Università di Pisa - Polo Sistemi Logistici di Livorno Corso di Laurea in Economia e Legislazione dei Sistemi Logistici. Anno Accademico: 2013/14

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1 Università di Pisa - Polo Sistemi Logistici di Livorno Corso di Laurea in Economia e Legislazione dei Sistemi Logistici Anno Accademico: 2013/14 CORSO DI SISTEMI DI MOVIMENTAZIONE E STOCCAGGIO Docente: Marino Lupi TERMINALI PARTE A M.Lupi, "Sistemi " di di Movimentazione e e di di Stoccaggio" - - A.A. 2013/ / Univ. di di Pisa - - Polo della Logistica di di Livorno 1

2 TERMINALI INTERMODALI STRADA-ROTAIA Il terminale intermodale strada-rotaia è composto fondamentalmente da tre sottosistemi: Sistema ferroviario: si compone di fasci di binario collegati alle linee ferroviarie: fascio di presa e consegna ; binari operativi ( sui quali avviene lo scarico ed il carico delle unità di carico dai carri ferroviari); fascio di appoggio che serve per la sosta dei treni in attesa di scarico-carico o in attesa di partire. Sistema stradale: strade di accesso al terminale; corsie di scorrimento; corsie di scarico e carico; aree di parcheggio. Sistema di trasbordo: è costituito dalle unità di movimentazione; dalle aree dove esse operano; dalle corsie ed aree di stoccaggio. Le unità di movimentazione utilizzate sono soprattutto gru a portale (transtainer) e gru frontali (reach stacker). 2

3 Schema di terminale intermodale strada-rotaia con gru semovente frontale (reach stacker). Fonte: Bomora G. Focacci C.,Funzionalità e progettazione degli impianti ferroviari, CIFI

4 Schema di terminale intermodale strada-rotaia con gru a portale ( transtainer ). Fonte: Bomora G. Focacci C.,Funzionalità e progettazione degli impianti ferroviari, CIFI Corsie di stoccaggio Corsia di circolazione Corsia di carico/scarico Trasbordo treno gomma Fascio di presa e consegna 4

5 Fonte:Dalla Chiara B., Marigo D.,Benzo G., Interporti e terminali intermodali, Hoepli,2002. Tre binari operativi -corsie di scorrimento -corsie di carico/scarico -rotaia del trastainer - vie di stoccaggio Schema di un terminale strada-rotaia: fascio di presa e consegna; due moduli gru (con due gru a portale ciascuno) con tre binari operativi ciascuno, fascio di appoggio per l attesa dei treni arrivati che devono essere scaricati o che caricati sono in attesa di partire. 5

6 Corsie di scarico/carico scorrimento carico/scarico e di scorrimento esterne alle rotaie della gru. stoccaggio Fonte:Dalla Chiara B., Marigo D.,Benzo G., Interporti e terminali intermodali, Hoepli,2002. Sezione trasversale di un terminale con tre binari operativi. Quattro corsie di stoccaggio. 6

7 Schema minimo: 1 binario di carico e scarico, una gru frontale. Corsia di carico/scarico, corsie di circolazione. Possibile per una coppia di treni giorno (coppia di treni: il treno arrivo al mattino, viene scaricato, e riparte, una volta ricaricato, verso la destinazione di provenienza). Domanda movimentata < t/anno (valore orientativo). Fonte: Bomora G. Focacci C.,Funzionalità e progettazione degli impianti ferroviari, CIFI

8 Fonte: Bomora G. Focacci C.,Funzionalità e progettazione degli impianti ferroviari, CIFI Schema minimo: 2 binari operativi, 2 gru frontali. Corsie di carico/scarico, corsie di circolazione. Possibile per due coppie di treni giorno (arrivo al mattino, partenza alla sera). Domanda movimentata < t/anno (valore orientativo). 8

9 Sezione trasversale Verona Quadrante Europa : modulo con tre binari operativi e tre corsie di stoccaggio, fra i binari della gru. Una corsia di stoccaggio, una corsia di carico/scarico, una corsia di circolazione sotto lo sbraccio della gru. Due gru a portale (a sbraccio) per modulo. Planimetria Fonte: Bomora G. Focacci C.,Funzionalità e progettazione degli impianti ferroviari, CIFI

