meno.

Inoltre si è scelto di studiare diversi casi con flussi principali provenienti dai diversi rami per verificare le prestazioni della doppia geometria anche quando il flusso principale non sia lungo l’asse maggiore dell’ellisse ma sia perpendicolare a questo andando così a studiare quale impatto abbia questa condizione sulle manovre dei veicoli pesanti e quindi sulle capacità prestazionali della rotatoria a doppia geometria.

3.1 Stato attuale

L’intersezione stradale oggetto di studio è quella tra la SP 1- Via per Camaiore e la SP 25 - Via di Moriano a Lucca, in località Monte S.Quirico.

Il nodo si presenta come un’intersezione a raso in cui convergono i quattro rami stradali, tre dei

quali di notevole importanza mentre il quarto ramo è transitato da un numero di veicoli scarso e

verrà infatti riqualificato come un percorso pedonale protetto.

Figura 85 - stato attuale

3.2 Progettazione geometrica

Caratteristiche fondamentali con cui si presenta il nodo:

• intersezione a tre rami con assi non coincidenti con il centro della rotatoria;

3.3 Soluzione 1

3.3.1 Rotatoria a doppia geometria

La soluzione scelta consiste in una rotatoria ellittica con larghezza dell’anello a sezione variabile.

Per assicurare la deflessione delle traiettorie a favore della sicurezza evitando di avere situazioni in cui il conducente non si rende conto del cambio di curvatura procedendo dritto, verranno modificate le parti terminali delle strade che confluiscono nell’incrocio in modo da garantire le giuste curvature in entrata e verrà realizzata una rotatoria a doppia geometria: ovvero una rotatoria ellittica di diametro esterno massimo di 41m e minimo di 32m con isola centrale circolare di diametro 20m, circondata da una fascia sormontabile di 1,20 m. L’anello è a singola corsia e la sua larghezza è variabile tra un minimo di 4,50 m e un massimo di 6,40m, per permettere l’aumento dell’area di curvatura disponibile ai veicoli pesanti.

Figura 86 - Soluzione 1 doppia geometria

Gli aspetti positivi di questa soluzione sono:

a) la particolare forma ellittica riesce ad adattarsi meglio della circolare ai diversi vincoli al contorno perché consente migliori raggi di entrata ed uscita per i diversi rami, ovvero con dimensioni più vicine agli standard raccomandati dalle diverse Norme Tecniche in materia;

b) la larghezza dell’anello variabile in ragione del raggio di curvatura, permette di ottenere la verifica della deflessione per le traiettorie più veloci mantenendo al contempo le condizioni di percorribilità di tutte le manovre.

Nonostante il DM 19/04/2006 preveda una larghezza costante della corsia nella corona rotatoria pari a 6m , le dimensioni variabili scelte per la corsia della rotatoria oggetto di studio consentono:

• l’iscrizione in curva dei veicoli pesanti salvaguardando la percorribilità della rotatoria;

• la deflessione delle traiettorie più veloci (direzione nord-sud) per effettiva imposizione di iscrizioni lungo curve di raggio massimo entro i limiti stabiliti dalle diverse Normative Tecniche di riferimento generale.

3.3.2 Rotatoria tradizionale

Questa soluzione consiste in una rotatoria tradizionale di diametro esterno di 41m, pari al

diametro massimo scelto per la doppia geometria, con corona centrale di diametro 25,6m e fascia

sormontabile di 1,7m. L’anello è a singola corsia e la sua larghezza è costante e pari a 6m come

richiesto dalle normative.

Figura 87 - soluzione 1 rotatoria tradizionale

Si nota subito dalla figura il maggiore ingombro di tale soluzione e la necessità di espropriare parti dei terreni limitrofi, nonché un percorso più lungo da percorrere per i veicoli che vanno da sud a nord e quindi un tempo di viaggio maggiore rispetto alla rotatoria a doppia geometria.

