Dispense Tecnica Economia Trasporti 0809

Sapienza Universit di Roma _______________________________________________________________

Dispense del corso di

TECNICA ED ECONOMIA DEI TRASPORTI(a cura di Stefano Ricci)

Ultimo aggiornamento: aprile 2009

_________________________________ Tecnica ed Economia dei Trasporti

INDICE

INDICE..........................................................................................................................................................2 1. Introduzione ed obiettivi didattici ...............................................................................................5 1.1 1.2 2. Introduzione allo studio dei sistemi di trasporto ..................................................................5 Articolazione ed obiettivi specifici dellinsegnamento.........................................................5

Glossario, unita di misura e classificazione dei sistemi di trasporto ..............................7 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Terminologia fondamentale ....................................................................................................7 Sistema ferroviario ...................................................................................................................8 Sistema stradale ....................................................................................................................10 Sistema marittimo e fluviale..................................................................................................14 Sistema aereo ........................................................................................................................15 Intermodalit e nodi di scambio ...........................................................................................17 Principali grandezze e relative unit di misura ..................................................................18

3.

Compendio statistico ...................................................................................................................20 3.1 3.2 3.3 3.4 Sistema ferroviario .................................................................................................................20 Sistema stradale ....................................................................................................................21 Sistema marittimo e fluviale..................................................................................................25 Sistema aereo ........................................................................................................................28

4.

Sostentazione e locomozione ....................................................................................................32 4.1 4.2 4.3 4.4 Modalit di sostentazione e locomozione ..........................................................................32 Equazione generale del moto ..............................................................................................33 Forza di trazione ....................................................................................................................34 Resistenze al moto ................................................................................................................35

5.

Diagramma elementare del moto e prestazioni del veicolo isolato .................................43 5.1 5.2 5.3 Condizioni di moto .................................................................................................................43 Soluzioni dellequazione generale del moto.......................................................................43 Rappresentazione del moto del veicolo isolato .................................................................48

6.

Teoria del deflusso negli impianti lineari e puntuali ............................................................51

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6.1 6.2 6.3 6.4 7.

Concetti di base ..................................................................................................................... 51 Deflusso nei sistemi a densit controllata ......................................................................... 52 Deflusso nei sistemi a densit libera .................................................................................. 56 Deflusso negli impianti puntuali........................................................................................... 59

Teoria elementare della domanda e dellofferta ................................................................... 67 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 Domanda di trasporto individuale ....................................................................................... 67 Domanda di trasporto aggregata ........................................................................................ 70 Elasticit della domanda ...................................................................................................... 71 Interazione fra domanda e offerta....................................................................................... 74 Funzione di produzione ........................................................................................................ 77 Costi di produzione di breve e lungo periodo.................................................................... 80 Equilibri di mercato................................................................................................................ 82

8.

Schematizzazione dellofferta.................................................................................................... 87 8.1 8.2 Rete di trasporto .................................................................................................................... 87 Grafo rappresentativo della rete di trasporto..................................................................... 87

9.

studio della domanda di trasporto ........................................................................................... 91 9.1 9.2 9.3 9.4 Zonizzazione e matrice origine-destinazione.................................................................... 91 Ricerche sulla domanda soddisfatta .................................................................................. 93 Sistema dei modelli di domanda ....................................................................................... 104 Previsione della domanda futura ...................................................................................... 114 Costo generalizzato del trasporto ..................................................................................... 118 Espressione generale ......................................................................................................... 118 Problematiche di quantificazione ...................................................................................... 119 Costi di produzione dei servizi di trasporto e di gestione delle infrastrutture ...... 123 Tipologie di costo e soggetti coinvolti............................................................................... 123 Costi di produzione dei servizi di trasporto...................................................................... 124 Costi duso delle infrastrutture ........................................................................................... 127 Esternalit e costi esterni .................................................................................................... 132 Definizione di esternalit .................................................................................................... 132 Esternalit nel settore dei trasporti ................................................................................... 133 Indicatori sintetici per la quantificazione dei costi esterni.............................................. 136 Fasi di progettazione e realizzazione degli interventi sui sistemi di trasporto ..... 137 Iter progettuale e realizzazione degli interventi .............................................................. 137 Pianificazione e programmazione..................................................................................... 138

10. 10.1 10.2 11. 11.1 11.2 11.3 12. 12.1 12.2 12.3 13. 13.1 13.2

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13.3 13.4 13.5 13.6 13.7

Studio di fattibilit e progettazione preliminare...............................................................140 Progettazione definitiva e studio dimpatto ambientale ..................................................142 Progettazione esecutiva......................................................................................................146 Direzione lavori e collaudo .................................................................................................147 Monitoraggio in corso di esercizio .....................................................................................148

Appendice 1 - Nomenclatura base di termini ferroviari inerenti linee e stazioni .................149 appendice 2 - Nomenclatura base di termini ferroviari inerenti i veicoli................................151 Appendice 3 - Nomenclatura base di termini inerenti le infrastrutture stradali ...................152 Appendice 4 - Nomenclatura base di termini inerenti i veicoli stradali ..................................155 Appendice 5 - Nomenclatura base di termini inerenti le infrastrutture portuali...................156 Appendice 6 - Nomenclatura base di termini inerenti i natanti.................................................157 Appendice 7 - Nomenclatura base di termini inerenti i terminali aeroportuali .....................158 Appendice 8 - Nomenclatura base di termini inerenti gli aeromobili ......................................159 Appendice 9 - Grandezze fisiche fondamentali ed unit di misura ........................................160 Bibliografia .............................................................................................................................................162

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1.

INTRODUZIONE ED OBIETTIVI DIDATTICI

1.1

Introduzione allo studio dei sistemi di trasporto

Per sistema di trasporto si intende l'insieme delle infrastrutture, dei veicoli e dei servizi attraverso cui si rendono possibili gli spostamenti di persone e cose per lo svolgimento delle attivit sociali e produttive di una Collettivit di persone. La storia dei sistemi di trasporto affonda le radici nella preistoria: scoperta e rudimentale uso della ruota, prime esperienze di navigazione. Il trasporto motorizzato invece molto pi recente (XIX secolo) e fa seguito allimpiego della macchina a vapore nel trasporto ferroviario e marittimo. Ancor pi recente (XX secolo) lo sviluppo del trasporto motorizzato su strada e del trasporto aereo. Nella societ contemporanea lo studio del sistema dei trasporti rappresenta problema di rilevante complessit, in particolare per lelevato grado di integrazione fra le attivit sviluppate sul territorio. Tale complessit richiede sempre pi spesso limpegno di competenze multidisciplinari per lo studio del sistema dei trasporti, ma rende nel contempo sempre pi preziosa la visione complessiva del sistema stesso, che patrimonio tipico dellingegnere dei trasporti.

1.2

Articolazione ed obiettivi specifici dellinsegnamento

Linsegnamento di Tecnica ed Economia dei Trasporti si pone lobiettivo di fornire gli elementi di base per lapproccio allo studio dei sistemi di trasporto e quelli formativi per comprendere il funzionamento dei sistemi stessi. Ne consegue unarticolazione che comprende: la terminologia e le definizioni fondamentali ed i caratteri dimensionali generali delle diverse componenti necessari per

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costituire un linguaggio comune ed una conoscenza di base utili ad affrontare lo studio dei sistemi di trasporto; i fondamenti della meccanica della locomozione e le leggi del deflusso costituenti lanello di congiunzione fra i principi della fisica e la loro applicazione nei sistemi di trasporto; lapplicazione dei principi fondamentali delleconomia al sistema dei trasporti con particolare riferimento alla quantificazione dei costi di esso caratteristici; la definizione delliter progettuale di norma seguito per la pianificazione, la progettazione e la realizzazione dei sistemi di trasporto.

In considerazione dei suddetti contenuti linsegnamento pu essere considerato propedeutico a quelli che si occupano di approfondire le conoscenze dello studente nei rispettivi specifici settori.

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2.

GLOSSARIO, UNITA DI MISURA E CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI DI TRASPORTO

2.1

Terminologia fondamentale

Lesigenza di un linguaggio universale dei trasporti, seppure particolarmente sentita, non ha mai condotto gli studiosi del settore alla definizione di terminologie formalmente unificate. Tuttavia la consuetudine ed il sempre pi accentuato scambio di conoscenze hanno consolidato le basi per un linguaggio comune, al quale attualmente, seppur non ufficialmente, si fa riferimento per la definizione di sistemi, componenti, procedure, ecc.. E parte di questo linguaggio comune la suddivisione del sistema dei trasporti in modalit (o modi) di trasporto, in funzione del mezzo che garantisce la sostentazione dei veicoli (figura 2.1).Mezzo e tipo di sostentazione Scelta della traiettoria Guida vincolata (ferrovie, funivie) Terrestre Guida libera (autoveicoli) Idrostatica (natanti) Idrodinamica (aliscafi) Aerostatica (dirigibili) Aerodinamica (aerei, elicotteri)

Modalit di trasporto

Vie dacqua

Aerea

Figura 2.1: quadro sinottico delle diverse modalit di trasporto

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Le tipologie di sostentazione statica (senza conferimento di energia dallesterno) o dinamica (grazie ad energia fornita dallesterno) consentono unulteriore suddivisione dei modi di trasporto per vie dacqua ed aereo. Per le modalit terrestri lulteriore suddivisione di norma utilizzata si riferisce alle modalit di scelta della traiettoria: vincolata (determinata dallinfrastruttura) o libera (determinata a bordo del veicolo). Sulla base delle classificazioni sopra riportate un sistema di trasporto pu essere monomodale, quando consente di effettuare spostamenti utilizzando una sola modalit di trasporto, o plurimodale, quando gli spostamenti vengono effettuati coinvolgendo pi modalit di trasporto. A corollario di quanto precedentemente esposto va segnalata lesistenza di unulteriore modalit di trasporto, quella per condotta (sovente identificata con il diffuso termine inglese pipeline), di norma utilizzata soprattutto per il trasferimento praticamente continuo di prodotti liquidi o gassosi (oleodotti, gasdotti, ecc.). Un sistema di trasporto si caratterizza, oltre che per le infrastrutture ed i veicoli, che, assieme al personale, rappresentano i fattori della produzione, per il servizio, che rappresenta la produzione di trasporto vera e propria del sistema stesso. Esempi di diverse tipologie di servizi sono quelli passeggeri o merci, in funzione degli oggetti del trasporto, pubblici o privati (in conto proprio o in conto terzi), in funzione della propriet dei fattori della produzione (infrastrutture e veicoli), ecc. Proprio in relazione alle diversit delle infrastrutture e dei veicoli per i diversi modi di trasporto utile fornire alcune indicazioni in relazione alla terminologia di uso pi comune.