10 Planimetria Fonte: Bomora G. Focacci C.,Funzionalità e progettazione degli impianti ferroviari, CIFI Sezione trasversale Verona Quadrante Europa : modulo con tre binari operativi, tre corsie di stoccaggio, una corsia di carico/scarico, una corsia di circolazione, fra i binari della gru. Due gru a portale per modulo. All esterno dei binari della gru a portale operano delle gru frontali. 10

11 Interporto di Verona Quadrante Europa (in primo piano il Terminale Intermodale) 11

12 Terminale intermodale di Verona Quadrante Europa con il progetto dell ampliamento Compact Terminal (Inaugurato a ottobre 2009). Fascio di appoggio 12

13 Terminale intermodale di Verona Quadrante Europa : stato attuale 13

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15 Fonte (accesso novembre 2013) Dati di Traffico merci ferroviario 2011 Traffico Intermodale Totale 2011 N. UTI N. TEU equivalenti * N. Tonn * Altro Traffico Ferroviario Totale 2011 Tradizionale (Tonn) Auto Nuove (Tonn) Dati di Traffico merci ferroviario 2012 (destinazione estero) Traffico Intermodale Totale 2012 TRENI INTERMODALI (n coppie) 5864 UTI TEU EQUIVALENTI * TONNELLATE ** Altro Traffico Ferroviario Totale 2012 Tradizionale (Tonn) Auto Nuove (Tonn) FONTI: Trenitalia Div. Cargo Nord-Est, Terminali Italia srl, Interterminal, Bertani SpA, Volkswagen Group Italia SpA, Hangartner srl *Coefficiente di trasformazione UTI/TEU: 1,79 (Fonte: Rapporto UIR 2012) **Coefficiente di trasformazione TONN/Treno Intermodale: 585 Coefficiente TONN/CARRO: 4,3 Coefficiente TONN/CARRO: 13,00 ELABORAZIONI: Quadrante Servizi Srl

16 Germania 74,5% Danimarca 6,9% Est Europa 2,69%(Repubblica Ceca, Polonia) Paesi Bassi 6.2% Belgio 4.1% Italia 4.92% Francia 0.69% Fonte: (accesso novembre 2013) Destinazioni ferroviarie di Verona Quadrante Europa 16

17 Fonte:Dalla Chiara B., Marigo D.,Benzo G., Interporti e terminali intermodali, Hoepli,2002. Schema terminale Hupac a Busto Arsizio Gru a portale (di appoggio ) con ruote in gomma, modulo gru, con due gru a portale su rotaia, tre binari operativi, 1 corsia di carico/scarico, 1 corsia di circolazione, 2 corsie di stoccaggio. Fascio di appoggio modulo gru, con due gru a portale su rotaia, due binari operativi, 1 corsia di carico/scarico, 1 corsia di circolazione, 3 corsie di stoccaggio. 17

18 Caratteristiche del terminale Hupac di Busto Arsizio (prima dell ampliamento) 18 Fonte:Dalla Chiara B., Marigo D.,Benzo G., Interporti e terminali intermodali, Hoepli,2002.

19 Il terminal Hupac di Busto Arsizio è stato raddoppiato: è stato costruito un nuovo terminale nelle vicinanze di quello precedente Due moduli gru (A e B). Ciascuno con: due gru a portale su rotaia, tre binari operativi ( m), 1 corsia di carico/scarico, 1 corsia di circolazione, 4 corsie di stoccaggio. 19

20 Fonte: (accesso novembre 2013) Busto Arsizio è il principale centro intermodale della società Svizzera Hupac che ha una estesa rete di servizi ferroviari intetermodali in Europa.

21 Nodo di Gadki, presso Poznan (Polonia) Fonte: (accesso novembre 2013) Hupac, insieme ad altre compagnie ferroviarie, sta sviluppando una rete di trasporto ferroviaria che collega l Europa all Asia.

