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Corso di: Fondamenti di Trasporti Lezione: I Trasporti in generale Corso di Laurea Ingegneria Civile e Ambientale AA 1213 Giuseppe Inturri Università di Catania Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Trasporto e sviluppo della civiltà Per comprendere il ruolo dei trasporti nello sviluppo della civiltà, bisogna immaginare la vita prima dell’avvento delle strade e della ruota, cioè prima che il gap tra produttore e consumatore fosse stato colmato. Ogni individuo dipendeva da ciò che egli stesso produceva, sotto forma di prodotti agricoli o selvaggina o di strumenti per coltivare il suolo o per la caccia. Gli individui dovevano essere abili nel fare molte cose. L’ aumento della produttività del lavoro e la conseguente sovrapproduzione determinò la necessità degli scambi e dunque dei trasporti. Lo scambio di idee e di merci rese possibile la crescita della dimensione delle comunità. Gli individui non dipendevano più solo da loro stessi e dunque cominciarono a specializzarsi, cioè a lavorare in un singolo settore nel quale divennero molto abili, determinando così una domanda per i loro prodotti. La specializzazione determinò migliori abiti, migliori abitazioni, migliori cibi e dunque miglioramento delle condizioni di vita. 2 Trasporto e sviluppo della civiltà È dunque chiaro che trasporti e sviluppo sono intimamente connessi. I trasporti sono un prerequisito per lo sviluppo di qualunque paese. Però i trasporti non garantiscono la prosperità. Nei contesti urbani i trasporti a volte precedono lo sviluppo e altre volte è lo sviluppo che precede i trasporti. Lo sviluppo aumenta la domanda di trasporto, mentre l’offerta di trasporto stimola ancora di più lo sviluppo consentendo la specializzazione commerciale ed economica. L’industrializzazione e la specializzazione crescente hanno determinato l‘esigenza di grosse spedizioni di prodotti e materie prime su lunghe distanze; la globalizzazione ha aumentato ancora di più questi flussi. 3 Impatto dei trasporti 1. 2. 3. Il settore del trasporto genera il 7% del PIL dell’UE dando lavoro a oltre 8 milioni di persone (1). Sono responsabili di oltre il 20% di tutte le emissioni di CO2 dell’UE (2) e una delle maggiori cause di morte, con oltre quarantamila morti e quasi due milioni di feriti a causa di incidenti stradali ogni anno sulle strade europee (3). Non meno critica è la situazione italiana. L’Italia è uno dei Paesi Europei a più alta densità di traffico interno, con 937.276 milioni di passeggeri-km/anno, di cui più del 92% sono rappresentati dal traffico stradale, e con un traffico merci di 239.518 milioni di tonnellate-km/anno, di cui oltre il 65% su strada con distanze superiori a 50 km. Eurostat, Panorama of Transport, Edizione 2007. Unione Europea, KEEP EUROPE MOVING: Sustainable mobility for our continent. Mid-term review of the European Commission’s 2001 transport White Paper, 2006. Unione Europea, Libro Bianco dei Trasporti. La politica europea dei trasporti fino al 2010: il momento delle scelte, 2001. Ministero delle Infrastrutture, Ministero dei Trasporti, Conto Nazionale dei Trasporti e delle Infrastrutture anno 2005. Istituto Poligrafico dello Stato, 2007. A cosa servono i trasporti La funzione dei trasporti è spostare persone e merci dal luogo in cui si trovano al luogo dove desiderano trovarsi (persone) o dove sono richieste (merci). Con lo spostamento le persone aumentano la loro utilità, le merci aumentano il loro valore, e ciò giustifica il costo che è necessario sostenere. Nel caso delle persone ciò può accadere per diverse ragioni di natura privata od economica e nel caso delle merci può dipendere da esigenze di produzione, distribuzione o consumo finale. Nello sviluppo dell’industria i trasporti giocano un ruolo vitale 5 nel mercato dei beni, perché collega le fonti delle materie prime, i centri di produzione ed i mercati nel mercato del lavoro, perché consente alle persone di viaggiare tra i luoghi di residenza e quelli di lavoro