Premessa
L'insegnamento è svolto contestualmente per i seguenti corsi di Laurea Magistrale e orienta-menti: • Tecnica ed Economia dei Trasporti: Ingegneria Civile, Orientamento Infrastrutture di Traspor-to, 1° anno, 10 CFU, • Economia dei Trasporti: Ingegneria per l’Ambiente e Territorio, Orientamenti Vari, 2° anno, 8 CFU.
Argomenti dell'insegnamento di Tecnica ed Economia dei Trasporti - 10 CFU
1 - Introduzione • Generalità, definizioni • Ingegneria dei trasporti: competenze e attività • Evoluzione tecnologica dei trasporti • Componenti ed elementi di un sistema di trasporto • Funzioni e requisiti • Classificazione • Indicatori e unità di misura • Elementi descrittivi dei sistemi di trasporto: generalità, varie modalità di trasporto, incidentalità, inquinamento, consumi energetici
2 - Meccanica della locomozione terrestre • Veicolo: caratteristiche generali, componenti • Ruota stradale, ruota ferroviaria, accoppiamenti cinematici, equilibrio delle ruote • Leggi della dinamica, equazione del moto • Trasmissione: rapporto di trasmissione, potenza, rendimento, forza alle ruote • Aderenza: limite di aderenza, coefficienti di aderenza stradali e ferroviari, attrito • Forze dissipative, attrito, forze conservative, inerzia, massa equivalente • Caratteristica meccanica ideale e reale • Resistenze al moto: rotolamento, aerodinamica, accidentale, altimetrica • Diagramma di trazione, velocità, fasi del moto.
3 - Sistemi di trasporto pubblico locale (TPL) • Generalità: caratteristiche, evoluzione, classificazione dei sistemi, classificazione dei servizi • Sistemi a guida libera: autolinee, filovie, emissioni inquinanti, carburanti alternativi, veicoli elettrici e a guida autonoma • Sistemi a guida vincolata: tramvie, metropolitane, metropolitane leggere • Sistemi a guida mista: caratteristiche generali, ruolo funzionale, vantaggi, limiti, tendenze evolutive • Sistemi a fune • Infrastruttura: tramvie, infrastruttura, armamento, impianti, controllo della circolazione; metropolitane: infrastruttura, controllo della circolazione, automazione integrale, ATP ATO ATS ATC • Servizi programmati: prestazioni, indicatori e loro relazioni • Configurazione delle reti, stazioni e terminali di interscambio, servizi a orario cadenzato • Servizi autoprodotti e non programmati: car pooling, car sharing, dial a raid • Servizi complementari; informazione all'utenza
4 - Pianificazione e simulazione dei sistemi di trasporto • Pianificazione dei sistemi di trasporto: concetti generali, livello temporale, livello spaziale, redazione di un piano per fasi • Simulazione delle reti di trasporto: impostazione del processo, interazioni tra i componenti di un sistema di trasporto • Offerta: componenti dell’offerta, flusso di percorso e flusso di arco, teoria dei grafi, compo-nenti funzionali di una rete, costi di trasporto, funzioni di costo • Domanda: caratteristiche e componenti, matrici OD • Analisi della domanda: metodi di analisi: concetti di stima, modellizzazione e aggiornamento; rilevamento aggregato e disaggregato • Osservazione o stima diretta della domanda: aggregazione dei dati, tecniche di rilevamento, tipologia statistica, modalità di indagine. indagini RP, progettazione statistica. campionamento casuale semplice, numerosità del campione • Modellizzazione della domanda: approcci descrittivo e comportamentale, formulazione gene-rale del modello di domanda, formulazione a 4 fasi • Teoria dell’utilità probabilistica: ipotesi e definizioni, formulazione dell’utilità casuale, utilità sistematica, attributi, residui aleatori, concetti di varianza e covarianza, probabilità di scelta, ipotesi e proprietà della variabile di Gumbel, funzione logsum, Logit multinomiale e binomiale, espressione della probabilità di scelta, effetti della varianza, problema dell’indipendenza dalle alternative irrilevanti, Logit gerarchico: struttura della probabilità, proprietà, matrice di dispersione, Probit: concetto generale e cenni • Modellizzazione a 4 fasi: zonizzazione, criteri di dimensionamento delle zone, generazione: elementi determinanti, variabili esplicative, formulazione descrittiva, formulazione comportamentale, attributi, ruolo della variabile inclusiva logsum; distribuzione: elementi determinanti, variabili esplicative, formulazione gravitazionale, formulazione comportamentale, attributi, ruolo