Studio di Traffico Caso TEEM

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1 Studio di Traffico Caso TEEM Relatore Ing. Mariano Spina PROGETTO PON01_01503/F1 ESPRI Esperto in Previsione/Prevenzione Rischio Idrogeologico MASTER ESPRI

2 CASO STUDIO: TEEM 1

3 Soci di Tangenziale Esterna SpA DESCRIZIONE SOCIETARIA Soci di Tangenziali Esterne di Milano SpA Tangenziale Esterna SpA è la società concessionaria per la progettazione, la realizzazione e la gestione della nuova Tangenziale Est Esterna di Milano, affidata dal committente CAL (Concessioni Autostradali Lombarde SpA). 2

4 INQUADRAMENTO TERRITORIALE 3

5 DESCRIZIONE DELL OPERA La TEEM è una nuova tangenziale est di Milano parallela a quella già esistente ed il cui scopo è alleggerire quest ultima dagli attuali notevoli volumi traffico. La TEM è un autostrada di connessione tra la A4 (Milano-Venezia), la A51 (tangenziale Est), la BreBeMi e la A1 (Milano-Bologna), nonché tra la SP 14 Rivoltana e la SP 103 Cassanese e la ex SS 415 Paullese. Il tracciato autostradale ha uno sviluppo di circa 32 km, da Agrate Brianza a nord (autostrada A4 Torino Trieste) a Melegnano a Sud (autostrada A1 Milano Napoli). Sono previsti sei svincoli e tre interconnessioni con il resto della rete autostradale: l autostrada A4, la futura BreBeMi e l autostrada A1. L intero intervento è caratterizzato da una sezione trasversale a tre corsie per senso di marcia con corsia di emergenza. 4

6 DESCRIZIONE DELL OPERA: INTERCONNESIONI E SVINCOLI Interconnessione autostrada A4 Pessano con Bornago Gessate Pozzuolo Martesana Interconnessione Brebemi Liscate Paullo Vizzolo Predabissi Interconnessione autostrada A1 0 km + 118,5 m 1 km + 668,48 m 4 km + 051,78 m 8 km + 111,35 m 9 km + 666,34 m 14 km + 280,02 m 18 km + 452,84 m 29 km + 294,23 m 31 km + 716,01 m 5

7 1. RICOSTRUZIONE DELLO STATO DI FATTO METODOLOGIA Ricostruzione della situazione attuale di distribuzione dei flussi di traffico sulla rete di trasporto della singola area di studio effettuata mediante l utilizzo di un modello di simulazione dei flussi veicolari in grado di rappresentare compiutamente le relazioni di spostamento che interessano sia il sistema autostradale sia la rete della viabilità ordinaria afferente il territorio individuato. 2. PREVISIONI DI EVOLUZIONE DELLA MOBILITÀ Evoluzione prevista per la domanda di mobilità autostradale determinata rispetto agli orizzonti di breve, medio e lungo termine, individuati, rispettivamente, dagli anni 2015, 2025 e 2035, sulla base dell analisi delle serie storiche dei flussi che caratterizzano l area territoriale in cui si colloca il tracciato di TEEM. 3. SCENARI PROGRAMMATICI Predisposizione degli scenari Programmatici effettuata modificando il grafo di trasporto attuale inserendo nel modello di simulazione gli interventi programmatici della rete di trasporto stradale ed autostradale afferente l area di studio e deducibili dalla disamina degli Strumenti di Pianificazione e Programmazione alle differenti scale. 6

8 METODOLOGIA 4. SCENARI PROGETTUALI Predisposizione degli scenari Progettuali effettuati modificando il grafo di trasporto programmatico inserendo nel modello di simulazione l intervento di progetto. 5. PERFORMANCE DELL INTERVENTO DI PROGETTO Analisi delle perfomance trasportistiche che caratterizzano il tracciato principale di TEEM e le rampe degli svincoli. Analisi effettuata attraverso la determinazione dei Livelli di Servizio secondo le indicazioni dell Highway Capacity Manual. 6. VARIAZIONI DELLE DISTRIBUZIONI DI TRAFFICO TRA GLI SCENARI Confronto tra il traffico previsto nello scenario Progettuale e quello previsto per lo scenario Programmatico, ossia di non intervento. 7. DEFINIZIONE DEI BENEFICI PER L UTENZA Quantificazione dei benefici per l utenza impostata sulla base di un analisi comparativa tra performance di rete derivante dal calcolo, per ciascuno scenario esaminato (Attuale, Programmatici e Progettuali), di alcuni indicatori di funzionalità. 7