e dunque aumenta le opportunità per lavoratori e imprese. La domanda di trasporto La domanda di trasporto nasce perché i luoghi non sono dotati di risorse in modo uguale, cioè è frutto di un’allocazione non omogenea delle risorse. Le risorse si spostano dai luoghi dove sono presenti in abbondanza verso quelli dove esiste una carenza. In termini economici, le risorse si spostano verso i luoghi dove esse hanno un valore maggiore. È per questo che il trasporto è raramente fine a se stesso; esso è in realtà un servizio. La gente si sposta per andare al lavoro, per svago, per incontrare altre persone. Le materie prime sono spostate nei luoghi di produzione e le merci nei luoghi di vendita o di consumo. Dunque i trasporti sono, quasi sempre, una domanda derivata Shopping mall 2:30 AM Return 8:30 PM Drive alone 7:00 AM Garbage pickup 10:45 PM Return 1:30 AM Delivery 7:00 PM Drive alone Restaurant 5:30 PM Drive alone Home Passengers Freight 10:30 PM Delivery 1:30 PM Walk Work 12:30 PM Walk 8:15 AM Drive alone 8:00 AM Carpool School (drop off child) 10:05 AM Parcel Pickup 10:00 AM Parcel Drop off 6 Jean-Paul Rodrigue, 2004 Crescita della domanda La crescita della domanda di mobilità è un elemento caratteristico della nostra epoca, tanto da rappresentare uno degli indicatori più significativi dello sviluppo e della vitalità di una area o di una comunità: in Europa negli ultimi 10 anni il traffico di merci è aumentato del 31% e gli spostamenti di passeggeri di circa il 20% e ancora più rilevanti si prevedono gli incrementi nelle aree a maggior tasso di crescita del mondo, come quelle asiatiche di Cina e India. Ciò è causa di problemi sia dal punto di vista dei consumi di energia, sia per quel che riguarda l’incremento del traffico e dell’inquinamento, con un significativo impatto sulla qualità della vita. Le infrastrutture di trasporto I trasporti non richiedono per forza l’uso di infrastrutture. In natura acqua e vento forniscono l’energia motrice per animali, sabbia, semi, ecc. Uomini e animali si sono spostati a lungo sulla terra e sul mare senza l’uso di trasporti meccanizzati Quando le vie di trasporto vennero usate con più frequenza, i loro utenti cominciarono a domandare in modo collettivo (ed in alcuni casi a pagare) per ottenere dei miglioramenti condizioni migliori di viaggio (confort di marcia, percorsi più brevi) migliore affidabilità dei percorsi (senza fango o allagamenti) Nasce dunque la domanda di infrastrutture di trasporto: porti, strade pavimentate, gallerie nelle montagne, ponti sulle valli. 8 I trasporti e la struttura della città L’urbanizzazione è stata rapidissima nell’ultimo secolo. Circa il 75% delle persone dei paesi sviluppati vive nelle aree urbane; il 40% nei paesi in via di sviluppo. Più del 50% complessivo dal 2008. Le città sono diventate più grandi: 19 città hanno più di 10 milioni di abitanti Parallelamente c’è una tendenza alla decentralizzazione delle attività, quindi le città sono cresciute in dimensione più di quanto non siano cresciute in popolazione Abbiamo dunque una diminuzione della densità, la rapida crescita di aree suburbane e la nascita delle hedge cities nei suburbi più periferici Ciò ha determinato una domanda crescente di spostamenti ed una forma della città che non è facilmente servita dal trasporto pubblico Il risultato (ma anche la causa) è stata una motorizzazione di massa e la modifica della struttura delle nostre città determinata dall’uso indiscriminato dell’automobile. 9 I trasporti e la struttura della città Le maggiori opportunità di scelta della localizzazione delle residenze, dei luoghi di lavoro, di istruzione, di acquisti e di svago, hanno determinato riduzione della densità residenziale ridistribuzione delle attività in siti accessibili solo al mezzo individuale ed una riduzione della domanda di trasporto pubblico e dei servizi di trasporto pubblico riduzione dell’accessibilità per le persone non motorizzate, cioè i giovani, gli anziani e i disabili. riduzione della mobilità non motorizzata Mentre le nuove strade aumentano l’accesso alle attività distribuite lungo le stesse, esse spesso determinano impatti negativi sulle aree che attraversano, per esempio separando comunità, degradando i quartieri periferici e riducendo la vivibilità residenziale e ricreativa, soprattutto a causa dell’inquinamento acustico ed atmosferico. 