2.2

Sistema ferroviario Infrastrutture

In primo luogo si distinguono infrastrutture di tipo lineare (i tratti di linea compresi fra due stazioni) e puntuale (le stazioni stesse, destinate a svolgere _____________________________________________________________ 8


servizi terminali per gli spostamenti di passeggeri e merci e/o operazioni funzionali alla circolazione dei treni). I pi usuali criteri di classificazione delle linee ferroviarie si basano su alcune caratteristiche fondamentali che le contraddistinguono, fra le quali le principali sono lo scartamento (ordinario = 1435 mm, ridotto o largo), il numero dei binari (uno, due o pi di due) ed il tipo di trazione su di esse impiegato (elettrica, diesel o a vapore). Alcuni dei termini di uso pi comune per le infrastrutture di linea e di stazione sono riportati nellAppendice 1, i principali elementi caratteristici della sezione trasversale sono visualizzati in Figura 2.2.

LINEA AEREA SEGNALE

ROTAIA TRAVERSA SOVRALZO SCARTAMENTO MASSICCIATA O BALLAST PIATTAFORMA

Figura 2.2: sezione trasversale di una linea ferroviaria Veicoli I veicoli ferroviari possono essere distinti in funzione della loro struttura in veicoli ad assi ed a carrelli, mentre in relazione alla capacit di trazione si hanno veicoli esclusivamente motori (locomotive elettriche e diesel), veicoli con funzioni motori e di trasporto (automotrici diesel, elettromotrici, ecc.) e veicoli rimorchiati (carrozze passeggeri e carri merci).

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Linsieme dei veicoli ferroviari viene anche comunemente identificato con il termine materiale rotabile. I veicoli possono essere raggruppati e collegati tra loro per comporre convogli comprendenti uno o pi veicoli motori ed un numero di veicoli rimorchiati, il cui limite superiore dato dai vincoli imposti dalle caratteristiche dellinfrastruttura e dei mezzi di trazione (lunghezza dei binari di stazione, pendenza della linea, potenza dei mezzi di trazione, ecc.). Alcuni dei termini di uso pi comune per i veicoli ferroviari sono riportati nellAppendice 2 e visualizzati in Figura 2.3 per un mezzo di trazione.CASSA

BANCO DIMANOVRA

BOCCOLA BORDINO SALA MONTATA TELAIO SOSPENSIONE RALLA CEPPO CARRELLO

Figura 2.3: parti di una locomotiva

2.3

Sistema stradale Infrastrutture

Anche in questo caso possibile distinguere le infrastrutture di tipo lineare (i tratti di strada compresi fra due intersezioni) e puntuale (le intersezioni stesse, destinate a consentire la connessione fra gli archi della rete, ma anche le aree di parcheggio ed i caselli autostradali destinati a svolgere servizi terminali o di transito per gli spostamenti di passeggeri e merci).

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La classificazione delle infrastrutture stradali viene usualmente normalizzata nei diversi stati in funzione delle caratteristiche costruttive, tecniche e funzionali. In Italia il Codice della Strada prevede le specifiche riassunte in Tabella 2.1. Tabella 2.1: tipologie e caratteristiche minime delle stradeTipo di strada Autostrada Extraurbana o urbana Carreggiate Corsie Caratteristiche specifiche Dotata di eventuale banchina pavimentata a sinistra e corsia di emergenza o banchina pavimentata a destra. Priva di intersezioni a raso e di accessi privati. Dotata di recinzione e di sistemi di assistenza all'utente lungo l'intero tracciato. Riservata alla circolazione di talune categorie di veicoli a motore. Contraddistinta da appositi segnali di inizio e fine. Attrezzata con apposite aree di servizio e di parcheggio con accessi dotati di corsie di decelerazione e di accelerazione. Dotata di banchina pavimentata a destra. Priva di intersezioni a raso, con accessi alle propriet laterali coordinati. Contraddistinta dagli appositi segnali di inizio e fine. Riservata alla circolazione di talune categorie di veicoli a motore. Prevista di opportuni spazi per eventuali altre categorie di utenti. Attrezzata con apposite aree di servizio, che comprendano spazi per la sosta, con accessi dotati di corsie di decelerazione e di accelerazione. Dotata di banchine. Dotata di eventuale corsia riservata ai mezzi pubblici. Dotata di banchina pavimentata a destra e marciapiedi. Dotata di eventuali intersezioni a raso semaforizzate. Dotata di apposite aree o fasce laterali estranee alla carreggiata per la sosta con immissioni ed uscite concentrate. Dotata di banchine pavimentate e marciapiedi. Dotata di aree attrezzate per la sosta e di apposita corsia di manovra, esterna alla carreggiata. Altre caratteristiche diverse da quelle sopraindicate. Affiancata ad una strada principale avente la funzione di consentire la sosta ed il raggruppamento degli accessi dalle propriet laterali alla strada principale e viceversa, nonch il movimento e le manovre dei veicoli non ammessi sulla strada principale stessa. Indipendenti 2 o pi per o separate carreggiat da a spartitraffico invalicabile

Strada extraurbana principale Indipendenti 2 o pi per o separate carreggiat da a spartitraffico invalicabile

Strada extraurbana secondaria Strada urbana di scorrimento

1 o pi per senso di marcia Carreggiate 2 o pi per indipendenti carreggiat o separate a da spartitraffico Unica Unica 2 o pi

Strada urbana di quartiere Strada locale urbana od extraurbana Strada di servizio

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La nomenclatura pi largamente in uso quella prevista dal Codice della Strada (Appendice 3). I principali elementi caratteristici della sezione trasversale sono visualizzati in Figura 2.4.RIPA

CUNETTA

SPARTITRAFFICO CONFINE STRADALE CORSIA BANCHINA ARGINELLO O BANCHINA ERBOSACARREGGIATA CARREGGIATA

CONFINE STRADALE

SEZIONE IN TRINCEA

SEZIONE IN RILEVATO

SEZIONE A MEZZA COSTA

Figura 2.4: sezione trasversale di uninfrastruttura stradale

Veicoli I criteri di progettazione dei veicoli stradali sono il risultato delle esigenze di mercato e del rispetto delle normative imposte in relazione alle caratteristiche geometriche, alla massa, alla potenza, alla sicurezza ed al comfort.

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I veicoli stradali destinati al trasporto dei passeggeri possono essere distinti in individuali (moto, autovettura, ciclomotore, bicicletta, ecc.) se sono utilizzati in modo autonomo da singoli o piccoli gruppi di utenti e collettivi (autobus, filobus, ecc.) allorquando vengono utilizzati da gruppi di utenti in modo autonomo o sulla base di un programma di esercizio preparato, reso pubblico e rispettato dal gestore. In Tabella 2.2 sono riassunte le tipologie veicolari ed i relativi limiti dimensionali e di massa previsti in Italia dal Codice della Strada. Tabella 2.2: limiti dimensionali e di massa degli autoveicoliTipologia Altezza [m] Motoveicoli Autoveicoli 4,0 Rimorchi ad un asse 4,0 Caravan a due assi 4,0 Autocaravan a due o pi assi 4,0 Semirimorchi 4,0 Autoarticolati e autosnodati 4,0 Autotreni 4,0 Autobus 4,3 Larghezza [m] Lunghezza [m] 2,5 12,0 2,5 7,5 2,3 7,5 2,5 8,0 2,5 12,5 2,5 16,5 2,5 18,0 2,5 12,0 Massa [t] 2,5 24,0 6,0 22,0 24,0 25,2 40,0 44,0 24,0

Per i veicoli stradali vengono utilizzate numerose definizioni fra le quali si ricordano quelle riportate nellAppendice 4 ed in parte visualizzate in Figura 2.5.ABITACOLO

COPPIA CONICA E DIFFERENZIALE

SOSPENSIONE

FRIZIONE E CAMBIO ALBERO DI TRASMISSIONE CARROZZERIA PNEUMATICO

Figura 2.5: parti di un autoveicolo

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2.4

Sistema marittimo e fluviale Infrastrutture

In questo caso le infrastrutture di tipo lineare esistono materialmente solo nella navigazione interna (canali o fiumi navigabili) mentre hanno natura virtuale (le rotte) in quelle marittime. Le infrastrutture principali sono pertanto quelle puntuali (i terminali destinati a svolgere servizi di imbarco e sbarco di passeggeri e merci). La disposizione delle opere interne di un porto, i relativi fondali e l'ubicazione delle opere esterne sono funzione del tipo di imbarcazioni che dovranno usufruire del porto e del tipo e della quantit delle attivit di terminale che dovranno svolgersi nell'area portuale. Fra queste si distinguono quelle destinate al trasporto dei passeggeri (stazioni marittime) da quelle attrezzate per il trasporto delle merci, che possono ulteriormente essere distinte per il tipo di traffico in: convenzionale di merci varie; container con sistemi di trasbordo per sollevamento, cosiddetti LiftOn/Lift-Off (LO-LO); con sistemi di trasbordo a raso, cosiddetti Roll-On/Roll-Off (RORO); merci solide alla rinfusa (insilabili); merci liquide o liquefatte alla rinfusa.