22 Dimensionamento di un terminale strada-rotaia Parto dalla domanda prevista di traffico in termini di coppie di treni giorno. Gestione cosiddetta statica : mi serve un binario operativo per ciascun coppia treni/giorno. Gestione cosiddetta dinamica con coefficiente d: servo d coppie di treni/giorno per ciascun binario operativo. Generalmente d vale 2 o 3. 22

23 Esempio 1: con due moduli gru (con due gru a portale su rotaia per modulo), con tre binari operativi per modulo, con un coefficiente dinamico pari a 2 posso servire una domanda fino a: 6 x 2 = 12 coppie di treni al giorno n. binari Coefficiente dinamico operativi Esempio 2: con 1 modulo gru (con due gru a portale su rotaia per modulo), con tre binari binari operativi, più 1 modulo con due binari operativi (sempre con due gru a portale su rotaia per modulo), con un coefficiente dinamico pari a 2 posso servire una domanda fino a: 5 x 2 = 10 coppie di treni al giorno n. binari operativi Coefficiente dinamico 23

24 Esempio 3: come esempio 1, ma con coefficiente dinamico pari a 3. 6 x 3 = 18 coppie di treni al giorno n. binari operativi Coefficiente dinamico 24

25 Dati: n. binari operativi Verifica della capacità di movimentazione 6x3 coppie di treni blocco Coefficiente dinamico Ciascun treno blocco 25 carri (ciascun carro circa 20 m, lunghezza treno blocco: 500 m) Unità di carico (casse mobili, container, semirimorchi) = n.carri x1,4 Generalmente su un carro ho un container da 40 ( o cassa mobile lunga ), oppure due container da 20 (o due casse mobili corte ). Il coefficiente 1,4 è stato suggerito come media delle percentuali per cui ho le due situazioni. E un valore indicativo, in generale questo coefficiente lo devo considerare un input del problema. La capacità dei moderni carri pianali (per esempio carro Rgs delle FS) è comunque di 3 container da 20, oppure di un container da 40 più uno da

26 Fonte: 3 container da 20 un container da 40 più uno da 20.

27 Ammettiamo di avere un 30% trasbordo diretto da treno a treno; 40% trasbordo treno-corsia di stoccaggio-veicolo stradale (o viceversa) ; 30 % trasbordo diretto carro ferroviario- veicolo stradale (o viceversa). Di conseguenza avrò: 0,5x 0,3 + 2x 0,4 + 1 x 0,3 = 1,25 movimentazioni per ogni unità di carico Per manipolare un treno (in arrivo o in partenza) eseguo 1,25x1,4x movimentazioni. Quindi in totale per le 18 coppie di treni blocco ho: 2 x 18 x 44 = 1584 movimentazioni unità di carico /giorno Quella che abbiamo visto è la domanda di movimentazione, vediamo di proporzionare una adeguata offerta di movimentazione. 27

28 Consideriamo 4 transtainer su rotaia, operanti su 3 turni di 6 ore. I vecchi transtainer hanno una capacità di un tiro ogni 5 minuti circa, quelli nuovi arrivano, generalmente, ad un tiro ogni 3. Ammettendo un capacità media per ciascun transtainer su rotaia di 15 movimenti/h, i 4 transtainer hanno una capacità di movimentazione pari a: 4x3x6x15= 1080 movimenti /giorno Affianco alle gru a portale 4 gru frontali aventi capacità di 10 movimenti all ora. 4x3x6x10=720 movimenti/giorno Quindi in totale avrò una capacità di movimentazione pari a 1800 movimenti/ giorno. 28

29 1584 c punta ,9 Assumendo un coefficiente di punta pari a 0,9: la domanda di movimentazione è soddisfatta dall offerta. Comunque sono al limite della capacità. 29

30 Il binario operativo deve avere una lunghezza di m (valore standard europeo ) per potere accogliere un treno blocco di circa 35 carri. I nostri terminali, generalmente, hanno qualcosa meno: m (quelli nuovi vengono comunque costruiti secondo lo standard europeo ). Dato il numero di binari operativi il numero di binari del fascio di appoggio può essere calcolato tenuto conto del coefficiente dinamico. n. binari operativi b appoggio = db b + 2 = b ( d 1) + o o o 2 Sono stati aggiunti due binari per manovre e collegamenti. 30