10 11 I trasporti e la forma della città C’è un aspetto costante del comportamento della gente che ha modificato nel tempo la forma delle città: la maggior parte delle persone non ama compiere spostamenti che durano più di mezzora. Ciò ha determinato tre tipi di città in funzione dell’evoluzione della tecnologia dei trasporti verso sistemi sempre più veloci e flessibili. Invarianza del pendolarismo nel tempo e nello spazio Reddito medio speso per spostamenti (Schafer, 2000, Tr.Res. A 34 Tempo medio giornaliero per spostamenti (Schafer, 2000, Tr.Res. A 34 13 La città pedonale La città tradizionale pedonale si è sviluppata circa 10.000 anni fa e ancora esiste in alcuni luoghi. Ha un’elevata densità (100-200 persone per ettaro), usi misti del territorio, collegati insieme da una rete di strade strette in una forma organica e adattata al paesaggio. Tutte le destinazioni possono essere raggiunte a piedi in mezzora e dunque queste città raramente hanno un’estensione maggiore di 5 km. Molte città oggi hanno delle parti che mantengono le antiche caratteristiche pedonali, o le amministrazioni hanno di proposito realizzato nuove aree pedonali. The Walking City LUCCA (Newman e Kenworthy, 1996) La città del trasporto collettivo Verso la fine del XIX secolo le città hanno subito un’espansione allorché treni e tram hanno consentito spostamenti più veloci. I treni hanno spesso determinato la nascita di piccoli insediamenti di scala pedonale attorno alle stazioni ferroviarie. I tram, d’altra parte, hanno determinato uno sviluppo lineare lungo corridoi paralleli al percorso delle linee. In entrambi i casi, aree con destinazioni d’uso misto si sono formate nei nodi ferroviari e lungo le linee tranviarie. La città assume ora una dimensione di 20-30 km, e i nodi di intersezione delle linee ferroviarie nel centro della città diventano luoghi di attività molto intensa. La densità globale si riduce a 50-100 persone per ettaro The transit city STOCCARDA (Newman e Kenworthy, 1996) La città dell’automobile Con inizio poco prima della seconda guerra mondiale e con una rapida accelerazione nel dopoguerra, l’automobile è la tecnologia che ha cambiato la forma ed il volto delle nostre città. Insieme al trasporto collettivo su gomma (bus), ha consentito uno sviluppo omnidirezionale, prima saturando le aree tra le linee ferroviarie e quindi estendendosi all’esterno per raggiungere dimensioni dell’ordine dei 50 km. Residenze in aree a bassa residenza diventano possibili, e per reazione alla città industriale, la pianificazione urbanistica tende a separare le funzioni attraverso la zonizzazione. Questo favorisce l’incremento della distanza degli spostamenti, cui si fa fronte grazie alle caratteristiche di flessibilità e velocità del mezzo individuale. La città dell’auto riduce la propria densità sino a 10-20 persone per ettaro The automobile city (Newman e Kenworthy, 1996) Distanza coperta in un’ora con i diversi modi di trasporto I trasporti e la forma della città I diversi elementi del sistema dei trasporti urbani (modi, infrastrutture ed utenti) determinano un’impronta spaziale che influenzano la forma della città. Considerando che ogni città possiede diverse caratteristiche socio-economiche e geografiche, l’impronta spaziale dei trasporti cambia in modo conseguente. Per esempio, mentre le città nordamericane tendono ad avere una forma dominata dall’automobile, molte città europee, presentando diverse opzioni modali e sviluppo delle infrastrutture, hanno forme diverse. L’ingegnere dei trasporti Pianificazione dei trasporti Progettazione delle infrastrutture di trasporto Gestione dei sistemi di trasporto 24 Obiettivi della pianificazione dei trasporti