9 NOTA: SCENARI DI ANALISI Scenario Progetto in esame Progetti al contorno tendenziale NO NO programmatico NO SI progettuale SI SI Scenario Tendenziale: distribuzione della domanda di mobilità futura sulla rete di trasporto attuale; Scenario Programmatico: distribuzione della domanda futura sulla rete di trasporto potenziata con gli interventi stradali ed autostradali previsti dagli strumenti di programmazione e pianificazione vigenti; Scenario Progettuale: distribuzione della domanda futura sulla rete di trasporto programmatica ulteriormente potenziata con l inserimento dell intervento di progetto. 8

10 ZONIZZAZIONE Tale strumento è organizzato sulla base di zone di traffico: 152 zone per la Provincia di Milano; 58 zone per la Provincia di Lodi; 152 zone per la Provincia di Pavia; 78 zone per la Provincia di Lecco; 147 zone per la Provincia di Como; 63 zone per la Provincia di Sondrio; 221 zone per la Provincia di Bergamo; 108 zone per la Provincia di Cremona; 203 zone per la Provincia di Brescia; 74 zone per la Provincia di Mantova; 137 zone per la Provincia di Varese; 59 zone per la Provincia di Monza e Brianza. Le restanti 52 zone del modello sono state inserite al fine di modellare le principali aree esterne alla Lombardia 9

11 ZONIZZAZIONE 10

12 GRAFO Il grafo stradale ed autostradale è costituito da circa archi monodirezionali organizzati in 5 principali classi tipologiche, ulteriormente differenziate in ragione delle specifiche caratteristiche di deflusso: autostrade, superstrade e arterie di grande viabilità, strade statali, strade provinciali, strade comunali. Per ciascun arco è definita una specifica curva di costo, adeguata alle caratteristiche e al rango dello stesso. Le curve utilizzate sono di tipo esponenziale nella formulazione BPR: Con: TCE = TE*[1+a*(F/C)^b] TE = tempo di percorrenza alla velocità di flusso libero F = flusso orario sull arco C = capacità di deflusso oraria dell arco a,b = parametri dipendenti dalla categoria dell arco 11

13 GRAFO 12

14 COSTO GENERALIZZATO DI PERCORRENZA Il costo generalizzato di percorrenza considerato dal modello di assegnazione è espresso in termini di tempo generalizzato di percorrenza che è la variabile fondamentale nella ricerca dei percorsi minimi. L algoritmo considera due quote di tempo nel definire la percorrenza di un arco stradale: Con: T=TE+TTAR TE tempo effettivo di percorrenza TE = D/V, dove D è la distanza in km e V è la velocità di percorrenza di flusso libero in Km/h ; TTAR il tempo aggiuntivo, che tiene conto dell extracosto dovuto all eventuale presenza di una tariffa, in genere chilometrica, per la percorrenza dell arco. TTAR = TAR*D*(1/VET), dove TAR è la tariffa espressa in /km, D è la distanza in km, VET è il valore economico del tempo per l utente, espresso in /h; 13

15 VALORE ECONOMICO DEL TEMPO Il calcolo del valore dell ora di lavoro può essere impostato a partire dal Valore Aggiunto e dal numero di ore complessivamente lavorate in un anno secondo la relazione (M. de Luca, 2000): VET=VA/(ND*h) dove: VA valore aggiunto, ND popolazione lavorativa, h numero di ore annue lavorate. Per il VET, cioè il valore economico del tempo per l utente, sono stati considerati i seguenti valori: 15,00 /h per i veicoli leggeri 25,00 /h per i veicoli pesanti Essendo come detto, le funzioni di costo assunte di tipo BPR, globalmente si ha: T=TE*[1+a*(F/C)^b] +TTAR 14

16 ASSEGNAZIONE Poiché le infrastrutture di progetto si collocano in un contesto di rete con tratti caratterizzati da elevati livelli di congestione, si è reputato corretto utilizzare, quale procedura di calcolo dei percorsi effettuati dagli utenti del sistema, un algoritmo deterministico di assegnazione dei flussi di traffico all equilibrio. La procedura di assegnazione provvede alla ricerca dei percorsi di minimo costo generalizzato del trasporto, applicando delle funzioni di costo variabili tra le origini e le destinazioni degli spostamenti: in tali termini il costo generalizzato di trasporto che si manifesta nel percorrere ogni arco della rete risulta essere funzione del flusso che transita sull arco stesso. La doppia relazione esistente tra flusso assegnato sull arco e costo di percorrenza dello stesso arco rendono indispensabile l impiego di una procedura di tipo iterativo, tale da garantire per ogni passo di iterazione il calcolo del costo di percorrenza sulla base dei volumi assegnati ai passi precedenti e, in base ad esso, la conseguente assegnazione dei flussi sui percorsi minimi. 15