31 Il fascio di presa e consegna deve permettere una sosta tecnica (orientativamente mezz ora): per le verifiche del carico e dei documenti di accompagnamento. Inoltre ciascun treno in arrivo, o in partenza, ha bisogno di un altro binario per lo sgancio/aggancio del locomotore (che trainerà il treno in piena linea ) e di un altro binario per l aggancio/sgancio della locomotiva di manovra. Il fascio di presa e consegna è comunque gestito dalla azienda ferroviaria che gestisce la rete (non dalla società che gestisce il terminale intermodale che generalmente è indipendente dall azienda ferroviaria). Le lunghezze del fascio dovrebbero essere secondo lo standard europeo di circa metri. Le gru a portale devono avere una capacità di almeno 40 t. Parliamo ora dell area di stoccaggio. 31

32 Vi è una superficie immediatamente a contatto con i binari che è detta superficie di stoccaggio attivo: essa è costituita dalle corsie di stoccaggio adiacenti ai binari operativi dove le unità di carico sostano un tempo breve (solitamente qualche ora). Vi è una superficie, detta di stoccaggio passivo, dove invece le unità di carico sostano per un tempo superiore. Questa è l area di stoccaggio propriamente detta. Facciamo un discorso in generale, poiché questa area è importante, in particolare, per i terminali marittimi. 32

33 Capacità di un area di stoccaggio di un terminale La capacità di un area di stoccaggio di un terminale, intesa come massimo volume di contenitori ( throughput ) che può passare attraverso il terminale in un prefissato intervallo di tempo (i contenitori sono stoccati per un certo tempo nell area), espressa in TEU per anno (ci si riferisce all anno generalmente), può essere calcolata con la seguente formula: C = A a TEU h s T g p A : ateu Area del terminale (mq) : Area occupata da un TEU h : grado medio di impilamento (numero medio di TEU impilati) s : coefficiente di utilizzazione dell area di stoccaggio. 33

34 T g : numero di giorni del periodo esaminato (365 nel caso di un anno) : tempo medio di sosta dei singoli contenitori espresso in giorni. p : fattore di picco dei flussi Vediamo di comprendere le singole variabili della formula a TEU La base di un TEU è (8x0,3048) x (20x0,3048) 14,86 2 m s: Il coefficiente di utilizzazione dell area di stoccaggio dipende dalla macchina di movimentazione adottata e dallo schema di utilizzo dell area (vedremo qui di seguito alcuni schemi di uso frequente). 34

35 g : E il tempo medio di sosta di un contenitore: da esso dipende fortemente, ovviamente, la capacità di stoccaggio del terminale espressa in numero di contenitori per anno che passano attraverso il terminale ( throughput ). Questo tempo di sosta è alto nel caso di un terminale marittimo, è molto più basso nel caso di un terminale strada-rotaia. p : È il fattore di picco dei flussi. Esso tiene conto del fatto che la domanda D non è distribuita in modo uniforme nel periodo considerato, per esempio l anno. Così anche se D<C potrei avere dei problemi perché in alcuni periodo dell anno (per esempio nel mese di punta) il terminale andrebbe in crisi. Tengo conto di questo fatto diminuendo in maniera fittizia la capacità del terminale (espressa su base annua): p è un numero maggiore di 1. 35

36 Ammettiamo per esempio che nel mese più carico ho un 20% in più di domanda, rispetto alla media: Deve risultare: 1,2 D 12 C 12 Si può continuare a fare un confronto fra domanda e capacità annuale penalizzando la capacità annuale secondo il fattore 1,2 D C 1,2 Naturalmente non è detto che la punta l abbia in un mese, può essere in un periodo diverso. In ogni caso il coefficiente p ( fattore di punta ) tiene conto del fatto che la domanda non è uniforme sul periodo considerato (nel nostro caso l anno). Il suo valore è dettato dall esperienza di casi simili a quello considerato. 36

37 Vediamo alcuni schemi di disposizione dell area di stoccaggio che ci permettono di determinare il coefficiente di utilizzazione s. Fonte: Bonora G. Focacci C.,Funzionalità e progettazione degli impianti ferroviari, CIFI M. Lupi, " Sistemi di Movimentazione e di Stoccaggio" - A.A. 2010/11 - Univ. di Pisa - Polo della Logistica di Livorno