L’obiettivo di ogni sistema di trasporto è l’arrivo sicuro di persone, merci o servizi nella giusta destinazione, nel giusto tempo e con il giusto prezzo La pianificazione dei trasporti è una tecnica per prendere un insieme di decisioni per l’attuazione di interventi idonei a consentire che i trasporti possano svolgere il proprio ruolo di accessibilità all’uso delle risorse, in coerenza con gli obiettivi prefissati per il recepimento delle preferenze sociali e collettive Gli interventi sono: 25 infrastrutturali organizzativi/gestionali istituzionali/normativi Obiettivi della pianificazione dei trasporti La pianificazione non può concentrarsi solo sugli aspetti tecnici (progettare un’offerta che soddisfi la domanda), ma deve includere: 26 Aspetti umani, tenendo conto dei bisogni dell’uomo e del suo comportamento Aspetti sociali, riconoscendo che il suo valore è nel contribuire alle finalità non trasportistiche e integrando le politiche dei trasporti con quelle degli altri settori, perseguendo l’integrazione delle comunità e cercando soluzioni ai problemi più sentiti dalle comunità Aspetti politici, rendendo trasparenti e partecipati i processi decisionali, e discutendo le alternative in termini di obiettivi sociali e politici e in termini delle conseguenze attese Aspetti di scala, valutando l’opportunità di gestire in modo ottimo le infrastrutture esistenti, invece di realizzarne di nuove Aspetti economici, per aumentare la competitività dei sistemi economici e le opportunità per persone ed imprese Aspetti territoriali ed ambientali, per rispettare i principi dello sviluppo sostenibile Aspetti sociali dei trasporti Mobilità e qualità della vita urbana. Recupero delle funzioni sociali della strada Gli antichi romani assegnavano il termine di via allo “spazio su cui si va a piedi o in carrozza da un luogo a un altro”, diverso da quello di strada che designava “le vie mantenute a pubbliche spese, larghe, lastricate o inghiaiate”, insomma un posto dove stare, cioè uno spazio pubblico. La strada è uno dei componenti base della città e non va vista solo come un elemento del sistema dei trasporti urbani, ma pure come elemento essenziale della vita culturale, politica, sociale e fisica dei suoi abitanti. La strada non è un mero collegamento tra le varie parti della città, ma un luogo dove si vive e si costruiscono relazioni e senso di appartenenza ad una comunità. Già nel 1972, uno studio (Appleyard e Lintell) sulla qualità ambientale delle strade urbane di San Francisco, mostrava una forte relazione inversa tra i volumi di traffico e valori quali la sicurezza, l’identità, il comfort, il senso di comunità, la casa. Appleyard, D. and M. Lintel (1972). “The Environmental Quality of City Streets:. The Residents’ Viewpoint.” Journal of the American Institute of Planners ... 27 Aspetti sociali dei trasporti Bertand de Jouvenel nel suo libro Arcadia, trattato sul vivere meglio analizza l’effetto del traffico sul ruolo della strada come luogo di relazioni sociali: “Il traffico intenso è in contrasto con le basi storiche della democrazia. Il parlare da porta a porta mentre si gode l’aria fresca verso sera, le conversazioni incominciate per incontri casuali lungo la strada, il naturale chiacchierare all’angolo delle strade, gli incontri di gruppo nelle piazze, sono il mezzo naturale con cui l’opinione pubblica si forma. Ora il traffico ha espulso la gente dalle strade e dalle piazze; questi sono ora luoghi dove non è più possibile parlare durante il tempo libero, dove il senso pubblico non può più formarsi . Questo è un fenomeno politico di grande importanza, che dà troppo valore ai mezzi di divulgazione, i più potenti dei quali sono senz’altro la radio e la televisione, di una opinione già pronta, sviluppata in altri luoghi”. 