della variabile inclusiva logsum; ripartizione modale: elementi determinanti, variabili esplicative, formulazione descrittiva, formulazione comportamentale, attributi, ruolo della variabile inclusiva logsum; scelta del percorso: elementi determinanti, variabili esplicative, modalità di scelta, specificazione del modello, utilità delle alternative, concetto di scelta deterministica e stocastica, problema della sovrapposizione dei percorsi, formulazione C-loigit; assegnazione: concetti di flussi di domanda, flussi di percorso, flussi di arco, classificazione e campi di appli-cazione dei modelli di assegnazione, assegnazione a reti non congestionate e a reti congestionate, condizioni di esistenza e unicità della soluzione, separabilità dei costi su reti urbane ed extraurbane • Calibrazione dei modelli: calibrazione dei modelli descrittivi, calibrazione dei modelli comportamentali, massima verosimiglianza, condizioni di esistenza ed unicità, relazione tra matrice hessiana e matrice di incidenza, indagini SP: considerazioni generali, esempio di questionario, progettazione, piano fattoriale, riduzione di un piano fattoriale, problema della collinearità • Aggiornamento di matrici: formulazione del problema, relazione tra flussi di traffico e flussi di domanda, molteplicità della soluzione, procedura della stima bayesiana
5, 7 - Economia dei trasporti • Definizioni, processi produttivi, mercati • Variabili microeconomiche • Domanda di trasporto, curva di domanda, elasticità • Offerta di trasporto, funzione di costo, elasticità • Produzione del servizio: soggetti, obiettivi, ricavo, profitto, costi di produzione fissi, variabili, medi, marginali; ricerca della produzione efficiente; funzione di produzione, costi di produzione di lungo periodo, minimizzazione dei costi; attività dell’impresa, problematica della produzione; mercato concorrenziale; mercato monopolistico • Benessere, rendita, efficienza, equità • Equilibrio: definizioni, surplus, equilibrio con domanda rigida, dinamicità dell’equilibrio • Equilibrio delle reti di trasporto: equilibrio spontaneo e regolato, principi di Wardrop, costi esterni, pedaggi di efficienza, equità • Paradossi
6 - Economia aziendale • Azienda e impresa, fattori, processo produttivo, utile • Bilancio dell'azienda: stato patrimoniale e conto economico • Ammortamento, diagrammi delle Figure 1 e 2 • Produzione del servizio • Produttività, efficacia, efficienza, unità di movimento e di traffico, indicatori • Analisi di variabilità dei costi; costi variabili, costanti, costanti a intervalli, viscosi; diagrammi delle Figure 3 e 4 • Tariffazione; tariffe a valore e a costo; diagramma della Figura 5 • Tipologia tariffaria (cenni)
8 - Meccanica del veicolo stradale • Classificazione, caratteristiche generali e prestazioni, componenti • Telaio, cassa, ruota, sospensioni, ammortizzatori • Sterzo, manovra di sterzatura • Pneumatico: componenti, comportamento statico, effetti della pressione, cedimento, scorrimento, aderenza • Azioni trasversali, deriva e suoi effetti, effetto inerziale in ingresso e in uscita dalle curve • Effetto delle sospensioni • Ribaltamento e sbandamento (o slittamento trasversale); stabilità nei tratti di raccordo
9 - Trazione termica • Combustione interna ed esterna, classificazioni e definizioni • Componenti di un motore, cicli e fasi, angoli di anticipo e ritardo • Cicli termodinamici teorici e indicati, Otto e Diesel • Potenza, coppia, rendimento, caratteristica meccanica • Frizione: coppia trasferibile e dimensionamento, giunto idraulico • Cambio: rapporti di trasmissione, trasmissione della potenza, elasticità, zone di funzionamento, definizione dei rapporti • Differenziale
10 - Analisi del rischio e sicurezza delle gallerie • Sistema galleria, situazione nazionale ed europea, incidentalità (cenni) • Rischio: componenti, pericolo, sicurezza, rischio trasporti, rischio in galleria • Problematica dell'incendio, vivibilità, comportamento umano • Normativa (cenni) • Analisi del rischio, bow tie diagram, flusso del pericolo • Eventi critici, misure di sicurezza, rappresentazione e accettabilità del rischio • Provvedimenti mitigativi, infrastruttura e impianti di sicurezza • Impianti di ventilazione, altri impianti • Piani di emergenza