38 Per lo schema 2, con gru frontale, ho una profondità di utilizzazione per ettaro pari a 238m (10000/42). Su 238 m posso stoccare 238/(0,3048 x 20+0,20) 37 TEU (nella formula è stato considerato un franco minimo di 20 cm, in senso longitudinale, fra un contenitore e il successivo). Ho quindi un coefficiente di utilizzazione, s, dell area pari a: = 0,33 Calcolo la massima densità di utilizzazione, dato il tipo di macchina e lo schema di stoccaggio adottati: essa è data dal numero massimo di unità di carico stoccabili per ettaro. Per lo schema 2, stoccando su tre altezze, la massima densità di utilizzazione è data da 666 TEU per ettaro. Moltiplicando la densità massima di stoccaggio per l area di stoccaggio ottengo la capacità di deposito: intesa come numero massimo di TEU stoccabili nell area di stoccaggio. 38

39 Vediamo lo schema 5 che prevede il carrello cavaliere. Per lo schema 5 ho una profondità di utilizzazione per ettaro pari a 241m (10000/41,5). Su 241 m posso stoccare 241/(0,3048 x 20+0,2) =38 TEU. Ho quindi un coefficiente di utilizzazione, s, dell area di stoccaggio pari a: = 0, La massima densità di utilizzazione dell area di stoccaggio, con un altezza di impilamento pari a 2, quella riportata in figura, è di 760 per ettaro. Se invece utilizzassi una altezza di impilamento pari a 3, quella limite per un carrello cavaliere, otterrei un valore di 1140 TEU per ettaro. 39

40 Verifichiamo il valore del coefficiente s di utilizzazione dell area di stoccaggio nel caso di un transtainer del tipo di quello indicato in figura M.Lupi, "Sistemi " di di Movimentazione e e di di Stoccaggio" - - A.A. 2013/ / Univ. di di Pisa - - Polo della Logistica di di Livorno 40

41 Ammettiamo che fra ciascun transtainer e quello ad esso adiacente ci siano 3 metri di franco laterale. La profondità di utilizzazione per ettaro è pari a 355,7m (10000/28,11; 28,11= 25,11+3). Su 355,7 m posso stoccare 355,7/(0,3048 x 20+0,20) 56 TEU. Ho quindi un coefficiente di utilizzazione, s, dell area di stoccaggio pari a: = 0, Questo però se mantengo, come indicato in figura, una corsia di carico e scarico. Se elimino la corsia (in questo caso i contenitori sono consegnati e prelevati ai margini longitudinali dell area di stoccaggio), s vale: = 0,59 41

42 La massima densità di utilizzazione dell area di stoccaggio, con un altezza di impilamento pari a 3, è di 1008 per ettaro (se elimino la corsia di carico e scarico arrivo a 1176 TEU per ettaro). Se invece utilizzassi un altezza di impilamento pari a 5, quella riportata in figura, otterrei una densità di utilizzazione di 1680 TEU per ettaro (se elimino invece la corsia di carico e scarico, come avviene per esempio nel caso dei transtainer automatici, arrivo a 1960 TEU per ettaro) Comunque impilare su 5 altezze è molto oneroso da un punto di vista della movimentazione ed in pratica, generalmente, si fa solo nel caso dello stoccaggio di container vuoti (quindi i valori di capacità di stoccaggio su 5 altezze sono da considerare dei valori limite difficilmente utilizzabili). In ogni caso si può disporre (progettare) un area di stoccaggio secondo schemi diversi da quelli visti e calcolare il coefficiente di utilizzazione s corrispondenti. 42

43 Facciamo un esempio di calcolo della capacità di un area di stoccaggio (area di stoccaggio che abbiamo definito passiva) nel caso di un terminale strada - rotaia (comunque abbiamo detto che queste aree sono particolarmente importanti nei terminali marittimi). C = A a TEU h s T g p Ammettiamo che A= mq e di adottare lo schema 2 visto precedentemente con gru frontale ( per cui avevamo calcolato un coefficiente di occupazione pari a: s= 0,33) h = 3, s=0,33, T=365, p=1,2 g=2 generalmente nei terminali strada-rotaia, anche nell area di stoccaggio passiva, i contenitori non sostano per un tempo molto lungo, la situazione è fortemente diversa nel caso dei terminali marittimi. 43

44 C = , ,2 = TEU / anno Faremo altri esempi di utilizzo della formula nel caso dei terminali marittimi dove la formula trova più concreta applicazione 44