28 Aspetti sociali dei trasporti Gli unici luoghi dove ormai una opinione personale può formarsi sono i posti di lavoro, e conseguentemente la formazione di un senso collettivo ha un fondamento professionale, ma il senso pubblico non ha più una base di quartiere. Sotto queste nuove condizioni non può più esistere la “gente” sotto il profilo morale della parola. Il popolo è, infatti, una unità di persone che, avendo un rapporto sociale abituale, si sentono, in un certo senso, come una grande famiglia.” Gli interventi nel settore della mobilità costituiscono quindi, in modo diretto o indiretto, un’occasione per attuare progetti di riqualificazione dello spazio pubblico e conseguente miglioramento della qualità della vita sociale dei cittadini. 29 aspetti economici dei trasporti costi e distanza I costi del trasporto hanno due componenti, una fissa e una variabile. La pendenza della curva è il costo unitario I costi fissi non dipendono dalla quantità di servizio utilizzato, cioè dalla distanza, dal numero di passeggeri e dalla quantità delle merci trasportate. I costi fissi comprendono i costi dell’infrastruttura, dei veicoli e del terminal, e di alcuni costi amministrativi I costi variabili variano con l’utilizzazione del servizio. Comprendono l’energia per la trazione, la manodopera e la manutenzione COSTI 30 FISSI DISTANZA I trasporti e la competizione di mercato Dato che uno degli obiettivi dei trasporti è “il giusto prezzo”, è importante ridurre i costi di trasporto. Ciò può ottenersi migliorando gli impianti di trasporto e le tecnologie, cioè veicoli più efficienti, strade più brevi, economie di scala, metodi di trasbordo più economici, ecc. Con uno stato tecnologico 1, A è più competitivo di B, con lo stato 2 accade il contrario. Questo spiega, in qualche misura, il declino degli esercizi commerciali locali a favore delle grosse catene commerciali. Economie di scala per elevati livelli di produzione e costi di trasporto ridotti rendono le grosse catene più competitive, sia su base nazionale che internazionale COSTO CB1 CA1 CA2 CB2 Costo di produzione A Costo di produzione B Produttore A ME RCATO Produttore B 31 Economie di scala Un‘ altro modo di considerare il costo è calcolare il costo totale per la fornitura di un servizio e quindi stimare il costo per unità trasportata. Quando i costi fissi sono alti, i costi unitari possono essere ridotti spostando più unità di traffico (es. autocarro e treno) costi fissi alti e costi variabili bassi costi fissi bassi e costi variabili alti 1400 1400 1200 1200 1000 1000 costo fisso 800 costo variabile 600 costo totale costo variabile 600 400 400 200 200 0 costo fisso 800 costo totale 0 0 200 400 600 800 1000 1200 0 200 400 traffico costo unitario 400 600 traffico 32 1000 1200 costo unitario 5.000 4.500 4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 0.500 0.000 200 800 traffico costo unitario 0 600 800 1000 1200 5.000 4.500 4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 0.500 0.000 costo unitario 0 200 400 600 traffico 800 1000 1200 Economia di scala Modern VLCC (305 m) 33 T2 Tanker (153 m) 1942 1975 Costi interni e costi esterni i costi dei sistemi di trasporto possono essere suddivisi in tre tipologie principali: 1. i costi di produzione del servizio (o costi dell’offerta), Costi 2. i costi di uso del servizio (o costi della domanda) interni 3. ed i costi esterni. I costi di produzione sono sostenuti, secondo i casi, da Enti Pubblici, da aziende pubbliche o private o da amministrazioni locali, per la costruzione, manutenzione e gestione delle infrastrutture di trasporto (strade, ferrovie, aeroporti, ecc.), per l’acquisto e la manutenzione dei veicoli di trasporto collettivo (autobus, treni, aerei, ecc.) e per l’esercizio e la gestione dei sistemi di trasporto collettivo (costo del personale, carburanti, lubrificanti, spese generali, assicurazioni, ecc.). 34 Costi interni e costi esterni I costi di uso del servizio sono sostenuti dagli utenti del sistema di trasporto (acquisto veicoli privati, manutenzione veicoli privati, carburanti, lubrificanti, pedaggi autostradali, costi della sosta, titoli di viaggio trasporto collettivo, ecc.). I “costi esterni”, invece, pur essendo prodotti dall’esercizio e dall’uso dei sistemi di trasporto, ricadono sulla collettività nel suo complesso, cioè anche su chi non utilizza il sistema di trasporto; tali costi sono indicati anche come “costi sociali” e rappresentano le “esternalità” prodotte dal sistema di trasporto. 