17 DOMANDA DI TRAFFICO STATO DI FATTO Per gli spostamenti compiuti dalle persone all interno del territorio regionale lombardo e di scambio con le aree esterne, è stata considerata la matrice origine destinazione predisposta dalla Regione Lombardia nel Tale matrice è stata integrata con : volumi di traffico orario rilevati dalle spire di monitoraggio residenti sulla A4, A21 ed A1; i valori del TGM per tratto elementare forniti dalle concessionarie autostradali per A4, A21 ed A1; matrice O/D casello/casello degli spostamenti compiuti sulla rete autostradale di competenza ASPI disaggregata nelle componenti leggera e pesante; movimenti di stazione registrati ai caselli della rete autostradale di competenza ASPI disaggregati nelle componenti leggera e pesante. Effettuazione di interviste per origine destinazione ai conducenti in transito su 2 sezioni stradali, in entrambe le direzioni di marcia, per 4 punti di intervista complessivi. 16

18 DOMANDA DI TRAFFICO STATO DI FATTO E stato effettuato infine un conteggio continuativo dei veicoli in 21 postazioni tramite apparecchiature automatiche (piastre o radar) Le piastre NC-97 con tecnologia GMR (Giant MagnetoResistive) ad immagine magnetica rilevano le variazioni del campomagnetico quando un veicolo transita in prossimità del sensore permettendo di risalire all unità veicolare, alla sua lunghezza e velocità. Il classificatore EasyData, invece, utilizza per il rilevamento dei veicoli un radar Doppler con frequenza 24,125 GHz. L effetto doppler si basa sul fatto che un segnale inviato dal radar viene riflesso con uno scostamento da un oggetto in movimento. Lo scostamento è chiamato frequenza doppler. La frequenza doppler è proporzionale alla velocità dell oggetto in movimento. 17

19 DOMANDA DI TRAFFICO STATO DI FATTO: Sezioni di conteggio e interviste O/D 18

20 DOMANDA DI TRAFFICO STATO DI FATTO: Validazione e Calibrazione della Matrice O/D Le matrici O/D aggiornate e relative alle componenti leggera e pesante della mobilità derivanti dalla procedura di stima sono state assegnate congiuntamente al grafo rappresentativo della rete stradale ed autostradale, provvedendo ad una prima valutazione della distribuzione dei flussi di traffico leggeri e pesanti sulla rete. Successivamente, la procedura di calibrazione del modello è stata impostata sull affinamento delle caratteristiche di deflusso degli archi, in termini di velocità, capacità e curva di deflusso associata. Il processo iterativo calibrazione/validazione ha avuto come obiettivo la ricerca di un minimo grado di scostamento tra flussi rilevati e flussi simulati per le due componenti di traffico. 19

21 DOMANDA DI TRAFFICO STATO DI FATTO: Validazione e Calibrazione della Matrice O/D La verosimiglianza tra traffico rilevato e traffico simulato, e quindi il grado di attendibilità del modello implementato, è stato verificato mediante il test dell R2. La funzione statistica R2 può assumere valori compresi tra 0 (scarsa affidabilità e rappresentatività del modello) e 1 (ottima affidabilità del modello). Convenzionalmente si considerano sufficientemente attendibili le risultanze dell assegnazione di un modello di simulazione in grado di restituire il valore dell R2 non inferiore a 0,80. 20

22 DOMANDA DI TRAFFICO STATO DI FATTO: Validazione e Calibrazione della Matrice O/D L affidabilità del modello è stata testata anche mediante la statistica GEH Index (G.E.Havers, 1970), espressa nella forma: con M flusso orario simulato dal modello e C flusso orario rilevato nella sezione di conteggio. Nella pratica modellistica, si fa riferimento alle soglie stabilite dal Design Manual for Roads and Bridges redatto dall Highways Agency britannica: GEH < 5.0 buona rispondenza tra flusso modellato e flusso rilevato nella sezione in esame; 5.0 < GEH < 10.0 sono necessari approfondimenti per la sezione in esame; GEH > 10.0 si riscontra la presenza di situazioni problematiche nella modellazione. 21