3.3.3 Risultati della simulazione su Aimsun

Sono stati simulati su Aimsun i comportamenti del traffico sui due tipi di rotatoria. Per fare

questo innanzitutto sono stati importati sul software i file .dwg della rotatoria a doppia geometria

e successivamente della rotatoria tradizionale, è stato così possibile tracciare gli assi viari dei tre

rami tramite una successione di sezioni e il nodo con il comando rotatoria andando poi a modificarne la geometria realizzando la forma ellittica dell’anello con larghezza della corsia variabile.

Figura 88 - file di Aimsun

Sono stati poi inseriti tre centroidi corrispondenti ai 3 rami della matrice O/D che servono per la costruzione della matrice nella domanda di traffico.

A questo punto è stata creata la matrice O/D partendo da una total matrix composta da soli

Figura 89 - split della matrice O/D

Dopo aver generato le matrici sono state generate le varie domande di traffico relative ai vari scenari inserendo le matrici opportune ed impostando come ora iniziale della simulazione le 8.00 e come durata 1 ora.

Fatto ciò è stato possibile creare i 6 scenari, che chiameremo tot matrix, 5% trucks, 10% trucks, 15% trucks, 20% trucks e 25% trucks, assegnando loro la domanda di traffico relativa.

Figura 90 - domanda di traffico di uno scenario

Per ogni scenario è stato fatto un esperimento comprensivo di 12 simulazioni di traffico

(chiamate replications), di cui abbiamo preso i risultati medi (average).

Figura 91 - Average delle 12 replication di uno scenario

I risultati che possiamo esportare dalla simulazione riguardano:

• delay time (sec/km): ritardo

• density (veh/km): densità

• flow (veh/h): flusso

• harmonic speed (km/h): velocità media

• Max Virtual Queue Length (vehs): lunghezza massima della coda

• mean Virtual Queue Length (vehs): lunghezza media della coda

• total travel time (seconds): tempo di viaggio totale di tutti i veicoli

Su Aimsun il delay time è la media dei ritardi per veicolo, che è la differenza tra il tempo di viaggio previsto (tempo necessario per attraversare la sezione in condizioni lineari) e il tempo di viaggio effettivo (travel time).

Nella presente trattazione abbiamo confrontato in particolare i dati relativi al delay time, alla

lunghezza massima della coda, alla lunghezza media della coda e al tempo totale di viaggio.

1. SOLUZIONE 1A: traffico principale dal nodo 1 al nodo 3

Figura 92 – sol.1A flusso principale dal nodo 1 al nodo 3

Avviando la simulazione la prima cosa che è stata notata è la formazione della coda sul ramo proveniente dal nodo 2, dovuta al fatto che essendo il flusso principale quello con direzione 1-3 i veicoli provenienti dal nodo 2 devono attendere prima di potersi immettere in rotatoria.

Figura 93 - simulazione del traffico sol.1A

Nelle pagine a seguire riportiamo i risultati dei valori estratti dal software di delay time,

lunghezza massima della coda, lunghezza media della coda e tempo totale di viaggio,

riportandoli in grafici che mettono a confronto la media dei parametri della doppia geometria con quelli della rotatoria tradizionale per i 6 scenari adottati.

Figura 94 - Delay time sol.1A

Possiamo vedere sull’asse delle ascisse i 6 scenari corrispondenti alle diverse percentuali di veicoli pesanti e sull’asse delle ordinate il valore corrispondente del delay time espresso in secondi/km. In questo primo grafico mettiamo a confronto la rotatoria a doppia geometria con la rotatoria tradizionale.

Si nota subito che la rotatoria a doppia geometria possiede valori del delay time più bassi rispetto a quelli della rotatoria tradizionale in tutti gli scenari esaminati, quindi risulta migliore al livello di ritardi.

