Valutazione di emissioni e consumi in corrispondenza di intersezione a rotatoria. Confronto con il caso dell'impianto semaforico.

INTRODUZIONE
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Il nostro lavoro si colloca nell’ambito di due particolari interventi di sostituzione di
impianto semaforico con rotatoria: il primo riguarda l’intersezione Dalmazia-Orzinuovi-
Salgari a Brescia, il secondo l’intersezione di Barriera Genova a Piacenza. Nel primo caso
la doppia rotatoria è stata messa in esercizio da qualche mese; nel secondo caso essa verrà
realizzata nel 2005.
1.2 Obiettivi.
Lo scopo del presente lavoro è dare una valutazione di tipo quantitativo degli effetti
ambientali derivanti dagli interventi di sostituzione dell’impianto semaforico con rotatoria
nelle due intersezioni bresciana e piacentina. L’obiettivo finale è calcolare, per ciascuna
intersezione, come cambiano emissioni inquinanti e consumi di carburante passando
dall’incrocio semaforizzato all’intersezione a rotatoria.
L’idea che muove il presente lavoro è quella di confermare, mediante i risultati di
applicazioni a casi specifici del territorio, la seguente tesi di tipo generale: la rotatoria,
rispetto all’incrocio semaforizzato, determina minori emissioni e minori consumi da parte
dei veicoli che la attraversano. Tale tesi può essere meglio esplicitata nel seguente modo:
la rotatoria, rispetto all’incrocio semaforico, vede un decremento di emissioni e di
consumi dovuto alla modificazione del driving pattern (stile di guida); tale decremento è
amplificato nel caso in cui la rotatoria determini anche una riduzione o un annullamento
dei fenomeni di congestione presenti con il semaforo.
Si capisce quindi che il presente studio, oltre a costituire un importante supporto di
tipo quantitativo per i due particolari interventi sul territorio bresciano e piacentino, mira
ad ottenere risultati di utilità più generale. A partire dalle stime quantitative effettuate in
questo lavoro, si possono infatti dedurre conclusioni generali, valide per tutti gli interventi
di sostituzione di impianti semaforici con rotatoria. Un ulteriore contributo che intendiamo
dare con il presente studio è di tipo metodologico: l’iter seguito per la modellizzazione
delle intersezioni e per la stima dei benefici ambientali può essere infatti applicato a casi
analoghi di sostituzione di impianti semaforizzati con rotatorie. Inoltre all’interno del
lavoro abbiamo sviluppato alcune metodologie specifiche (ad es. un metodo per costruire
delle mappe di emissione in Excel) che possono risultare di utilità ancora più generale.
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1.3 Metodo.
Il metodo utilizzato per la stima degli effetti ambientali legati agli interventi è basato
sulla modellizzazione delle intersezioni all’interno del software di microsimulazione
Paramics by Sias. In particolare si sono costruiti tanti modelli quanti sono gli scenari da
confrontare; per ciascuno si sono registrate, sempre all’interno del software, le grandezze
rilevanti ai fini ambientali e infine si è fatto un confronto tra tali grandezze nelle coppie di
scenari vecchio-nuovo al fine di trarne le dovute conclusioni. Questo è, in estrema sintesi,
il metodo utilizzato nel lavoro; come vedremo, esso si scompone in numerose sottofasi.
Ad esempio, nel cap.6 è descritto in dettaglio lo sviluppo del modello di microsimulazione
attraverso la costruzione della rete, l’assegnazione della domanda, la calibrazione, la
validazione.