Argomenti dell'insegnamento di Tecnica ed Economia dei Trasporti (10 CFU) non richiesti nell’insegnamento di Economia dei Trasporti (8 CFU) 3 - Sistemi di trasporto pubblico locale (TPL) • Sistemi a fune • Configurazione delle reti, stazioni e terminali di interscambio, servizi a orario cadenzato • Servizi autoprodotti e non programmati (facoltativo): car pooling, car sharing, dial a raid • Servizi complementari; informazione all'utenza
5 - Economia dei trasporti • Produzione del servizio: - funzione di produzione, costi di produzione di lungo periodo, minimizzazione dei costi - attività dell’impresa, problematica della produzione • Benessere, rendita, efficienza, equità • Equilibrio: definizioni, surplus, equilibrio con domanda rigida, dinamicità dell’equilibrio
6 - Economia aziendale • Azienda e impresa, fattori, processo produttivo, utile • Produzione del servizio • Produttività, efficacia, efficienza, unità di movimento e di traffico, indicatori • Analisi di variabilità dei costi; costi variabili, costanti, costanti a intervalli, viscosi; diagrammi delle Figure 3 e 4
8 - Meccanica del veicolo stradale
9 - Trazione termica
10 - Analisi del rischio e sicurezza delle gallerie
Progetto Durante il periodo didattico gli studenti realizzano un progetto che riguarda la definizione e il dimensionamento di un servizio di trasporto collettivo è così articolato: definizione di un sistema di trasporto adatto a un’area territoriale data, dimensionamento di massima del sistema e organizzazione del servizio. Il progetto, il cui contenuto teorico viene illustrato nel corso delle lezioni, ha lo scopo di istruire gli allievi sugli aspetti pratici della Tecnica e dell'Economia dei Trasporti mettendoli di fronte a un caso realistico. Esso può essere svolto individualmente o in un gruppo composto al massimo di tre persone. Ogni studente/gruppo deve individuare in piena libertà una città, un’area urbana o suburbana, un territorio più o meno vasto caratterizzato da un certo numero di comuni con una corrispondente densità demografica. Successivamente ogni studente/gruppo deve procedere autonomamente per sviluppare il lavoro dopo averlo impostato e discusso con il docente, mettendo in gioco tutto quanto visto nelle lezioni teoriche, nelle esercitazioni illustrate in aula e nella cospicua documentazione disponibile nel sito Beep. Per lo svolgimento del progetto si fa riferimento alle tracce svolte a lezione, alle presentazioni proiettate in aula, alle schede e ai fogli di calcolo predisposti. Il docente è costantemente disponibile anche al di fuori dalle ore di lezione per fornire assistenza nella redazione dei progetti. Il risultato atteso dalla prima parte è la definizione di un sistema di trasporto collettivo urbano o suburbano caratterizzato dai seguenti elementi: percorso della linea e localizzazione delle fermate, sistema di trasporto individuato in funzione delle valutazioni e delle analisi compiute sull’area considerata, nonché di un valore verosimile della domanda massima da servire, caratteristiche e dimensioni dei veicoli, capienza dei treni circolanti in linea, potenzialità del sistema. Una volta individuato il sistema di trasporto se ne devono definire le caratteristiche tecniche e funzionali necessarie per il successivo dimensionamento e per l’organizzazione del servizio. In particolare si quantificano la potenzialità in passeggeri/ora/direzione in relazione alla domanda da servire. Questo dato permetterà di definire il numero, le dimensioni e la capienza dei singoli veicoli nonché la composizione dei treni, la velocità media commerciale e di servizio e la frequenza del servizio offerto. Tutte le valutazioni e le scelte devono essere giustificate dal punto di vista urbanistico, territoriale, trasportistico, tecnologico. Si lascia assoluta libertà di scelta, ma le valutazioni svolte devono essere tecnicamente ed economicamente sostenibili, in base ai dati disponibili o ipotizzati. Il progetto è necessario per lo svolgimento dell’esame orale; la discussione della relativa rela-zione costituisce l’inizio del colloquio d’esame. Il progetto partirà alla prima lezione del corso descrivendo il lavoro da svolgere e dedicando le ore successive al suo sviluppo. In aula si fornirà ai vari gruppi il supporto necessario per valutare il lavoro svolto e per fornire indicazioni e chiarimenti per il suo proseguimento.