Questo risultato è dovuto al fatto che essendo la manovra principale quella che va dal nodo 1 al nodo 3 cioè da sud a nord, nella rotatoria a doppia geometria i veicoli devono percorre un percorso minore rispetto alla rotatoria tradizionale. Questo comporta un minor tempo di viaggio, come si vede dal grafico sotto, e quindi anche un minor tempo di attesa per i veicoli in ingresso.

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Figura 95 – tempo di viaggio totale sol.1A

Anche la lunghezza delle code, riportata nei grafici sottostanti, risulta minore nella rotatoria ellittica con due scenari, corrispondenti rispettivamente al 10% e al 20% di veicoli pesanti, che hanno valori simili di lunghezza massima della coda:

Figura 96 - lunghezza massima della coda sol.1A

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Figura 97 - lunghezza media della coda sol.1A

Con queste prime simulazioni possiamo dire che nel caso di un intersezione a T in cui gli assi viari non si incontrino con il centro della rotatoria e che il flusso principale sia lungo l’asse maggiore dell’ellisse, la scelta progettuale di una rotatoria a doppia geometria è migliore rispetto a quella della rotatoria tradizionale.

Per avere un quadro generale però è necessario vedere cosa succede se il flusso principale non è lungo l’asse maggiore dell’ellisse ma è perpendicolare a questo, cioè quando il flusso principale e soprattutto i veicoli pesanti debbono percorrere la rotatoria ellittica e attraversarla passando da una larghezza della corsia maggiore ad una minore.

2. SOLUZIONE 1B: abbiamo invertito la matrice ruotando i centroidi su aimsun e quindi spostando il flusso principale nella direzione da est a sud, quindi dal nodo 2 al nodo 1.

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Figura 98 - sol.1B flusso principale dal nodo 2 al nodo 1

Ruotando la matrice nel caso della rotatoria tradizionale non si hanno grandissimi cambiamenti, poiché la geometria è la stessa. Per quanto riguarda invece la rotatoria a doppia geometria cambiano le manovre che dovranno effettuare i veicoli appartenenti al flusso principale, che dovranno percorrere un percorso più lungo e percepiranno il cambiamento di curvatura all’interno della rotatoria stessa passando inizialmente da larghezza della corsia di 6.40m ad una di 4.5m.

Figura 99 - simulazione traffico sol.1B

Figura 100 - ritardo sol.1B

Dal grafico notiamo immediatamente che il delay time della rotatoria ellittica è aumentato e si è avvicinato a quello della rotatoria tradizionale, con due scenari, corrispondenti al 10% e al 15%

di veicoli pesanti, in cui addirittura la rotatoria tradizionale ha un delay time di poco inferiore a quello della doppia geometria.

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Figura 102 - lunghezza media della coda sol.1B

Vediamo che nel grafico della lunghezza media della coda i valori delle due rotatorie combaciano.

Figura 103 - tempo di viaggio totale

Mentre per quanto riguarda il tempo totale di viaggio restano inferiori i valori della rotatoria a doppia geometria, perché ovviamente il percorso da compiere è inferiore.

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3. SOLUZIONE 1C

Per completare lo studio dei vari casi di provenienza del flusso principale è stata fatta un’ulteriore rotazione della matrice ruotando i centroidi ottenendo il flusso principale che va da nord a est quindi dal nodo 3 al nodo 2.

Figura 104 - sol.1C flusso principale dal nodo 3 al nodo 2

Sono stati trovati risultati diversi anche in questo studio, derivanti sempre dalla diversa

geometria delle due rotatorie e dalla direzione del flusso principale.

Figura 106 - ritardo sol.1C

Per quanto riguarda il delay time vediamo subito dal grafico che i valori della doppia geometria sono aumentati fino a superare quelli della rotatoria tradizionale. Questo fatto è giustificato dal fatto che nel caso della rotatoria a doppia geometria, dovendo passare da larghezze di corsie e curvature diverse il veicolo che percorre l’anello rallenta aumentando così il delay time.