Esiste un’importante precisazione da fare riguardo al metodo. Dal momento che
l’entità delle emissioni e dei consumi dipende dalle caratteristiche cinematiche del moto
dei veicoli sull’intersezione (andamento della velocità e dell’accelerazione nel tempo) e
dal momento che tali caratteristiche cinematiche dipendono a loro volta dalle
caratteristiche dell’intersezione e dalle sue prestazioni (code, tempi di percorrenza, etc),
risulta chiaro che la prima fase del lavoro è finalizzata alla costruzione di un modello
dell’intersezione il cui funzionamento sia cinematicamente corretto. Questo viene
raggiunto nel momento in cui l’affidabilità del modello è elevata e la situazione reale
(attuale o futura) è simulata nel modello con un grado di approssimazione accettabile. Da
questa prima fase sono stati ricavati dei risultati intermedi, che rappresentano la
performance delle intersezioni in termini di code e tempi di percorrenza. Essi sono stati
richiesti dalle stesse Pubbliche Amministrazioni di Brescia e di Piacenza, al fine di
permettere una valutazione completa degli interventi. Tali risultati intermedi sono stati
inoltre confrontati con i risultati finali della valutazione ambientale, al fine di trarne delle
correlazioni.
A questa prima fase, ne segue una seconda tutta finalizzata alla stima delle emissioni
e dei consumi. A tale scopo si è utilizzata la funzionalità incorporata nel software, che
calcola queste grandezze sulla base delle caratteristiche cinematiche del moto dei veicoli
all’interno del modello. Per attribuire le corrette quantità di emissioni inquinanti e di
consumi di carburante in funzione delle caratteristiche del moto (velocità e accelerazione),
il software possiede un database di fattori di emissione, costituito da mappe basate su un
progetto di ricerca europeo (DRIVE-MODEM, Jost et al.) condotto agli inizi degli anni
’90. Adottando un approccio critico e migliorativo nei confronti degli strumenti e delle
informazioni già disponibili e “pronte all’uso”, abbiamo tentato di aggiornare il software
con dei fattori di emissioni più recenti e basati su un parco veicolare nostrano. In
particolare, abbiamo sviluppato un metodo per sostituire alle mappe predefinite del
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software quelle basate su uno studio di valutazione delle emissioni inquinanti condotto nel
2000 dal DENE (Dipartimento di Energetica) del Politecnico di Milano
1
. Durante questa
fase è stata sviluppata una metodologia per costruire le mappe di emissione a partire dai
dati ricavati dalle prove del DENE; sono emerse tuttavia delle incertezze riguardo ai
risultati ottenuti che hanno indotto a non sostituire le mappe all’interno del software. In
ogni caso i risultati ottenuti, pur non avendo influenzato in alcun modo la valutazione
ambientale delle intersezioni, hanno fornito un termine di confronto per i fattori di
emissione del software, i quali altrimenti sarebbero stati assunti acriticamente. Inoltre è
stata un’occasione per fare il punto sullo studio del DENE, evidenziandone le lacune e
fornendo utili indicazioni a chi, in futuro, vorrà riprendere in mano i risultati di questo
studio per rielaborarli in modo corretto e trarne delle conclusioni valide.
1.4 Organizzazione
Il presente lavoro è stato svolto nell’arco di 10 mesi ed ha coinvolto diverse persone,
organizzazioni ed enti. L’intero lavoro si è svolto sotto la preziosa supervisione del tutor
universitario, prof. Stefano Consonni. La motivazione prima che ha determinato l’ambito
nel quale questo lavoro si è svolto è stata la partecipazione al bando per l’assegnazione di
una borsa di studio da parte della Associazione Industriali di Piacenza ad un laureato in
Ingegneria dei Trasporti del Politecnico di Milano. Riassumiamo le fasi principali del
lavoro, specificando dove sono state svolte e quali persone hanno coinvolto.
Dicembre 2003 – Marzo 2004
o abbiamo deciso la tipologia dello studio e specificati gli obiettivi di massima insieme
con il tutor universitario prof. Stefano Consonni. Si è scelto un argomento che
costituisse un compromesso tra le richieste dell’Associazione Industriali di Piacenza
per l’attribuzione della borsa di studio, i nostri interessi personali e gli ambiti di
competenza del tutor universitario.
o abbiamo selezionato l’ente presso il quale svolgere il Tirocinio, ovvero il Comune di
Brescia; abbiamo preso contatti con tale ente e abbiamo scelto l’ufficio ove svolgere
lo stage, coerentemente con la natura del lavoro. L’ufficio selezionato è stato
l’Ufficio Sviluppo Piano Urbano del Traffico, e il tutor aziendale l’ing. Stefano
Sbardella. L’ufficio svolge funzioni di pianificazione della rete viaria della città di
Brescia (stesura del P.U.T., valutazione delle scelte di investimento, organizzazione
di campagne di rilevazione del traffico, simulazione di scenari via software, funzione
di mobility manager, etc).
