Quando si progettano infrastrutture come strade, ponti, svincoli o tunnel, non è sufficiente garantire un certo livello di illuminazione. L’omogeneità è un valore ben più importante.
Infatti, il problema principe di una superficie illuminata in modo non uniforme sono le aree troppo luminose alternate a zone d’ombra, il che riduce la capacità visiva dei conducenti, aumenta l’affaticamento dell’occhio e rende più difficile la percezione di ostacoli o irregolarità del manto stradale.
Perché l’uniformità luminosa è importante
L’occhio umano non si adatta istantaneamente ai cambiamenti di luminosità. Quando un conducente attraversa zone illuminate in modo disomogeneo, il sistema visivo deve continuamente adattarsi a livelli differenti di luminanza.
Questo fenomeno può provocare diversi effetti negativi:
- riduzione della capacità di distinguere oggetti sulla carreggiata;
- aumento del tempo di reazione del conducente;
- maggiore affaticamento visivo durante la guida notturna;
- diminuzione della percezione della geometria della strada;
- aumento del rischio di incidenti in presenza di ostacoli.
In una strada correttamente illuminata, invece, la superficie appare visivamente uniforme. L’utente percepisce la carreggiata come una superficie continua e ben leggibile.
Differenza tra luminanza e illuminamento
Per comprendere correttamente il concetto di uniformità luminosa è necessario distinguere due grandezze fondamentali dell’illuminotecnica: luminanza e illuminamento.
L’illuminamento rappresenta la quantità di flusso luminoso che colpisce una superficie ed è espresso in lux (lx). È un parametro utilizzato soprattutto nelle strade urbane o negli spazi pedonali.
La luminanza invece rappresenta la luce riflessa dalla superficie stradale percepita dall’occhio del conducente. Si misura in cd/m² (candele per metro quadrato) ed è il parametro utilizzato nelle strade ad alta velocità.
Nella progettazione illuminotecnica delle strade extraurbane e autostradali si utilizza principalmente l’uniformità di luminanza.
Tipologie di uniformità luminosa
Le normative tecniche distinguono diverse tipologie di uniformità. Ognuna descrive un aspetto specifico della distribuzione luminosa sulla carreggiata.
Le principali sono l’uniformità generale, longitudinale e trasversale.
Uniformità generale
L’uniformità generale è il parametro più utilizzato nella progettazione stradale. Descrive il rapporto tra la luminanza minima e la luminanza media della carreggiata.
La formula è la seguente:
Uo=LminLavgU_o = \frac{L_{min}}{L_{avg}}Uo=LavgLmin
dove:
- LminL_{min}Lmin è la luminanza minima misurata sulla superficie stradale;
- LavgL_{avg}Lavg è la luminanza media.
Se, ad esempio, una strada presenta una luminanza media di 1,2 cd/m² e una luminanza minima di 0,5 cd/m², l’uniformità generale risulta:
Uo=0,51,2=0,42U_o = \frac{0,5}{1,2} = 0,42Uo=1,20,5=0,42
Questo valore rientra generalmente nei requisiti richiesti per molte classi stradali.
Uniformità longitudinale
L’uniformità longitudinale descrive la distribuzione della luminanza lungo la direzione di marcia. È particolarmente importante nelle strade illuminate con pali installati lateralmente.
Il parametro si calcola come rapporto tra la luminanza minima e la luminanza massima lungo la linea centrale della carreggiata.
Un valore basso di uniformità longitudinale genera il cosiddetto effetto zebra, ovvero l’alternanza visiva di zone chiare e scure lungo la strada.
Uniformità trasversale
L’uniformità trasversale descrive invece la distribuzione della luce da un lato all’altro della carreggiata.
Questo parametro è influenzato da diversi fattori:
- altezza dei pali;
- inclinazione dei corpi illuminanti;
- larghezza della carreggiata;
- distribuzione fotometrica delle lampade.
Una scarsa uniformità trasversale può rendere difficoltosa la percezione dei bordi della strada o delle barriere di sicurezza.