Esistono infine calate multifunzionali o polivalenti in grado di espletare pi di una delle suddette funzioni. A titolo del tutto indicativo in Appendice 5 si riportano alcuni termini identificativi delle opere portuali, che vengono poi visualizzate in Figura 2.6. Veicoli Per quanto riguarda i natanti essi vengono di norma classificati in funzione delle loro funzioni e dimensioni. _____________________________________________________________ 14


frangiflutti

antemurale banchina diga

area di parcheggio stazione marittima calata fronte d'approdo pontile magazzini merci scalo ferroviario scalo di alaggio bacino di carenaggio molo

piazzale di stoccaggio merci

Figura 2.6: schema planimetrico di uninfrastruttura portuale In Tabella 2.3 si riportano le caratteristiche medie principali delle navi merci a pieno carico. Tabella 2.3: caratteristiche medie delle navi merci a pieno caricoTipologia Navi per rinfuse Navi porta container Navi cisterna Navi per merci varie Capacit di Lunghezza carico [t] fuori tutto [m] 10000300000 140356 700050000 143290 700500000 50416 70050000 51232 Larghezza [m] 18,757,0 19,032,4 8,569,2 8,530,0 Altezza [m] 10,528,8 11,024,2 4,032,2 4,618,4 Immersione massima [m] 8,122,0 6,513,0 3,725,5 3,812,7

NellAppendice 6 si riportano alcuni dei termini maggiormente impiegati per la descrizione delle diverse parti componenti i natanti, alcune delle quali sono visualizzate in Figura 2.7.

2.5

Sistema aereo Infrastrutture

Analogamente al caso dei sistemi per vie dacqua le infrastrutture di tipo lineare hanno natura virtuale (aerovie). _____________________________________________________________ 15


BOCCAPORTO

PARATIA

POPPA TIMONE ELICA MARINA

CHIGLIA STIVA OPERA VIVA O CARENA

OPERA MORTA PRUA LINEA DI GALLEGGIAMENTO

Figura 2.7: parti di un natante Le infrastrutture sono pertanto esclusivamente di tipo puntuale (i terminali aeroportuali destinati a svolgere i servizi di imbarco e sbarco di passeggeri e merci oltre che quelli funzionali alla regolazione del traffico aereo ed ai servizi per i veicoli). Gli aeroporti sono codificati (Tabella 2.4) secondo un criterio dinamico relativo alle dimensioni delle piste (codice numerico) ed uno cinematico relativo alla mobilit degli aeromobili a terra (codice alfabetico). Tabella 2.4: caratteristiche degli aeroporti e codici di riferimentoCodice Numerico 1 2 3 4 Lunghezza pista di riferimento [m] < 800 800 1200 1200 1800 > 1800 Codice alfabetico A B C D E Apertura Alare [m] < 15 15 24 24 36 36 52 52 60 Distanza fra ruote esterne del carrello principale [m] < 4,5 4,5 6 69 9 14 9 14

NellAppendice 7 si riportano i principali termini utilizzati per lidentificazione delle diverse componenti di un terminale aeroportuale, in Figura 2.8 vengono visualizzate schematicamente in planimetria alcune di esse. Veicoli Per quanto riguarda il veicolo laeromobile trae la propria sostentazione a terra dal carrello ed in volo dal sistema alare soggetto allinsieme di pressioni e depressioni provocate dalla sagoma del profilo alare in moto relativo rispetto allaria, da cui si origina la portanza. _____________________________________________________________ 16


PIAZZALE ESTERNO HANGAR DOGANA TORRE DI CONTROLLO AREA DI SERVIZIO MOLO AEROSTAZIONE SERVIZI

SATELLITE AREA DI TRAFFICO VIA DI CIRCOLAZIONE AREA DI ATTESA

PISTA DI RULLAGGIO BRETELLA DI USCITA

PISTA DI VOLO

TESTATA

Figura 2.8: schema planimetrico di uninfrastruttura aeroportuale

Di esso di norma possibile fornire una definizione generale delle forme e delle dimensioni caratteristiche. In Tabella 2.5 tali caratteristiche sono descritte e riferite a titolo esemplificativo ai pi diffusi modelli in esercizio commerciale. Tabella 2.5: caratteristiche dei pi diffusi aeromobiliBoeing 747 Lockheed Tristar L011 Medio McDonnel Duglas DC9/MD80 lungo Airbus A300 Tupolev TU154 Boeing 767 Boeing 737/300 McDonnel Duglas MD87/MD90 Medio corto Airbus A310 Fokker 100 Classe di lunghezza Lungo Tipo di aereo Lunghezza fuori tutto [m] 70,66 50,05 45,06 54,08 47,90 48,51 33,40 39,75 46,66 35,53 Altezza massima [m] 19,33 16,87 9,04 16,62 11,40 15,85 11,13 9,30 15,80 8,50 Apertura alare [m] 59,64 50,09 32,87 44,84 37,35 47,57 28,88 32,87 43,89 28,08

NellAppendice 8 viene indicata la nomenclatura di uso pi comune per alcune parti dellaeromobile, che vengono poi visualizzate in Figura 2.9.

2.6

Intermodalit e nodi di scambio

Si pu infine notare come la quasi totalit delle infrastrutture puntuali descritte in precedenza per i diversi modi di trasporto svolgano nella realt _____________________________________________________________ 17


funzioni di nodi di scambio modale, nel senso che nel loro ambito avviene un trasferimento delloggetto del trasporto (passeggero o merce) fra due modi di trasporto e che, pertanto, ciascuna di esse pu essere considerata terminale per tutti i modi coinvolti.TIMONE DI PROFONDITA' IMPENNAGGIO ORIZZONTALE

GONDOLA

DERIVA TIMONE DI DIREZIONE IPERSOSTENTATORE DIRUTTORE O SPOILER FRENO DINAMICO ALETTONE ALA CARRELLO POSTERIORE FUSOLIERA CARRELLO ANTERIORE

Figura 2.9: parti di un aeromobile Ad esempio detti modi sono quelli aereo, stradale e ferroviario in un aeroporto, marittimo, ferroviario e stradale in un porto, ferroviario e stradale in una stazione ferroviaria od in un interporto (centro intermodale destinato al trasbordo delle merci fra diverse modalit).

2.7

Principali grandezze e relative unit di misura

NellAppendice 9 vengono elencate le grandezze fondamentali della fisica pi utilizzate nello studio dei sistemi di trasporto e le relative unit di misura. Nellingegneria dei trasporti risultano inoltre di uso comune numerose altre grandezze ed unit di misura, fra le quali si ricordano quelle elencate in Tabella 2.6.

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Tabella 2.6: grandezze tipiche dellingegneria dei trasporti ed unit di misuraRelative allofferta di servizi Grandezza Unit di misura Offerta totale di servizio passeggeri Posti x km Offerta totale di servizio merci t x km offerte Produzione totale di un servizio di Veicoli x km trasporto Relative allutilizzazione di infrastrutture e servizi Grandezza Unit di misura Flusso circolante su una infrastruttura Veicoli / h Flusso in un terminal container Container equivalenti da 20 piedi (TEU) / anno Percorrenza totale dei passeggeri Passeggeri x km Percorrenza totale delle merci t x km Percorrenza media dei passeggeri Passeggeri x km / passeggeri Percorrenza media delle merci t x km / t Unit di traffico Passeggeri x km + t x km Utilizzazione media dei servizi Passeggeri x km / posti km passeggeri Utilizzazione media dei servizi merci t x km / t x km offerte Coefficiente di esercizio Costi di esercizio / ricavi di esercizio

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3.

COMPENDIO STATISTICO

3.1

Sistema ferroviario

In Tabella 3.1 riportata lestensione della rete ferroviaria mondiale e la sua distribuzione nelle diverse aree geografiche, mentre in Figura 3.1 si riporta un confronto in termini di densit infrastrutturale fra i diversi paesi dellUnione Europea. Tabella 3.1: estensione della rete ferroviaria mondialeArea Geografica Italia Unione Europea Europa Nord Africa e Medio Oriente Resto Africa America Asia Oceania MONDO Rete Elettrificata complessiva [%] [km] 16288 69,0 199682 50,5 359459 45,9 26654 5,8 50495 22,3 314563 0,3 185798 27,4 9499 19,8 946468 24,5 Densit della rete complessiva [km / km2 di superficie] 0,054 0,050 0,015 0,003 0,003 0,015 0,009 0,001 0,010

0,14 0,12[km/km2 di superficie]

0,10 0,08 0,06 0,04 0,02Danimarca Finlandia Germania Lituania Slovacchia Slovenia Paesi Bassi Lussemburgo Regno Unito Rep.Ceca Portogallo Ungheria Francia Irlanda Lettonia Polonia Austria Estonia Grecia Spagna Svezia Belgio Italia Malta Cipro UE

0,00

Figura 3.1: densit media di rete ferroviaria in alcuni paesi dellUnione Europea

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La consistenza numerica del parco del materiale rotabile mondiale articolato nelle diverse aree geografiche riportata in Tabella 3.2, mentre la dotazione media per abitante nellUnione Europea riportata in Figura 3.2. Tabella 3.2: materiale rotabile circolante sulla rete ferroviaria mondialeArea Geografica Italia Unione Europea Europa Nord Africa e Medio Oriente Resto Africa America Asia Oceania MONDO Mezzi di trazione 5205 49099 69038 2528 4433 23786 37094 662 137541 Carrozze 11007 106348 153554 6900 7896 2499 112579 633 283428 Carri 56900 636200 1500088 68537 160546 663420 901250 11482 3305323 Locomotive / 1000 abitanti 0,085 0,097 0,086 0,009 0,010 0,069 0,012 0,035 0,028

0,300 [mezzi di trazione/1000 abit.] 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 Lussemburgo Germania Portogallo Regno Unito Belgio Finlandia Austria Francia Irlanda Svezia Grecia Italia Danimarca Paesi Bassi Spagna UE

Figura 3.2: dotazione media di materiale rotabile in alcuni paesi dellUnione Europea La mobilit di passeggeri e merci su ferrovia pu essere riassunta con gli indicatori sintetici di percorrenza complessivi riportati in Tabella 3.3 e con il confronto a livello europeo riportato in Figura 3.3.

3.2

Sistema stradale

La consistenza e la densit media della rete stradale nei paesi dellUnione Europea riassunta nelle Figure 3.4 e 3.5.