1
Studio effettuato nell’ambito del progetto di ricerca “Traffico e inquinamento nella città di Milano”
finanziato da CIRTRAS e MURST, con la collaborazione del DSTM – Politecnico di Milano
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o insieme al tutor aziendale si è selezionato un caso di sostituzione dell’impianto
semaforico con rotatoria sul quale concentrare l’analisi: si è scelta l’intersezione
Dalmazia-Orzinuovi-Salgari a Brescia.
o si è seguito l’iter burocratico per la formalizzazione del tirocinio.
o si è preso contatto con il geom. Alessandro Dosi dell’Ufficio Traffico del Comune di
Piacenza e ci si è messi d’accordo su una permanenza presso di loro durante il mese
di Settembre, al fine di applicare il metodo ad un caso specifico del territorio di
Piacenza.
o si sono presi contatti con il prof. Roberto Maja
2
, esperto di pianificazione del
traffico, e si è impostato il metodo di massima da utilizzare nel lavoro.
o si è scelto il software di microsimulazione sul quale lavorare, che è risultato
Paramics by Sias posseduto dall’Ufficio Sviluppo P.U.T. del Comune di Brescia. Al
fine di ottenere una certa flessibilità nell’utilizzo del software, si è richiesta a Sias
(sviluppatrice britannica) una licenza temporanea di Paramics per utilizzo ai fini del
lavoro di tesi.
Aprile – Maggio 2004 (periodo trascorso in Svezia, per esperienza Erasmus)
o si è elaborata la fase di pre-study del lavoro, che si è concretizzata nella stesura del
documento Master’s Thesis Planning Report riportato in Appendice. Questo
documento, redatto all’interno dell’insegnamento Project and Research Methods
3
tenuto presso la Chalmers University of Technology di Goteborg, inquadra a livello
di obiettivi e metodologico il lavoro di tesi e pianifica a livello temporale le fasi del
lavoro. Successivamente abbiamo presentato alla classe quanto elaborato. Il pre-
study si è rivelato strumento utilissimo in quanto ha dato l’occasione di costruire in
modo organico e coerente l’ossatura della metodologia che si è sviluppata poi nel
lavoro vero e proprio. Ci ha dato modo di riflettere sulla coerenza (in inglese fit)tra
problema da risolvere (empirical problem), metodologia impiegata (research
method) e la letteratura (theorethical framework). Inoltre il documento elaborato,
inviato poi alle persone coinvolte, ha costituito un ottimo strumento di
comunicazione al fine di chiarire gli obiettivi e la natura del lavoro.
Giugno-Luglio 2004.
o si è svolto, in maniera continuativa, il tirocinio al Comune di Brescia. Esso è
consistito nello sviluppo dei modelli di microsimulazione delle intersezioni,
semaforizzataearotatoria,dell’intersezionebresciana.Sièsvoltounprocessodi
apprendimento del software Paramics agevolato dalla preziosa assistenza dell’ing.
2
Dipartimento di Industrial design, delle Arti, della Comunicazione e della Moda del Politecnico di Milano
3
L’insegnamento è parte dell’International Master Programme in Management of Logistics and
Transportation. Il docente è Peter Fredriksson.
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Paolo Menegazzo del Comune di Brescia. Per quanto riguarda la raccolta delle
informazioni riguardo all’intervento sull’intersezione bresciana ci si è avvalsi della
collaborazione della dott.ssa Chiara Vezzoli, sempre del Comune di Brescia. Il
lavoro è stato svolto sotto la supervisione dell’ing. Stefano Sbardella, tutor
aziendale.
Agosto 2004.
o si è preparata la relazione sul lavoro svolto al Comune di Brescia. Si è inoltre
approfondita la letteratura sul tema delle emissioni e dei consumi da traffico stradale.