Risultati simili li otteniamo per le lunghezze massima e media della coda:

Figura 107 - lunghezza massima della coda sol.1C con ulteriore scenario

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In questi casi abbiamo aggiunto un ulteriore scenario corrispondente al 30% dei veicoli pesanti per controllare l’effettivo andamento del grafico notando che i due grafici seguono un andamento sinusoidale incrociandosi più volte.

Figura 108 - lunghezza media della coda sol.1C con ulteriore scenario

E notiamo che questo andamento sinusoidale si ritrova anche nella lunghezza media della coda e nel tempo totale di viaggio.

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CONCLUSIONI SOLUZIONE 1

Possiamo concludere che nel caso di rotatoria non allineata con l’incontro degli assi stradali, in cui il flusso principale percorra l’asse maggiore, la rotatoria a doppia geometria dà migliori risultati rispetto alla tradizionale rotatoria quindi è sicuramente da preferire per la progettazione di una intersezione a T con queste caratteristiche rispetto ad una rotatoria tradizionale; nel caso in cui invece il flusso principale non percorra l’asse maggiore dell’ellisse ma lo intersechi, la rotatoria tradizionale dà risultati simili alla rotatoria ellittica, quindi è ancora conveniente scegliere la doppia geometria come soluzione per l’intersezione a T.

Nella tavola n°1 qui di seguito sono stati messi tutti i grafici, visti nelle pagine precedenti, in un’unica pagina per una visualizzazione immediata e un miglior confronto dai vari scenari per un totale di 12 grafici.

Inoltre è stata fatta una tavola n°2 contenente una serie di istogrammi in cui si possono

visualizzare per ogni scenario e per ogni dato, il confronto tra le varie soluzioni per un totale di

24 istogrammi.

3.4 Soluzione 2

Nella soluzione 1 abbiamo studiato il caso in cui gli assi viari non coincidano con il centro della rotatoria per motivi di vincoli al contorno. Adesso vogliamo studiare il caso in cui non ci siano vincoli al contorno e sia possibile far coincidere l’incontro degli assi viari con il centro della rotatoria, mantenendo le dimensioni geometriche e la matrice O/D della soluzione 1. Vogliamo cioè sapere se in questo caso la rotatoria a doppia geometria è ancora una soluzione migliore rispetto alla rotatoria tradizionale.

Figura 110 - Soluzione 2

3.4.1 Rotatoria a doppia geometria

Si vuole studiare il comportamento di una rotatoria a doppia geometria nel caso in cui non vi

siano vincoli al contorno e gli assi stradali convergano nel centro della rotatoria. Le dimensioni

sono le solite della soluzione 1 per poter fare un confronto attendibile.

Figura 111 - Soluzione 2 Rotatoria a doppia geometria

3.4.2 Rotatoria tradizionale

Vediamo il caso di un’intersezione a 3 rami che convergono nel centro della rotatoria circolare.

Le dimensioni sono le stesse della soluzione uno.

Figura 112 - Soluzione 2 Rotatoria tradizionale

3.4.3 Risultati della simulazione su Aimsun

Anche in questo caso, come per la soluzione 1, abbiamo creato diversi scenari per diversi valori di percentuale di mezzi pesanti ed abbiamo simulato le tre tipologie di origine del flusso principale.

1. SOLUZIONE 2A: traffico principale dal nodo 1 al nodo 3

Figura 113 - Soluzione 2A flusso principale dal nodo 1 al nodo 3

Vediamo subito dalla simulazione del traffico su Aimsun che i veicoli scorrono in maniera fluida

sui due tipi di rotatoria.

Figura 115 - Delay time sol.2A

Possiamo subito notare dalla prima tabella che la rotatoria a doppia geometria conserva valori di delay time migliori rispetto alla rotatoria tradizionale come nel caso della soluzione 1.