_____________________________________________________________ 21


Tabella 3.3: mobilit di passeggeri e merci su ferrovia nel mondoArea Geografica Italia Unione Europea Europa Nord Africa e Medio Oriente Resto Africa America Asia Oceania MONDO Passeggeri [M Passeggeri km] 46100 345800 582468 81211 16060 11299 1189923 1265 1882226 Merci [Mt km] 20300 358900 1825279 31310 111019 2439677 1843268 34050 6284602

2200 2000 1800 1600 1400 1200 1033 1000 800 600 400 200 0 Austria

km / abitante /anno t x km / abitante / anno 1242 1025 805 635 408 145 Lussemburgo Portogallo Belgio Regno Unito Irlanda Italia Finlandia Germania Paesi Bassi Francia Spagna SveziaSvezia Ungheria Spagna

Indici annuali di mobilit

840

820

897

882 673 355 517

1020 810

Grecia

Figura 3.3: indici di mobilit su ferrovia in alcuni paesi dellUnione Europea

360000 320000 280000 Estensione reti 240000 200000 160000 120000 80000 40000Slovacchia Lussemburgo Regno Unito Paesi Bassi Danimarca Portogallo Finlandia Rep. Ceca Germania Slovenia Belgio Lettonia Grecia Italia Lituania Polonia Estonia Austria Francia Irlanda Cipro Malta

Danimarca

Autostrade e strade nazionali [km] Strade secondarie e regionali [km]

0

Figura 3.4: estensione della rete stradale nei paesi dellUnione Europea

_____________________________________________________________ 22

UE


1,8 1,6 [km/km2 di superficie] 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2Lussemburgo Regno Unito Belgio Portogallo Rep. Ceca Slovacchia Slovenia Polonia Svezia Paesi Bassi Lettonia Cipro Grecia Malta Estonia Austria Spagna Italia Germania Danimarca Finlandia Ungheria Lituania Francia Irlanda UE

0,0

Figura 3.5: densit media di rete stradale in alcuni paesi dellUnione Europea

La consistenza numerica e la dotazione media del parco veicolare stradale nei paesi dellUnione Europea riassunta nelle Figure 3.6 e 3.7.45000 40000 35000 30000Parco circolante

Motoveicoli/1000 Autoveicoli/1000 Veicoli merci/1000

25000 20000 15000 10000 5000 0Finlandia Lussemburgo Lituania Slovacchia Danimarca Slovenia Germania Portogallo Regno Unito Paesi Bassi Rep. Ceca Ungheria Francia Belgio Lettonia Polonia Austria Irlanda Estonia Spagna Grecia Svezia Cipro Italia Malta

Figura 3.6: veicoli stradali circolanti in alcuni paesi dellUnione Europea

_____________________________________________________________ 23


700 600 [autoveicoli/1000 abit.] 500 400 300 200 100 0

Figura 3.7: indice di motorizzazione in alcuni paesi dellUnione Europea

La mobilit di passeggeri e merci su strada nei paesi dellUnione Europea pu essere riassunta con gli indicatori sintetici di percorrenza riferiti allanno 2002 riportati nelle Figure 3.8 e 3.9.900000 800000 700000Percorrenze annuali

[M pass. x km / anno] [M t x km / anno]

600000 500000 400000 300000 200000 100000Slovacchia Slovenia

0Austria Lussemburgo Paesi Bassi Finlandia Lituania Danimarca Estonia Germania Irlanda Rep. Ceca Lettonia Francia Grecia Malta Italia Polonia Portogallo Belgio Regno Unito Cipro

Spagna

Svezia

Figura 3.8: mobilit di passeggeri e merci su strada nei paesi dellUnione Europea _____________________________________________________________ 24

Ungheria


km / abitante /anno 16000Indici annuali di mobilit

127241261513242 11833 12000 10494 14000 10000 8000 6000 4000 2000 0

14558 13812 9594 1112210620

t x km / abitante / anno 1178711485 9125

11436 1040010415

Lussemburgo

Portogallo

Belgio

Regno Unito

Italia

Germania

Finlandia

Francia

Irlanda

Grecia

Paesi Bassi

Spagna

Austria

SveziaUngheria Svezia

Figura 3.9: indici di mobilit su strada in alcuni paesi dellUnione Europea

3.3

Sistema marittimo e fluviale

Le infrastrutture lineari del trasporto per via dacqua sono costituite da fiumi, laghi e canali navigabili (idrovie), delle quali nelle Figure 3.10 e 3.11 si riportano la consistenza e la densit nei diversi paesi dellUnione Europea.

Estensione rete idroviaria [km]

7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000Regno Unito Belgio Finlandia Lussemburgo Portogallo Paesi Bassi Danimarca Slovacchia Rep. Ceca Germania Slovenia Lettonia Lituania Polonia Estonia Cipro Irlanda Italia Austria Francia Spagna Grecia Malta

0

Figura 3.10: estensione della rete idroviaria in alcuni paesi dellUnione Europea La consistenza e la dotazione di flotte commerciali dei paesi dellUnione Europea nel 2005 riassunta nelle Figure 3.12 e 3.13.

_____________________________________________________________ 25

Danimarca

UE


0,14 0,12

[km/km2 di superficie]

0,10 0,08 0,06 0,04 0,02Lussemburgo Regno Unito Slovacchia

Portogallo

Slovenia

Rep. Ceca

Danimarca

Finlandia

Germania

Paesi Bassi

Ungheria

Lettonia

Polonia

Spagna

Belgio

Lituania

Francia

Austria

Estonia

Irlanda

Grecia

Svezia

Cipro

Italia

Figura 3.11: densit della rete idroviaria in alcuni paesi dellUnione Europea

3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 Flotte natanti 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

Figura 3.12: flotte commerciali nei paesi dellUnione Europea (natanti di stazza lorda superiore a 1000 t)

_____________________________________________________________ 26

Malta

UE

0,00


0,30

0,25

[natanti/1000 abitanti]

0,20

0,15

0,10

0,05

Lussemburgo

Repubblica Ceca

0,00 Bulgaria Germania Finlandia Grecia Irlanda Belgio Lituania Danimarca Francia Austria Cipro Italia Estonia Lettonia

Slovacchia

Spagna

Svezia

Ungheria

Romania

Slovenia

Figura 3.13: dotazione media di natanti nei paesi dellUnione Europea Infine la mobilit di passeggeri e merci per via dacqua pu essere riassunta con gli indicatori di percorrenza riferiti allanno 2000 riportati nelle Figure 3.14 e 3.15.160000 140000Percorrenze annuali

[M pass. x km / anno] [M t x km / anno]

120000 100000 80000 60000 40000 20000 0

Regno Unito

Paesi Bassi

Malta

Polonia

Portogallo

Lussemburgo

Portogallo

Regno Unito

Belgio

Irlanda

Italia

Finlandia

Germania

Francia

Austria

Grecia

Figura 3.14: mobilit di passeggeri e merci per vie dacqua in alcuni paesi dellUnione Europea (solo traffico interno allUnione Europea)

_____________________________________________________________ 27

Paesi Bassi

Danimarca

Spagna

Svezia

UE


20000 16000 km / abitante /anno 12000 8000 4000 4 0 Germania Finlandia Irlanda Grecia Belgio Danimarca Francia Austria Italia 29 503 635 47 23 489 179 67 0 Lussemburgo 37 Paesi Bassi 19 Portogallo 78 Regno Unito 29 Spagna 527 SveziaSvezia Spagna

t x km / abitante / anno

85 UEUngheria

Figura 3.15: indici di mobilit di passeggeri e merci per vie dacqua in alcuni paesi dellUnione Europea

3.4

Sistema aereo

La consistenza delle flotte aeree commerciali dei paesi dellUnione Europea nel 2002 riassunta nelle Figure 3.16 e 3.17.900

800

Aerei passeggeri700

Aerei cargo e altri

600

Flotte aeree

500

400

300

200

100

0Rep. Ceca Lussemburgo Regno Unito Belgio Slovacchia Portogallo Lettonia Paesi Bassi Danimarca Germania Finlandia Slovenia Lituania Polonia Grecia Cipro Italia Estonia Francia Austria Irlanda Malta

Figura 3.16: flotte aeree commerciali in alcuni paesi dellUnione Europea La mobilit di passeggeri per via aerea pu essere riassunta con gli indicatori sintetici di percorrenza riferiti allanno 2001 relativi ai soli spostamenti interni allUnione Europea, che vengono riportati nelle Figure 3.18 e 3.19. _____________________________________________________________ 28


0,140 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 Lussemburgo Portogallo Regno Unito Belgio Italia Finlandia Germania Francia Austria Irlanda Grecia Paesi Bassi Danimarca Spagna SveziaSpagna

[aerei/1000 abitanti]

Figura 3.17: dotazione media di aeromobili in alcuni paesi dellUnione Europea

Lussem burgo

Paesi Bassi

Belgio

Regno Unito

Danim arca

Figura 3.18: mobilit aerea di passeggeri in alcuni paesi dellUnione Europea (solo traffico interno allUnione Europea)

2500 [km /ab itan te/ann o] 1947 2000 1500 1000 500 0 Finlandia R egno U nito P aesi B assi D anim arca Portogallo G erm ania Francia A ustria Irlanda B elgio Italia L ussem burgo S pagna S vezia G recia UE 560 611 1230 1404 1096 434 447 482 1121 865 584 908 757 1498 1412

Figura 3.19: indici di mobilit aerea di passeggeri in alcuni paesi dellUnione Europea

_____________________________________________________________ 29

Portogallo

Grecia

Germ ania

Francia

A ustria

Finlandia

Irlanda

Svezia

64000 56000 48000 40000 32000 24000 16000 8000 0

[M pass. x km / anno]

Italia

UE


Elementi conoscitivi ulteriori possono essere riportati relativamente alle quote di ripartizione della domanda di trasporto passeggeri e merci ed al relativo trend negli ultimi tre decenni nellUnione Europea (Figure 3.20 e 3.21) ed al confronto dei corrispondenti valori con quelli rilevati in Italia per lanno 2000 (Figure 3.22 e 3.23).100 90 Ripartizione modale % 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1970 1980 Anni 1990 2000 Strada privato Strada pubblico Ferrovia Aereo

Figura 3.20: andamento della ripartizione modale della mobilit passeggeri (passeggeri x km) nei paesi dellUnione Europea dal 1970 al 2000

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1970

Ripartizione modale %

Strada Condotta Ferrovia Navigazione

1980 Anni

1990

2000

Figura 3.21: andamento della ripartizione modale della mobilit merci (tonnellate x km) nei paesi dellUnione Europea dal 1970 al 2000

_____________________________________________________________ 30


100% 90% Ripartizione modale % 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% UE Italia Strada privato Strada pubblico Ferrovia Aereo

Figura 3.22: confronto allanno 2000 fra ripartizione modale della mobilit passeggeri (passeggeri x km) nei paesi dellUnione Europea ed in Italia

100% 90% 80% R ipartizione modale % 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% UE It alia St rada Condot t a Ferrovia Navigazione

Figura 3.23: confronto allanno 2000 fra ripartizione modale della mobilit merci (tonnellate x km) nei paesi dellUnione Europea ed in Italia

_____________________________________________________________ 31


4.