Settembre 2004.
o ci siamo incontrati con l’ing. Gabriella Sala
4
al fine di recuperare le informazioni sul
parco veicolare circolante a Milano rilevate dal DSTM nel 1999.
o abbiamo contattato l’ing. Matteo Perotti del Dipartimento di Energetica del
Politecnico di Milano al fine di recuperare i dati delle prove su banchi a rulli
effettuati dal DENE dai quali potessero essere ricavate le mappe di emissione.
o ci siamo occupati di sviluppare una metodologia per creare tali mappe e abbiamo
effettuato un’analisi critica dei risultati ottenuti.
o abbiamo trascorso un periodo di due settimane presso l’Ufficio Traffico del Comune
di Piacenza, dove abbiamo lavorato a stretto contatto con i tecnici Castelli e Orlandi.
Il risultato di questa permanenza è stata la costruzione del modello dell’intersezione
di Barriera Genova a Piacenza in 4 scenari differenti (3 tipologie di impianto
semaforico e 1 tipologia di rotatoria). Abbiamo inoltre studiato uno schema
semaforico ad hoc per eliminare la congestione sull’incrocio e l’abbiamo proposto al
dirigente di settore dott. Fulvio Poggi e all’Assessore all’Urbanistica, alla Viabilità e
all’Ambiente del Comune di Piacenza arch. Pierangelo Carbone. L’Amministrazione
adotterà tale schema, con installazione di nuove lanterne semaforiche, nelle prime
settimane di Ottobre.
o Abbiamo valutato emissione e consumi sui vari scenari dell’intersezione piacentina e
dell’intersezione bresciana e ne abbiamo tratto le dovute conclusioni.
o Abbiamo redatto in forma definitiva l’elaborato.
4
Dipartimento di Industrial design, delle Arti, della Comunicazione e della Moda del Politecnico di Milano
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1.5 Schema della tesi
Il capitolo 2 è finalizzato a dare un quadro di tipo teorico sull’inquinamento, sulle
emissioni, sui fattori che le influenzano, sui modelli di emissione. Si tratta di nozioni utili
per la comprensione del nostro lavoro, soprattutto ai non addetti ai lavori.
Il capitolo 3 riassume le caratteristiche generali e le potenzialità dello strumento
modellistico della microsimulazione, senza il quale questo lavoro non si sarebbe potuto
svolgere.
I capitoli 4 e 5 servono a introdurre lo specifico background nel quale si colloca il
lavoro: parliamo degli interventi di sostituzione degli impianti semaforici con intersezioni
a rotatoria nei due casi di Dalmazia-Orzinuovi-Salgari a Brescia e Barriera Genova a
Piacenza. In entrambi si parlerà delle caratteristiche delle intersezioni, delle problematiche
connesse e dell’iter che porta alla realizzazione delle nuove rotatorie.
Il capitolo 6 descrive nel dettaglio il percorso con cui abbiamo sviluppato i modelli di
microsimulazione dell’intersezione bresciana. Riporta inoltre la registrazione delle code e
dei tempi di percorrenza e la loro valutazione sintetica.
Il capitolo 7 riassume invece la costruzione dei modelli dell’intersezione piacentina,
descrivendo in dettaglio il funzionamento delle diverse ipotesi di schema semaforico oltre
che l’ipotesi di rotatoria. Fornisce poi una valutazione quantitativa dei vari scenari sulla
base della registrazione delle code e dei tempi di percorrenza.
Il capitolo 8 è dedicato a descrivere la metodologia utilizzata per la valutazione delle
emissioni e dei consumi. Dapprima descrive come sono state costruite le mappe di
emissione ricavate dai dati del DENE, poi le sottopone ad analisi critica e infine espone la
funzionalità di stima di emissioni e consumi del software Paramics.
Nel capitolo 9 sono esposti i risultati della valutazione ambientale sulle due
intersezioni e sui 5 scenari complessivi (2 a Brescia, 3 a Piacenza). Dai risultati sono
dedotte osservazioni specifiche ed osservazioni più generali.
Nel capitolo 10 sono contenute le conclusioni a cui questo lavoro ha portato.