Nel corso delle lezioni i gruppi illustreranno agli studenti lo stato di avanzamento del loro progetto per condividerne l’impostazione e il metodo seguito per il suo svolgimento.
Visite tecniche Se le ore a disposizione lo permetteranno, si organizzeranno visite didattiche a impianti di trasporto nell’area milanese. Possibili impianti oggetto di visite didattiche: • sale operative che regolano la circolazione telecomandata di linee metropolitane, • depositi e officine di aziende di trasporto pubblico, • cantieri delle linee metropolitane in costruzione.
Seminari didattici Compatibilmente con i tempi messi a disposizione dall'orario didattico, è previsto lo svolgi-mento di seminari tenuti da tecnici esterni, il cui apporto è finalizzato a integrare la didattica teorica trasferendo agli studenti la propria esperienza pluridecennale nella progettazione e nella gestione di sistemi ferroviari e del servizio che su di essi si svolge.
Tesi di laurea Il docente è disponibile per l'assegnazione di tesi di laurea magistrale di primo livello (con controrelatore) e di secondo livello (senza controrelatore) aventi come oggetto gli elementi trattati nell'insegnamento o, eventualmente, l'ulteriore sviluppo del progetto. Tirocini curricolari e non curricolari L'acquisizione delle tecniche e dei metodi dell'Ingegneria dei Sistemi di Trasporti può essere efficacemente integrata dallo svolgimento di tirocini presso aziende o altri operatori civili e industriali del settore. Il docente informerà periodicamente gli studenti in merito alla disponibilità di tirocini. Se il docente ritiene che ne sussistano le condizioni, l'attività svolta nei tirocini può essere utilizzata per lo sviluppo di tesi di laurea di primo e di secondo livello. Si segnala che in molti casi il percorso esame+tirocinio+tesi si è concluso con l'assunzione o comunque con la formalizzazione di un contratto di lavoro.
Documenti didattici
Si segnalano questi due testi disponibili nelle librerie e nelle biblioteche del Politecnico: "Tecnica ed Economia dei Trasporti" (Ricci, 2011), "Trasporto Pubblico Locale" (Corona G., Festa D. et al., 2016), "Trasporti e città", (Maternini G. et al., 2014), "Modelli per i sistemi di trasporto", (Cascetta, 2006), "Urban Transit - Systems and Technology" (Vuchic), “Modelling Transport" (Ortuzar, Willumsen) e “Transportation Demand Analysis” (Kanafani).
I testi sono consigliati in quanto forniscono una buona preparazione di base degli argomenti che sono oggetto di approfondimento nell’insegnamento e come testi di riferimento in ambito professionale.
Per la preparazione dell’esame non è disponibile un testo commerciale unico ed esaustivo, tuttavia sono messe a disposizione gratuitamente, sul sito Beep, le presentazioni utilizzate nelle lezioni e le dispense, che coprono il 90% circa degli argomenti del programma.
Alla fine del ciclo didattico si fornisce un documento contenente alcune Linee Guida orientative per la preparazione dell’esame corredate da un elenco molto dettagliato che indica, per ogni singolo punto del programma, le rispettive diapositive delle presentazioni e le pagine delle dispense.
Le presentazioni sono pubblicate sul sito Beep prima delle rispettive lezioni per agevolare la scrittura degli appunti.
Durante lo sviluppo delle lezioni i documenti didattici possono subire modifiche e integrazioni finalizzate a migliorare il contenuto dei vari argomenti del programma e soprattutto per rendere più efficace la preparazione dell'esame.
Sono inoltre messi a disposizione molti altri testi la cui lettura è facoltativa, ma vivamente consigliata per migliorare la conoscenza della materia e per supportare i testi forniti dal docente. I testi più rilevanti sono elencati nella bibliografia. L’elenco completo è fornito all’inizio delle lezioni.
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