35 Costi interni e costi esterni È importante notare come anche una (gran) parte dei costi di produzione del servizio (ad esempio i costi di costruzione e manutenzione delle strade pubbliche ed i contributi alle aziende di trasporto collettivo) ricadono sulla collettività; questi costi sono già (totalmente o in parte) internalizzati nel sistema dei trasporti poiché si può assumere che essi siano coperti dalle accise sui carburanti, dalle tasse sui veicoli e da tutte le altre forme di tassazione che gravano sugli utenti del sistema. Se i proventi dell’intera tassazione coprono più dell’ammontare di questi costi, la differenza può essere vista come una parziale internalizzazione dei costi esterni; viceversa, se queste tasse coprono solo una parte di questi costi la differenza dovrebbe essere sommata ai costi esterni. 36 Costi esterni I costi esterni prodotti dai sistemi di trasporto possono essere suddivisi in “principali” e “secondari”. I primi sono quei costi che risultano essere quantitativamente rilevanti e che sono stati studiati più o meno ampiamente in letteratura e sono riconducibili a: Emissioni di gas serra Inquinamento atmosferico Inquinamento acustico Incidentalità Cambiamento climatico Congestione. I costi esterni secondari, invece, sono quelli che si presume abbiano effetti poco rilevanti e/o non facilmente quantificabili; in generale, essi non sono stati oggetto di ricerche e studi sistematici ed i più importanti sono: l’inquinamento delle acque e dei suoli, i danni prodotti dalle vibrazioni, i danni a natura e paesaggio, l’intrusione visiva, l’effetto barriera, l’occupazione del suolo, l’inquinamento elettromagnetico, ecc. 37 Costi interni e costi esterni I costi esterni possono essere “totali”, se rappresentano l’intero ammontare dei costi esterni prodotti, “medi”, se rappresentano il costo per unità di traffico (veickm, passkm, t-km, ecc.) e “marginali” se rappresentano i costi prodotti, a partire dalla situazione attuale, dall’immissione nel sistema di una unità di traffico aggiuntiva. 38 Trasporti pubblici e privati I servizi di trasporto sono nati generalmente per iniziative di imprese private. Successivamente la pubblica amministrazione ne ha assunto la responsabilità; pensiamo ad esempio alle strade a pedaggio, alle ferrovie, al trasporto pubblico. Quando un servizio è erogato da un singolo produttore si dice che esiste un monopolio. In questo caso il controllo dell’offerta è unico, quindi il produttore, in assenza di leggi e regolamenti, può decidere in libertà il prezzo da applicare e lasciare che la domanda decida il numero di unità che lo utilizzeranno oppure può decidere la quantità di traffico da servire e lasciare che la domanda decida il livello dei prezzi. Il risultato sul consumatore è lo stesso, in quanto questi deve pagare il prezzo che secondo il produttore massimizzerà i suoi profitti. 39 Trasporti pubblici e privati Sebbene negli anni passati il monopolio è stato visto come un fatto negativo, la storia non dimostra che la libera concorrenza per la fornitura di servizi di trasporto sia necessariamente la migliore soluzione. L’idea che la competizione incoraggia l’iniziativa imprenditoriale e che sia una spinta al miglioramento della qualità ed all’abbassamento dei prezzi non può essere applicata ai trasporti nella stessa misura in cui può essere applicata, per esempio, al cibo in scatola. La concorrenza di mercato nell’industria produce generalmente una eccedenza temporanea di produzione. I trasporti, al contrario, essendo un servizio, sono una “merce” altamente deperibile, tanto deperibile che a meno che il servizio non sia usato nel momento in cui è prodotto, è immediatamente distrutto. Se un bus parte con i posti vuoti, la disponibilità e dunque l’opportunità di vendere quei posti è persa per sempre. 40