Per quanto riguarda invece la lunghezza massima della coda vediamo dalla tabella che i valori sono simili ed addirittura in alcuni scenari si invertono, mente nella soluzione 1 si aveva un distacco maggiore con valori inferiori per la doppia geometria:

Figura 116 - Lunghezza massima della coda sol.2A

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Per quanto riguarda la lunghezza media della coda in alcuni scenari i valori si sovrappongono:

Figura 117 - Lunghezza media della coda sol.2A

L’ultimo dato a confronto, il tempo totale di viaggio, mette ancora in evidenza il minor tempo impiegato nel caso della rotatoria a doppia geometria:

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2. SOLUZIONE 2B: flusso principale dal nodo 2 al nodo 1

Figura 119 - Sol. 2B flusso principale dal nodo 2 al nodo 1

Con questo scenario analizziamo il caso in cui il flusso principale va da est a sud e quindi attraversi la rotatoria percorrendo un tratto maggiore passando da una larghezza della corsia maggiore ad una inferiore.

Figura 120 - Delay time sol. 2B

Possiamo vedere dalla tabella che i valori del delay time della doppia geometria sono di poco inferiori rispetto a quelli della rotatoria tradizionale, mentre nella soluzione 2A lo erano di una quantità maggiore.

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Figura 121 - Lunghezza massima della coda sol. 2B

Per quanto riguarda la lunghezza massima della coda vediamo che addirittura i valori si invertono essendo quelli relativi alla geometria tradizionale inferiori, anche se di poco, rispetto a quelli della doppia geometria.

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Figura 123 - Tempo totale di viaggio sol. 2B

Per quanto riguarda il tempo totale di viaggio, resta minore quello impiegato nella rotatoria a doppia geometria.

3. SOLUZIONE 2C: flusso principale dal nodo 3 al nodo 2

Figura 124 - flusso principale dal nodo 3 al nodo 2

Per completare il nostro studio abbiamo effettuato un’altra rotazione della matrice O/D avendo così un quadro completo dei comportamenti nelle varie situazioni di flusso e geometria di entrambi i tipi di rotatoria.

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Figura 125 - Delay time sol. 2C

I risultati del delay time sono simili alle altre soluzioni, mentre per quanto riguarda la lunghezza massima della coda troviamo un andamento sinusoidale dei valori delle due rotatorie:

Figura 126 - Lunghezza massima della coda sol.2C

Per bassi valori della percentuale di veicoli pesanti troviamo che la geometria tradizionale è

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Figura 127 - Lunghezza massima della coda sol. 2C

Per la lunghezza media della coda abbiamo lo stesso comportamento per valori bassi di percentuale di veicoli pesanti, che poi aumentano fino ad ottenere valori inferiori per la doppia geometria dal 10% di veicoli pesanti in poi.

Per finire, come per gli altri casi, troviamo valori del total travel time inferiori per la doppia geometria rispetto alla geometria tradizionale.

Figura 128 - Tempo totale di viaggio sol. 2C

Possiamo rivedere i risultati dei vari casi della soluzione 2 insieme:

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CONCLUSIONI SOLUZIONE 2

Possiamo concludere che per la soluzione n°2, cioè con totale allineamento degli assi viari dei 3 rami e del centro della rotatoria, si hanno valori del delay time minori per la doppia geometria, mentre per la lunghezza massima e media della coda non abbiamo grosse differenze tra le due tipologie di rotatoria. Quindi per una intersezione a T in cui gli assi viari incontrino il centro della rotatoria si possono scegliere entrambe le soluzioni in quanto non ci sono grosse differenze di risultati di tempi e code. L’unica differenza sarà appunto la geometria e il minor spazio occupato dalla doppia geometria infatti in questa tipologia il tempo totale di viaggio è risultato inferiore.

Figura 129 - differenza tra la doppia geometria della sol.1 e della sol.2

Nella tavola n°1 qui di seguito sono stati messi tutti i grafici visti nelle pagine precedenti in un’unica pagina per una visualizzazione immediata e un miglior confronto dai vari scenari per un totale di 12 grafici.

Inoltre è stata fatta una tavola n°2 contenente una serie di istogrammi in cui si possono