23 DOMANDA DI TRAFFICO STATO DI FATTO: Validazione e Calibrazione della Matrice O/D In accordo con quanto stabilito dal Design Manual for Roads and Bridges redatto dall Highways Agency britannica, nella pratica modellistica si considera adeguato un modello di traffico caratterizzato dall 85% delle sezioni di controllo con GEH < 5.0. Il modello implementato rivela un livello di rispondenza ampiamente soddisfacente, testimoniato da: GEH<5 per il 90% delle sezioni relativamente ai veicoli leggeri GEH<5 per il 95% delle sezioni relativamente ai veicoli pesanti 22

24 DOMANDA DI TRAFFICO STATO DI FATTO: Sezioni Conteggio per la Calibrazione della Matrice O/D 23

25 FLUSSI SCENARIO ATTUALE 24

26 SCENARI DI ANALISI L analisi futura della mobilità fa riferimento a tre orizzonti temporali: anno 2015, quale orizzonte temporale di breve termine; anno 2025, quale orizzonte temporale di medio termine; anno 2035, quale orizzonte temporale di lungo termine. In sintesi sono stati presi in considerazione 6 scenari (due per ciascuno degli orizzonti temporali individuati) 3 scenari programmatici, relativi al breve, medio e lungo periodo. 3 scenari progettuali, relativi al breve, medio e lungo periodo. 25

27 EVOLUZIONE DELLA MOBILITA I tassi di crescita della mobilità sono stati individuati mediante l utilizzo di un modello statistico regressivo a partire dall analisi dell andamento storico di tre principali variabili: il traffico, come variabile trasportistica; la popolazione, variabile socio insediativa; il PIL, come variabile macro economica. Dove: -T n+1 è il traffico, espresso in veicoli*km all anno in cui si effettua la previsione; -T 0 è il traffico all anno di inizio della serie storica del traffico di riferimento; -POP n+1 è la popolazione residente all anno della previsione e POP 0 è il suo valore all anno di riferimento; - PIL n+1 è il prodotto interno lordo all anno della previsione e PIL 0 è il suo valore all anno di riferimento; -e rappresenta lo scarto del modello; -α e β sono stimati mediante dati storici e rappresentano rispettivamente le elasticità di arco delle percorrenze in riferimento alla popolazione residente e al prodotto interno lordo. 26

28 EVOLUZIONE DELLA MOBILITA Nello studio, per quanto concerne le previsioni di evoluzione della domanda di mobilità sono stati assunti i seguenti tassi medi annui di crescita rispetto alla mobilità attuale: + 1,35% per la componente leggera del traffico nell arco temporale ; + 1,80% per la componente pesante del traffico nell arco temporale ; + 0,85% per la componente leggera del traffico nell arco temporale ; + 1,30% per la componente pesante del traffico nell arco temporale ; + 0,35% per la componente leggera del traffico nell arco temporale ; + 0,80% per la componente pesante del traffico nell arco temporale

29 EVOLUZIONE DELLA MOBILITA Fattori di crescita cumulati rispetto alla mobilità attuale: Orizzonte di breve termine (2015): 1,057 per la mobilità dei veicoli leggeri rispetto al 2009; 1,086 per la mobilità dei veicoli pesanti rispetto al 2009; Orizzonte di medio termine (2025): 1,122 per la mobilità dei veicoli leggeri rispetto al 2009; 1,205 per la mobilità dei veicoli pesanti rispetto al 2009; Orizzonte di lungo termine (2035): 1,162 per la mobilità dei veicoli leggeri rispetto al 2009; 1,305 per la mobilità dei veicoli pesanti rispetto al

30 QUADRO PROGRAMMATICO INFRASTRUTTURALE 29

31 FLUSSI SCENARIO PROGRAMMATICO - BREVE TERMINE 30

32 FLUSSI SCENARIO PROGRAMMATICO - MEDIO TERMINE 31

33 FLUSSI SCENARIO PROGRAMMATICO - LUNGO TERMINE 32

34 FLUSSI SCENARIO PROGETTUALE Le simulazioni di traffico sono state effettuate utilizzando le matrici di spostamento O/D relative alla domanda attuale (anno 2009) incrementate utilizzando i fattori di crescita caratteristici dei tre orizzonti temporali. In termini sintetici, sull intera tratta oggetto di studio, dall assegnazione risultano i seguenti veicoli teorici giornalieri medi annuali: 33