SOSTENTAZIONE E LOCOMOZIONE

4.1

Modalit di sostentazione e locomozione

Un atto di trasporto richiede che venga realizzata la sostentazione e la locomozione del mezzo utilizzato. La sostentazione pu essere assicurata: a) senza fornire energia, da: la reazione del terreno (veicoli terrestri ed aeromobili nei movimenti su pista), la spinta idrostatica (natanti), la spinta aerostatica (aerostati),

b) fornendo energia, da: la spinta idrodinamica (aliscafi), la spinta aerodinamica (aeromobili ad ala fissa o rotante), la spinta per reazione dell'acqua e del terreno (hovercraft) ottenuta per mezzo di getti freddi opportunamente incanalati, la spinta a reazione dellaria o dei gas combusti ottenuta per mezzo di getti caldi cui partecipa il fluido ambiente (esoreattori aeronautici) o meno (endoreattori utilizzati dai razzi).

La locomozione viene realizzata sempre mediante l'energia fornita da un motore ad un propulsore. Un propulsore pu essere definito come il sistema meccanico capace di trasmettere al veicolo sul quale installato la forza che ne provoca il moto. I vari sistemi di propulsione possono riassumersi come segue: a) traino con fune (funicolari, funivie, seggiovie, ecc.);

_____________________________________________________________ 32


b) c) d) e) f) g)

cremagliera (treni a cremagliera); ruota motrice (autoveicoli, locomotori); ruota trainata (veicoli stradali e ferroviari rimorchiati, funicolari); elica (natanti, aeromobili); esoreattore (aeromobili e missili); endoreattore (razzi);

I sistemi a fune, a ruota, a cremagliera sfruttano l'aderenza (naturale o artificiale) sviluppata nel contatto fra due corpi non in scorrimento tra loro; gli altri (sistemi a reazione) sfruttano, invece, la variazione della quantit di moto del fluido ambiente (reazione indiretta: motore + propulsore elica), della massa dello stesso sistema propulsore (reazione pura: razzo) o di entrambi (reazione diretta: reattore con unico complesso motore-propulsore). I sistemi a ruota, trainata o motrice, sono sempre basati su due coppie cinematiche: ruota di frizione e perno-cuscinetto.

4.2

Equazione generale del moto

La locomozione di un mezzo di trasporto richiede che un motore fornisca energia per la traslazione; la forza di trazione T che risulta applicata al mezzo deve essere in grado di vincere le resistenze al moto e di produrre accelerazione secondo l'equazione generale del moto:T (v ) = Rtot (v ) + m(1 + ) dv dt

dove: T(v) la forza (o sforzo) di trazione, altrimenti definita come risultante delle forze attive;

un coefficiente di maggiorazione della massa per tenere conto dellanecessit di accelerare anche le masse, rotanti e traslanti, che si muovono lungo traiettorie diverse da quella del veicolo;

_____________________________________________________________ 33


Rtot la somma delle resistenze al moto (forze passive).

4.3

Forza di trazione

La funzione T(v) chiamata caratteristica meccanica di trazione del mezzo e dipende dalla caratteristica meccanica del motore C(n), dove C la coppia fornita dal motore allalbero e n il numero di giri dell'albero stesso. La caratteristica meccanica ideale dovrebbe avere l'andamento di un'iperbole equilatera; in tale situazione, infatti, una riduzione della velocit dovuta ad un aumento delle resistenze al moto determinerebbe un aumento della forza di trazione e quindi il raggiungimento di un nuovo equilibrio mantenendo costante la potenza di trazione (prodotto della forza di trazione per la velocit). Una caratteristica meccanica a forza costante od addirittura decrescente al diminuire della velocit sarebbe instabile: una diminuzione della velocit per l'aumento delle resistenze al moto porterebbe all'arresto del veicolo. Inoltre, tanto la T quanto la v sono soggette ad alcuni limiti imposti: per T dalla trasmissibilit dello sforzo di trazione da parte dell'organo propulsore (aderenza per le ruote, avanzamento per l'elica), prima ancora che dalla stabilit e dalla resistenza meccanica del veicolo; per v dalle condizioni limite per il funzionamento del sistema motorepropulsore e per la sicurezza di marcia.

In sostanza una caratteristica di trazione ideale dovrebbe avere l'andamento mostrato in figura 4.1. Per T = costante / v, la potenza netta al propulsore W risulta invariabile con la velocit: W(v) = T(v) v = costante = W Supponendo che il rendimento (potenza utilizzata / potenza prodotta) non dipenda da v, allora anche la potenza N prodotta dal motore, pari a:

_____________________________________________________________ 34


T T max

V V max

Figura 4.1: caratteristica di trazione ideale

N (v ) = un'invariante rispetto alla velocit.

W (v ) W = (v )

In realt il motore a potenza costante non esiste; si pu, per, ricorrere ad accorgimenti tali che, entro un campo di velocit sufficientemente ampio, risulti costante, con approssimazione pi o meno rigorosa, la potenza all'organo propulsore. La potenza netta al propulsore necessaria a produrre un moto uniforme alla velocit v (solo equilibrio con le resistenze al moto) : W(v) = R(v) v

4.4

Resistenze al moto

Nel compiere uno spostamento un qualsiasi veicolo (terrestre, acquatico o aereo) deve vincere delle resistenze, ossia delle forze che si oppongono al suo moto. Esse dipendono sia dalla natura del mezzo ambiente e dalle modalit di sostentazione e locomozione, sia dalle caratteristiche cinematiche del moto (traiettoria, velocit ed accelerazione), sia, infine, dalla massa del veicolo.

_____________________________________________________________ 35


Riferendosi all'unit di massa (1 t) si parla di resistenze specifiche (r = R/P), espresse di norma in kg/t o in N/kN. Rispetto alle caratteristiche cinematiche, possibile distinguere tra: resistenze ordinarie (in moto piano, rettilineo ed uniforme) e pertanto dovute al rotolamento delle ruote sul terreno (prevalente per i veicoli stradali dove maggiore la deformazione al contatto) e degli assi rispetto al telaio del veicolo o dei carrelli (prevalente per i veicoli ferroviari); allattrito con il mezzo ambiente (aria o acqua)

resistenze addizionali (di inerzia per moto vario, di rampa, in curva). Le resistenze addizionali per tutti i veicoli terrestri sono dovute:

alla salita (componente della forza peso lungo lasse della traiettoria con verso opposto a quello della velocit); allinerzia (in conseguenza di ogni variazione positiva della velocit); alla percorrenza delle curve (inversamente proporzionale al raggio e direttamente proporzionale allo scartamento). Veicoli ferroviari

Per le ferrovie sono state proposte numerose formule sperimentali che forniscono il valore delle somma delle resistenze specifiche in moto piano, rettilineo ed uniforme, come somma di un termine pressoch invariabile con la velocit (resistenza al rotolamento) e di una componente variabile con essa (resistenze aerodinamica). Le formule tipiche sono di tipo binomiale: rord = a + b v2 o trinomiale: rord = c + d v + e v2 Le tabelle 4.1 e 4.2 riportano le costanti pi usate in queste formule.

_____________________________________________________________ 36


Tabella 4.1: coefficienti per il calcolo delle resistenze ordinarie specifiche mediante formule binomieTipi di veicoli a b 2,4 0,00100 Locomotiva + convoglio a basse velocit (Clark) 2,4 0,00077 Locomotiva + convoglio a medie velocit (Erfurt) 1,6 0,00030 (1 + 50 / V) Locomotiva + convoglio ad alte velocit (Von Borries) 2,5 0,00030 Locomotori elettrici veloci (Svizzera) 3,0 0,00050 Locomotori elettrici merci (Svizzera) 3,5 0,00600 S / P (1 + 12 / V)2 Locomotori diesel-elettrici (Strahl) 2,5 0,00040 Carri merci celeri (Strahl) 2,5 0,00050 Carri merci misti (Strahl) 2,5 0,00100 Carri merci vuoti (Strahl) 2,5 0,00040 Vetture viaggiatori a 2 assi (Frank) 2,5 0,00014 Vetture viaggiatori a 2 carrelli (Frank) 1,5 0,00500 S K / P Elettrotreni articolati (Breuer) V = velocit in km/h P = peso totale in t S = sezione maestra in m2 K = 0,045 per due elementi; 0,650 per tre elementi; 0,710 per quattro elementi

Tabella 4.2: coefficienti per il calcolo delle resistenze ordinarie specifiche mediante formule trinomieTipi di veicoli c Locomotori elettrici 24,00 / P 3,20 Metropolitane (Borisowsky) 1,83 Convoglio di auto/elettromotrici (Dover) 1,60 Veicoli rimorchiati a 2 assi (Sanzin) 1,60 Veicoli rimorchiati a 4 assi (Sanzin) P = peso totale in t S = sezione maestra in m2 d 0,01000 0,03400 0,01520 0,01840 0,00456 e 0,003500 S / P 0,000470 0,005349 S / P 0,000460 0,000456

Veicoli stradali Per gli autoveicoli non si dispone di dati sperimentali copiosi come per le ferrovie, tuttavia le espressioni sono simili a quelle ferroviarie (termine costante + termine variabile con v2). Per autoveicoli industriali e velocit < 80 km/h, Stagni riporta l'espressione:

rord = 16 + 0,0048 C Ddove:

S 2 V [Kg/t] P

_____________________________________________________________ 37


CD il coefficiente di forma per la resistenza aerodinamica determinabile attraverso idonee sperimentazioni in galleria del vento (0,650,80 per gli autocarri); S la sezione maestra in m2 (68 per gli autocarri); V la velocit in km/h; P il peso in t.