Requisiti normativi secondo UNI EN 13201
La norma europea UNI EN 13201 stabilisce i requisiti illuminotecnici per le diverse categorie di strade.
Per le strade ad alta velocità, appartenenti alla classe ME, vengono generalmente richiesti i seguenti valori minimi:
- luminanza media compresa tra 0,75 e 2 cd/m²;
- uniformità generale UoU_oUo ≥ 0,4;
- uniformità longitudinale UlU_lUl ≥ 0,7;
- controllo dell’abbagliamento con indice TI ≤ 10–15%.
Questi valori possono variare in funzione del traffico, della velocità media e dell’importanza dell’infrastruttura.
Fattori che influenzano l’uniformità luminosa
L’uniformità della luce non dipende solo dalla potenza delle lampade installate. In realtà è il risultato di diversi parametri progettuali.
Tra i più importanti troviamo:
- distanza tra i pali di illuminazione;
- altezza dei sostegni;
- inclinazione degli apparecchi illuminanti;
- distribuzione fotometrica delle ottiche;
- riflettanza della pavimentazione stradale.
Interdistanza dei pali
La distanza tra i pali è uno dei parametri più sensibili. Se i pali sono troppo distanti tra loro, si generano inevitabilmente zone poco illuminate.
Ad esempio, consideriamo una strada con pali alti 10 m. In molti casi il rapporto ottimale tra distanza e altezza del palo è compreso tra 3 e 4.
Questo significa che l’interdistanza tra i pali dovrebbe essere compresa tra:
d=3×10=30 md = 3 \times 10 = 30\ md=3×10=30 m d=4×10=40 md = 4 \times 10 = 40\ md=4×10=40 m
Distanze superiori a questi valori tendono a peggiorare l’uniformità luminosa.
Altezza dei pali
Aumentare l’altezza dei pali permette di migliorare la distribuzione della luce sulla carreggiata. Tuttavia pali più alti comportano:
- maggiori costi strutturali;
- maggiore esposizione al vento;
- necessità di apparecchi illuminanti più potenti.
La scelta dell’altezza ottimale rappresenta quindi un compromesso tra uniformità luminosa ed efficienza economica.
Ottiche dei corpi illuminanti
Gli apparecchi moderni utilizzano sistemi ottici progettati con grande precisione.
Le ottiche stradali possono essere:
- simmetriche;
- asimmetriche;
- cut-off (schermate per limitare l’abbagliamento).
Le ottiche asimmetriche sono le più utilizzate perché permettono di proiettare la luce lungo la carreggiata con maggiore uniformità.
Uniformità luminosa nei ponti e nelle infrastrutture complesse
Nei ponti e negli svincoli l’uniformità luminosa assume un ruolo ancora più importante.
Queste infrastrutture introducono infatti variazioni nella geometria della strada che possono influenzare la percezione visiva del conducente.
In particolare, nei ponti occorre prestare attenzione ai seguenti aspetti:
- continuità luminosa tra strada e ponte;
- illuminazione uniforme delle corsie laterali;
- assenza di zone d’ombra vicino alle barriere di sicurezza;
- controllo dell’abbagliamento dovuto alla riflessione su superfici metalliche.
Una progettazione accurata permette di evitare effetti visivi indesiderati quando il veicolo entra o esce dal ponte.
Simulazioni illuminotecniche e software di progetto
Oggi la progettazione dell’illuminazione stradale viene effettuata attraverso software di simulazione illuminotecnica.
Il software utilizza modelli fotometrici degli apparecchi illuminanti e modelli matematici della riflettanza dell’asfalto. Il risultato finale è una griglia di punti di calcolo sulla carreggiata dalla quale vengono determinati i parametri illuminotecnici.
L’arrivo di un software non significa però che il tecnico non debba conoscere nel dettaglio i criteri base di uniformità luminosa: come molte discipline dipendenti dalla tecnologia, anche qui la professionalità umana comanda, la macchina risponde.