35 FLUSSI SCENARIO PROGETTUALE 34

36 FLUSSI SCENARIO PROGETTUALE - BREVE TERMINE 35

37 FLUSSI SCENARIO PROGETTUALE - MEDIO TERMINE 36

38 FLUSSI SCENARIO PROGETTUALE - LUNGO TERMINE 37

39 CONFRONTO TRA LO SCENARIO PROGETTUALE E LO SCENARIO PROGRAMMATICO 38

40 LIVELLI DI SERVIZIO Il calcolo dei Livelli di Servizio è stato effettuato secondo le indicazioni contenute nell Highway Capacity Manual (HCM edizione 2000), effettuata mediante il calcolo del rapporto flusso equivalente/capacità (cfr. Capitolo 23 Basic Freeway Segments, HCM ed.2000). La determinazione del valore del flusso equivalente, a partire dal traffico espresso in veicoli leggeri e pesanti, viene effettuata con la metodologia classica dell HCM, utilizzando la formula generale: con : -PHF coefficiente dell ora di punta, -fhw coefficiente che tiene conto della composizione del traffico in leggeri e pesanti e del coefficiente di equivalenza del traffico pesante, -fp fattore che tiene conto dell esperienza dei guidatori. 39

41 LIVELLI DI SERVIZIO Per il calcolo di fhw viene impiegata la formula generale che considera la percentuale dei veicoli pesanti e il coefficiente di equivalenza Per la valutazione del coefficiente di equivalenza si può fare riferimento alle indicazione del manuale in dipendenza dalle condizioni plano altimetriche generali del suolo. 40

42 LIVELLI DI SERVIZIO Si è utilizzato, con riferimento alla successiva tabella, un valore di FFS free flow speed di 120 km/h, con un valore di capacità di deflusso orario per corsia pari a veicoli equivalenti/ora, secondo quanto indicato dall HCM per sezione di tipo autostradale. Sempre a partire dalla assunzione di una FFS maggiore di 120 km/h, dalla tabella seguente sono stati desunti i range che consentono di individuare il LOS a partire dal rapporto flusso/capacità. 41

43 LIVELLI DI SERVIZIO F/C inferiore a 0,35 LOS A: condizioni di flusso libero, l'utente gode di piena libertà nella scelta del suo comportamento, e la velocità dei veicoli può raggiungere sempre la velocità di progetto dell infrastruttura; piccoli incidenti sono assorbiti facilmente, con rapido ritorno al livello di servizio A; F/C tra 0,35 e 0,55 LOS B: condizioni di flusso scorrevole, una parte degli utenti è condizionata nelle sue scelte dalla presenza di altri veicoli; la velocità è peraltro generalmente mantenuta prossima alla velocità di progetto dell infrastruttura; piccoli incidenti sono assorbiti ancora con facilità; F/C tra 0,55 e 0,77 LOS C, situazioni di flusso condizionato, la libertà di scelta degli utenti è fortemente ridotta e la velocità dei veicoli tende a diventare uniforme, attestandosi su valori più bassi rispetto alla velocità di progetto dell infrastruttura; piccoli incidenti possono ancora essere assorbiti, ma con un sostanziale deterioramento del livello di servizio; il cambio di corsia richiede notevole attenzione da parte dei guidatori; F/C tra 0,77 e 0,92 LOS D, condizioni di flusso instabile, la velocità dei veicoli incomincia a ridursi rapidamente in funzione della crescita del numero di veicoli presenti; anche piccoli incidenti causano la formazione di code, data l'assenza di margini per l'assorbimento di disturbi nel flusso di traffico; l'attenzione richiesta ai guidatori è molto elevata; F/C tra 0,92 e 1 LOS E, condizioni di flusso alla capacità, nelle quali la velocità dei veicoli è fortemente variabile in ragione del raggiungimento della densità veicolare geometricamente sopportabile dall infrastruttura; qualsiasi manovra compiuta dai veicoli (ingresso da una rampa, cambio di corsia, ecc.) genera onde di disturbo che si propagano a monte dell'evento; F/C superiore a 1 LOS F, condizioni di flusso forzato, nelle quali qualsiasi disturbo nel flusso può provocarne il blocco, con conseguente riduzione a zero della velocità dei veicoli. 42

44 LIVELLI DI SERVIZIO LOS C 43

45 LIVELLI DI SERVIZIO 44