Analoga espressione pu essere utilizzata anche per autobus urbani (con P = 15 t e S = 5 m2):

rord = 16 + 0,0016V 2

[Kg/t]

Per autocarri pesanti la seconda costante pu essere posta pari a 0,0020. Natanti In mare aperto (nei bassi fondali o nei canali presente una resistenza aggiuntiva causata dalla vicinanza del fondale o delle pareti del canale) e calmo (in presenza di moto ondoso questo si combina con gli altri fattori di resistenza) si pu assumere la seguente espressione della resistenza totale al moto: Rt = Ra + Rv + Ro + Rvis + Raer che comprende le componenti nel seguito descritte. Ra = 0,293 f S V1,825 la resistenza dattrito (figura 4.2) dovuta al trascinamento di lamine di acqua da parte della carena fino ad un distanza limite proporzionale alla densit del fluido, che rappresenta di norma pi del 50% della resistenza complessiva, con: f = coefficiente di scabrezza (0,15 per carene metalliche dipinte e pulite). S = superficie della carena [m2], V = velocit della nave [nodi],

_____________________________________________________________ 38


= densit dell'acqua,

velocit relativa tra mezzo e carena

Figura 4.2: resistenza d'attrito

0,527DV 4 RO = L2 la resistenza d'onda (espressione di Taylor) causata dalla formazione delle onde a prua ed a poppa (figura 4.3), laddove la pressione dellacqua cresce e la sua velocit si riduce, che risulta pertanto decrescente con la lunghezza complessiva del natante e che pu ridursi con l'introduzione del bulbo di Taylor, sotto la linea di galleggiamento, con:

Figura 4.3: resistenza d'onda

= coefficiente di finezza (o di snellezza) totale, rapporto fra ildislocamento ed il volume del parallelepipedo equivalente nel quale risulta iscritto il volume immerso,

D = dislocamento [t], V = velocit della nave [nodi],

_____________________________________________________________ 39


L = lunghezza della carena [m].

Rv la resistenza dei vortici che si formano per depressione nella zona di poppa (0,06 Ra). Rvis la resistenza di viscosit dovuta allulteriore trascinamento delle lamine liquide viscose da parte delle carena ( 0,03 Ro). Raer la resistenza aerodinamica dell'opera morta, calcolabile con lespressione: 0,003S (V v cos)2 con: S = area della sezione trasversale dell'opera morta proiettata sul piano normale alla direzione del moto [m2]; V = velocit della nave [nodi]; v = velocit del vento [nodi];

= angolo tra la direzione del vento e l'asse longitudinale dellanave.

In assenza di vento si ha Raer 0,02 Rt. Valori pi approssimati delle resistenze vengono determinati ricorrendo a prove sperimentali in vasca. E' possibile, tuttavia, dedurre dalle formule precedenti un'espressione generale approssimata:

V4 Rt = 1,021,06 0,293 fSV 1,825 + 1,03 0,527D 2 L Aeromobili La resistenza al moto di un velivolo varia al variare: della viscosit e dalla densit dell'aria; della forma e dell'assetto dellaeromobile; del carico Q ovvero del carico alare q = Q / S; della velocit del vento relativo V.

_____________________________________________________________ 40


Le espressioni generali per la portanza e la resistenza sono rispettivamente: P = Cp() S V2 R = Cr() S V2 dove S la superficie alare, (figura 4.4) langolo di incidenza tra la corda dellala e la traiettoria ed i coefficienti Cp e Cr assumono la forma: Cp = Cp' (sino al valore s critico corrispondente alle condizioni di stallo) Cr = Cr0 + i Cp2 che corrisponde allandamento della curva polare, che caratterizza in modo univoco il profilo alare (figura 4.5) e nella quale Cr0 coincide con la resistenza offerta dalla parte dellaereo che non genera portanza (la fusoliera) ed i dipende dalla geometria delle ali.

Figura 4.4: equilibrio delle forze agenti sullala ed angolo di incidenza Inoltre la tangente dell'angolo , pari a:

tg =

R cr = P cp

fornisce il fattore globale d'attrito, mentre la cotangente, pari a:

E = ctg =

P cp = R cr

fornisce il valore E dell'efficienza aerodinamica. _____________________________________________________________ 41


Figura 4.5: curva polare caratteristica del profilo alare Sempre con riferimento alla figura 4.5, il segmento OF, tenendo conto delle scale adottate ed a meno del fattore SV2, rappresenta la forza aerodinamica corrispondente al dato . Data la forma usuale della polare, per due diversi valori ' ed ", cio per due diversi assetti delle ali (e quindi dell'aeromobile) rispetto alla traiettoria (direzione del vento relativo), si ha una forza aerodinamica ugualmente orientata (stesso valore di e quindi di E). In moto orizzontale e rettilineo o per piccoli valori dell'angolo di rampa fra la traiettoria e lorizzontale si ha: Q = P cos P Pertanto la resistenza specifica assume il valore: r= R R Cr Cr 0 = = + iC p Q P Cp Cp

Annullando la derivata prima di r, calcolando i valori corrispondenti di Cp e Cr e sostituendoli nellespressione generale si ottiene il valore di resistenza minima:

rMIN = 2 iC r 0

_____________________________________________________________ 42


5.

DIAGRAMMA ELEMENTARE DEL MOTO E PRESTAZIONI DEL VEICOLO ISOLATO

5.1

Condizioni di moto

Un ciclo standard di trasporto si compone essenzialmente di due fasi: sosta (o quiete) e movimento (o moto). La sosta chiaramente caratterizzata da velocit nulla e dallassenza di forze attive e resistenze. Il movimento , invece, caratterizzato da velocit diversa da zero, resistenze sempre presenti e forze attive presenti o assenti nelle diverse fasi, esso si verifica fra due distinti momenti di sosta (velocit nulla), pertanto devono esistere almeno due periodi a velocit variabile: uno di accelerazione ed uno di decelerazione. I periodi di accelerazione e decelerazione possono essere intervallati da uno o pi periodi a velocit costante (di regime). Le fasi a velocit variabile, in forza dellequazione generale del moto, possono avvenire solo in condizioni di risultante non nulla delle forze applicate (attive + resistenti). Infatti se la risultante di tali forze nulla, si ha dv/dt = 0 e T = R.

5.2

Soluzioni dellequazione generale del moto Nota la T(v) e la R(v) l'equazione del moto pu essere utilmente

riscritta:

T (v) R (v) dv = m(1 + ) dtPer integrare ed ottenere l'andamento del moto nel tempo (diagramma del moto), occorre separare le variabili:

_____________________________________________________________ 43


dt =

m(1 + )dv T (v ) R (v )

L'integrazione analiticamente difficile per la presenza delle funzioni di v al denominatore; si integra quindi di norma per differenze finite oppure, per calcoli approssimati, graficamente. Sovrapponendo alla caratteristica meccanica T la curva delle resistenze al moto R (figura 5.1) facile ricavare, per differenza delle ordinate, l'andamento degli sforzi acceleratori T - R.

Figura 5.1: caratteristica meccanica e resistenze al moto Metodo V E il metodo pi semplice e quindi pi usato. Si assume come indipendente la variabile velocit e si presuppone la conoscenza delle funzioni T(V) e R(V) sotto forma di grafico continuo o di tabella discontinua, dalla quale comunque sempre possibile ricavare dei valori intermedi tramite metodi di interpolazione lineare. Partendo dal grafico della caratteristica di trazione e tenendo conto che, in un tratto in cui non intervengono variazioni planoaltimetriche, la caratteristica resistente abbastanza piatta, occorre scegliere lintervallo V in modo che la differenza T(V) R(V) non vari troppo e quindi, per esempio, che non ci siano discontinuit (cuspidi) nel grafico T(V), riducendo lampiezza dellintervallo stesso quando la variabilit di questa differenza sia elevata (per esempio sul tratto riguardante la caratteristica di trazione naturale del motore). _____________________________________________________________ 44


Sono pertanto note le caratteristiche iniziali: Vi = velocit iniziale dellintervallo;

Vf = velocit finale dellintervallo = Vi + V; Vm = velocit media nellintervallo = Vi + V/2; allora ricavato il valore medio dellaccelerazione

Pu essere nellintervallo:

T (Vm ) R(Vm ) V = am = t m(1 + )da cui si ricava, con V espresso in km/h:

t =

V [s] 3,6a m

che rappresenta lintervallo temporale necessario perch la velocit vari di V. Lintervallo di spazio s necessario perch la velocit vari di V allora espresso tramite la:

s =

Vm t [m] 3,6

Per ciascun intervallo, sia esso di velocit, di tempo o di spazio, i valori finali trovati sommando lampiezza dellintervallo imposta o calcolata, diventano valori iniziali per lintervallo successivo. La somma di tutti gli intervalli di tempo cos calcolati a partire da un istante iniziale ed analogamente la somma di tutti gli intervalli spaziali a partire da una posizione iniziale consentono di trovare listante finale di tempo e la posizione finale nello spazio in corrispondenza della quale viene raggiunta la velocit finale data dalla somma di tutti gli intervalli di velocit considerati:

t f = t i + ts f = s i + s

_____________________________________________________________ 45


Naturalmente il controllo della posizione effettiva del veicolo rispetto a variazioni planoaltimetriche delle resistenze (cambio di livelletta, insorgenza di una curva o di una galleria) va fatto man mano che si avanza con il calcolo dello spazio finale sf. Se ci si accorge di aver superato il limite di cambiamento, occorre riprendere lultimo passaggio effettuato riducendo per tentativi il valore fissato per il V fino ad avere una buona coincidenza della posizione finale del veicolo con la posizione del limite di cambiamento. Analogo discorso va fatto per quelli che sono i cambiamenti di caratteristica imposti dallesercizio, per esempio i rallentamenti o la necessit di passare dalla fase di trazione a quella di frenatura perch da prevedersi una sosta. Metodo s Per ovviare agli inconvenienti riscontrati con il metodo V, soprattutto quando si ha a che fare con linee molto articolate dal punto di vista planoaltimetrico, pu tornare utile il metodo di fissare un intervallo di spazio s in cui sicuramente non ci sono variazioni planoaltimetriche o altre discontinuit. Si ha allora immediatamente:

s f = s i + sPer le altre grandezze, che sono funzione della velocit, non si ha altro modo di calcolarle che facendo riferimento ai valori iniziali di velocit:

ai =

T (Vi ) R(Vi ) m(1 + )3,6s Vi

t (1) =

ottenendo cos un valore di prima approssimazione per il t, da cui calcolare un primo valore per il V:

V (1) =

t (1) ai

_____________________________________________________________ 46


A questo punto si pu calcolare un valore medio per la velocit:

V m ( 2) = Vi +e quindi nuovi valori per:

V (1) 2

a m (2) =

T [Vm (2)] R[(Vm (2)] m(1 + )3,6s V m ( 2)

t ( 2) =

V ( 2) =

t ( 2 ) a m ( 2)

e riprendere calcolando un valore Vm(3) e cos via, instaurando un procedimento iterativo, che ha termine quando le differenze fra due fasi consecutive non sono significative ai fini dellapprossimazione che ci si prefigge di ottenere. Nellavviamento a partire dalla velocit nulla si ha Vi = 0, per cui lespressione per il calcolo del t non pu essere utilizzata. In tal caso occorre far ricorso o al metodo V o a quello t per poter iniziare. Metodo t Anche con questo metodo si innesca un procedimento iterativo. Infatti fissando un intervallo t si pu fare riferimento ai valori iniziali per le grandezze cinematiche e procedere in analogia al metodo precedente:

t f = t i + tsi = V i t 3,6

V (1) = 3,6a i t

V m (1) = Vi +

V (1) 2

_____________________________________________________________ 47


e quindi calcolare nuovamente il s ed il t:

s 2 =

V m (1)t 3,6

V (2) = 3,6aV m (1) t

V m ( 2) = V i +

V ( 2) 2

interrompendo al solito il procedimento iterativo quando le differenze non risultano pi significative. Si ricorda quanto gi detto sull'errore che si commette sostituendo un'accelerazione variabile con un valore medio; per ridurre l'errore quindi necessario limitare l'ampiezza degli intervalli finiti ed eventualmente modularne lampiezza in funzione della variabilit di T(v) e R(v). E inoltre necessario contenere la variazione dell'accelerazione di avviamento da/dt (contraccolpo o coefficiente d'urto) ai fini del comfort dei passeggeri; infatti essendo l'accelerazione proporzionale allo sforzo di trazione, l'applicazione di T a velocit zero nel valore massimo consentito dall'aderenza d un contraccolpo elevatissimo, che non pu essere accettato (di norma si suole contenerlo entro 0,9 m/s3). Nel valutare le fasi del moto occorre quindi tenere conto di una sensibile riduzione dello sforzo di trazione a velocit nulla.

5.3

Rappresentazione del moto del veicolo isolato

Nelle figure 5.2 e 5.3 si mostrano due andamenti teorici dei diagrammi del moto rispettivamente corrispondenti alle condizioni di:

accelerazione costante, di norma ottenibile in fase di avviamento e nelle prime fasi di accelerazione, quando T(v) e R(v) possono essere considerate poco variabili; accelerazione linearmente decrescente, di norma ottenibile nelle successive fasi di accelerazione, quando il valore della differenza T(v) - R(v) tende a ridursi significativamente.

_____________________________________________________________ 48


a, v, s s(t)

v(t)

t a(t)

Figura 5.2: diagramma del moto con accelerazione costante

a, v, s s(t)

v(t)

a(t)

t

Figura 5.3: diagramma del moto con accelerazione linearmente decrescente Per l'esame delle fasi del moto col metodo gi indicato delle differenze finite opportuno ordinare i dati in tabelle, delle quali si riporta un esempio di facile lettura riferito allapproccio che parte dallaver stabilito gli intervalli di velocit, per i quali sviluppare il calcolo, cosiddetto metodo V (tabella 5.1). La marcia a velocit variabile, quale si verifica in avviamento ed in frenatura, d luogo ad un perditempo rispetto al tempo che sarebbe necessario per percorrere la medesima tratta alla velocit di regime vr, rispetto cio ad una situazione ipotetica in cui accelerazione e decelerazione fossero infinite e consentissero, quindi, il passaggio istantaneo dalla velocit zero a quella di regime e viceversa.

_____________________________________________________________ 49


Tabella 5.1: fasi del moto analizzate con il metodo VVm V1 Tm V2 Rm (T-R)m t=Y (*) t=t s=Vmt/3,6 s=s V [km/h] [km/h] [km/h] [km/h] [kg] [kg] [kg] (s) [s] (m) (m) 4 1 2 5 6 7 3 8 9 10 11 0 10 10 5 16000 2000 14000 10,7 10,7 14,8 14,8 10 20 10 15 18000 2000 16000 9,7 20,4 40,5 65,3 20 30 10 25 17500 2200 15300 9,8 30,2 68,0 133,3 30 40 10 35 15000 2400 12600 12,0 42,2 116,5 249,8 (*) Y = 1000 P v (1 + ) / [3,6 g (T - R)m]

L'astrazione utile nella compilazione degli orari perch permette di aggiungere o no il perditempo a seconda che sia o meno prevista la singola fermata. Essendo quindi il tempo impiegato a regime tr = s / vr, il tempo effettivo impiegato a percorrere la medesima tratta partendo ed arrivando a velocit zero sar per definizione: te = tr + ta + tf dove ta e tf sono i perditempo di avviamento e di frenatura; detti perditempo sono evidentemente uguali alla differenza tra il tempo effettivamente impiegato nelle fasi di avviamento e di frenatura e quello che sarebbe stato necessario per percorrere le medesime tratte a velocit di regime vr.

_____________________________________________________________ 50


6.

TEORIA DEL DEFLUSSO NEGLI IMPIANTI LINEARI E PUNTUALI

6.1

Concetti di base

Ogni qualvolta si ponga in essere la realizzazione di un'infrastruttura di trasporto, affinch la scelta possa ricadere sulla soluzione che assicuri la massima funzionalit del servizio, compatibilmente con le risorse economiche disponibili e con l'impatto sull'ambiente, si rende necessaria un'analisi delle diverse alternative possibili. Elemento essenziale di tale analisi la conoscenza dei fattori che influenzano, per ogni tipologia di sistema, la realizzazione degli atti di trasporto nel tempo, ossia delle leggi di deflusso dei diversi sistemi. Tali leggi costituiscono l'oggetto principale di questo capitolo. E preventivamente necessario fornire alcune ulteriori definizioni di grandezze che verranno richiamate nel corso della trattazione:

velocit commerciale: la velocit fittizia delle unit veicolari fra un punto A ed uno B di un sistema, tenuto conto dei perditempo di diversa natura e dei tempi di sosta; , quindi, data dal rapporto fra lo spazio percorso ed il tempo complessivamente impiegato; velocit media, lungo una certa traiettoria: il rapporto tra la lunghezza totale della traiettoria ed il tempo impiegato a percorrerla, esclusi i perditempo; volume di flusso: il numero di unit veicolari che transitano attraverso una sezione nell'unit di tempo; distanziamento spaziale Dsp: la distanza da testa a testa fra un veicolo ed un altro lungo la medesima traiettoria; distanziamento temporale Dt: il tempo che intercorre tra il passaggio dell'estremit anteriore di un veicolo e di quella del

_____________________________________________________________ 51


successivo attraverso la medesima sezione della loro comune traiettoria;

intervallo spaziale Isp: dato dalla distanza fra l'estremit posteriore del veicolo che precede e l'estremit anteriore di quello che segue; si differenzia dal distanziamento spaziale per una quantit pari alla lunghezza del convoglio; intervallo temporale It: il tempo che intercorre tra il passaggio dell'estremit posteriore di un veicolo e di quella anteriore del successivo attraverso la medesima sezione della loro comune traiettoria.

Lo studio del deflusso viene condotto attraverso la classificazione che individua ogni sistema a seconda della tipologia di impianto che esso richiede (lineare: strade, ferrovie, funivie, ecc.; puntuale: porti, aeroporti, ecc.) e distinguendo fra sistemi a guida vincolata, in cui la traiettoria prefissata, ed a guida libera, in cui sussistono pi numerosi gradi di libert nella marcia del veicolo e fra sistemi a densit controllata, in cui tempi di marcia e distanziamento veicolare sono fissati a priori, ed a densit libera, in cui questi parametri sono variabili. Ai fini dello studio del deflusso inoltre utile distinguere i sistemi continui, in cui il distanziamento spaziale Dsp e temporale Dt tra due unit veicolari costante nel tempo, e quelli discontinui, in cui il distanziamento variabile nel tempo. I primi sono sempre a guida vincolata; i secondi possono essere anche a guida libera.

6.2

Deflusso nei sistemi a densit controllata

Il caso tipico quello del sistema di tipo ferroviario: in esso, trascurando le operazioni di carico, scarico, trasbordo, le attese agli incroci, ecc. e con una schematizzazione molto sommaria ed elementare, l'espressione della legge fondamentale del deflusso = (v) e la ricerca del max e della velocit ad esso corrispondente pu porsi come segue. Indicati con: _____________________________________________________________ 52


il numero di convogli transitanti attraverso una sezione dell'impianto nell'unit di tempo (flusso), v la velocit dei convogli (uguale per tutti), d = d(v) = distanza da testa a testa, = (v) = 1 / d il numero di convogli presenti contemporaneamente lungo un tratto di lunghezza unitaria,

sar:

(v ) =

v = v (v ) d (v )

Nel caso in cui d(v) sia costante (sistema continuo, come ad esempio una teleferica), sar:

(v ) =

v d

Nel caso ferroviario, invece, posta pari a L la lunghezza del convoglio, detto s(v) lo spazio di frenatura e l'intervallo di tempo tra l'inizio della frenatura del convoglio che precede e l'inizio della frenatura di quello che segue, si avr d(v) = s(v) + v + L (figura 6.1) e quindi:

(v ) =

v s (v ) + v + L

s (v)

v

d

L

TRENO 2

TRENO 1

Figura 6.1: di stanziamento minimo teorico fra veicoli ferroviari Ed ancora, nell'ipotesi di una decelerazione costante per cui:

dv dv ds dv = = v = a = cost. dt ds dt ds_____________________________________________________________ 53


ds =

v dv a

v2 s(v ) = 2aavremo:

(v ) =

v v2 K + v + L 2a

dove K0 un coefficiente dipendente dal sistema di distanziamento. Inoltre, ove il sistema consenta al limite che la frenatura del treno 2 inizi contemporaneamente alla frenatura del treno 1 antistante, sarebbe v = 0. Se oltretutto i sistemi frenanti dei due convogli agissero con uguale efficienza K potrebbe essere 1 ed al limite uguale a zero. Nella realt per una linea ferroviaria suddivisa in sezioni di blocco di lunghezza pari o maggiore allo spazio di frenatura, con il vincolo che un convoglio non possa entrare in una sezione se la sezione successiva non libera (figura 6.2) e con segnalamento a tre aspetti, la marcia imperturbata si avrebbe solo imponendo che fra due treni si vengano a trovare almeno due sezioni libere (K 2).

Figura 6.2: distanziamento fra veicoli ferroviari basato su sezioni di blocco e segnalamento a tre aspetti (R = via impedita, G = avviso di via impedita, V = via libera)

_____________________________________________________________ 54


Con 1 K 2 sarebbe infatti comunque garantita la sicurezza, ma il treno 2 dovrebbe rallentare in vista del segnale di avviso di via impedita (giallo in figura 6.2). Dalla relazione ottenuta per il flusso si ricava anche che:

(v) 0 per v 0 e per v Dalla relazione d(v) / dv = 0 si ricava, inoltre, il valore di v per cui risulta (v) = max. Si ottengono cos per la (v) al variare di K gli andamenti riportati in figura 6.3, in cui K > K > K

Figura 6.3: curve di deflusso per il sistema ferroviario In L e C abbiamo lo stesso flusso con diverse velocit; poich = v, in C avremo una maggiore densit ed una situazione di congestione. Allorch si verifica questa situazione si ha una situazione di inefficienza, in quanto il relativo prodotto (flusso) si potrebbe ottenere con maggiore velocit e quindi con un minore impegno di risorse proporzionali al tempo (personale, veicoli, ecc.). Per l'analisi di questo tipo di sistema occorrerebbe poi tenere conto della capacit delle stazioni, delle fermate e della eventuale diversa velocit dei vari convogli; tutti fattori che tendono a ridurre la potenzialit del sistema.

_____________________________________________________________ 55


6.3

Deflusso nei sistemi a densit libera

Nel caso del traffico stradale soltanto nel modello del veicolo accodato (car-following), e cio ipotizzando il divieto o l'impossibilit del sorpasso, si ha qualcosa di simile al modello precedentemente considerato, ma con la notevole complicazione derivante dalla diversit di comportamento dei conducenti. In generale, anche facendo ricorso, per la loro calibrazione, ad estese rilevazioni sperimentali, risulta estremamente difficoltoso individuare dei modelli che consentano di ricavare diagrammi fondamentali di deflusso che si adattino in modo accettabile al fenomeno reale. Intervengono, infatti, numerosi fattori:

caratteristiche plano-altimetriche della strada (sezione trasversale, pendenza, tortuosit, punti singolari); tipologie di veicoli e relativa composizione della corrente veicolare; caratteristiche e comportamenti della popolazione dei conducenti; condizioni ambientali (zona urbana od extraurbana, clima, visibilit, ecc.);

e quindi sono innumerevoli le situazioni reali che possono verificarsi. Il fenomeno consente pertanto solo un approccio di tipo probabilistico. Si procede generalmente schematizzando delle condizioni ideali (tipo di strada: autostrada, strada extraurbana, strada urbana; larghezza delle corsie; larghezza delle banchine laterali; andamento plano-altimetrico in piano e rettifilo; flusso ininterrotto; assenza di veicoli industriali; ecc.) e valutando in base a numerose rilevazioni statistiche le relative portate ideali ed i fattori riduttivi da applicare allorch ci si discosta dalle condizioni ideali. Per le pratiche applicazioni si fa spesso riferimento al Manuale di Capacit delle Strade (Highway Capacity Manual = HCM), che riporta risultati basati su dati rilevati negli Stati Uniti, la cui estensione ad un universo statistico diverso va fatta con particolare prudenza.

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In ogni caso il diagramma fondamentale del deflusso presenta un andamento del tipo di quello riportato in figura 6.4, in cui il limite massimo di velocit a flusso nullo (veicolo isolato) dipende prevalentemente dalle caratteristiche plano-altimetriche della strada ed il flusso massimo (capacit) dipende in prevalenza dalla larghezza della sua sezione trasversale (numero di corsie).

V

congestione max

Figura 6.4: curva di deflusso tipo per il sistema stradale LHCM classifica il livello di servizio di uninfrastruttura stradale con le prime sei lettere dellalfabeto: A definisce il livello di servizio migliore con densit spaziali basse, F il livello di servizio peggiore con densit spaziali prossime a quelle limiti. I singoli livelli di servizio sono delimitati da valori minimi e massimi di densit spaziale e sono caratterizzati come segue: A) i veicoli si possono muovere comodamente (deflusso libero) con distanziamenti spaziali elevati ed i conducenti hanno un elevato comfort di guida; B) i veicoli possono essere talora condizionati (deflusso libero/condizionato) nelle manovre ma non ci sono cadute di livello di servizio dellinfrastruttura; C) il flusso nel campo stabile ma i veicoli cominciano a essere condizionati tra loro (deflusso condizionato); piccoli restringimenti di carreggiata o piccoli aumenti di domanda possono talvolta provocare cadute di livelli di servizio;

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D) lultimo livello di deflusso stabile; i veicoli sono fortemente condizionati tra loro (deflusso condizionato/congestionato); piccoli incrementi di domanda o piccole riduzioni di offerta provocano senzaltro cadute del livello di servizio; E) il deflusso funziona su valori prossimi alla capacit (deflusso congestionato) ed evolve rapidamente verso condizioni di instabilit (livello F); F) il deflusso in condizioni forzate o interrotte ed caratterizzato da fenomeni di stop and go. Se si considera, ad esempio, unautostrada con due corsie per senso di marcia i livelli di servizio sono delimitati dai valori di flusso riportati in Figura 6.5 (la capacit in condizioni ideali per questo tipo di infrastruttura pu arrivare a circa 2200 veicoli/ora per corsia).

V

V0

A

B C D E

F

0

0.35

0.50

0.75 0.90 1

[ / MAX ]Figura 6.5: livelli di servizio per unautostrada con due corsie per senso di marcia I livelli di servizio possono essere utilizzati in fase progettuale per definire le caratteristiche di una infrastruttura noto il flusso di utenti che la potr utilizzare (di norma ci si riferisce al livello di servizio B per la progettazione delle

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strade extraurbane ed al livello C per quelle urbane) oppure per verificare la qualit del servizio fornito da una infrastruttura esistente. In tabella 6.1 si riportano a titolo di confronto distanziamenti temporali e potenzialit di trasporto indicativi per alcune tipologie di impianti lineari a guida libera e vincolata. Tabella 6.1: distanziamento e potenzialit per alcune tipologie di impianti linearitipi di impianti Corsia di strada urbana Corsia di autostrada Linea di autobus pubblici urbani Linea di metropolitana

t (s) 4,56,0 1,22,4 60 90

P (veicoli/h) 600800 15002000 60 40

P (passeggeri/h) 720960 18002400 3000 64000

6.4

Deflusso negli impianti puntuali

Anche per gli impianti puntuali (parcheggi, barriere autostradali, banchine portuali, aeroporti, stazioni, ecc.) possibile definire un flusso (inverso del distanziamento temporale tra due unit veicolari che liberano l'impianto dopo aver ricevuto il servizio richiesto) ed una potenzialit o flusso massimo (numero massimo di veicoli o convogli che pu transitare nell'unit di tempo). Naturalmente, sulla base di questa definizione, al distanziamento temporale minimo corrisponde il flusso massimo. In generale, comunque, la potenzialit degli impianti puntuali risulta inferiore a quella degli impianti lineari ad essi connessi e quindi condizionante per tutto il sistema. La metodologia di analisi di questo tipo di impianti dipende da due fattori fondamentali: A) la legge di presentazione delle unit veicolari al sistema; B) i tempi necessari all'effettuazione del servizio richiesto, dipendenti dalla caratteristiche organizzative e di sistema dell'impianto stesso. Nel caso in cui in A) o in B) esistano elementi di aleatoriet, il processo si definisce stocastico e gli stati del sistema e la loro evoluzione nel tempo devono essere studiati in termini probabilistici.

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E' possibile, tuttavia, una stima deterministica della capacit degli impianti puntuali pi semplici adottando alcune ipotesi tali da ridurre il livello di aleatoriet e di complessit del fenomeno. Il fenomeno costituto da unit che si presentano ad uninstallazione per ricevere un servizio e, ricevutolo, liberano linstallazione stessa. Il problema quello di definire gli stati del sistema e della fila dattesa o coda. Si possono a tal fine utilizzare modelli di rappresentazione del fenomeno analitici ovvero numerici di simulazione; entrambi possono essere deterministici oppure aleatori. Lo schema operativo essenziale costituito da una legge temporale di presentazione nel sistema (legge A) ed una legge temporale di servizio (legge B). Per luna e laltra legge si possono in generale avere: 1) 2) 3) tempi uguali (ferrovia metropolitana); tempi diseguali ma determinati (ferrovia ordinaria); tempi diseguali ed aleatori.

Se in una sola delle due leggi A o B si verifica lipotesi 3) il processo si definisce stocastico e gli stati del sistema e la loro evoluzione vanno studiati in termini probabilistici. I processi stocastici si dicono:

discreti se il cambiamento di stato avviene in tempi t1, t2, ..., tnassegnati, non aleatori (intersezioni stradali semaforizzate);

permanenti se il sistema rimane in un certo stato per un certo tempofinito;

discontinui se ogni cambiamento di stato avviene in un qualsiasitempo t non assegnato (impianto terminale);

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stazionari se il fenomeno indipendente dallorigine dei tempi e talirisultano i suoi indi

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Dispense Tecnica Economia Trasporti 0809