Infrastrutture ferroviarie

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1 Andrea Tocchetti Infrastrutture ferroviarie con la collaborazione di Vittorio De Riso e Francesca Mennitti ARACNE

2 Copyright MMVIII ARACNE editrice S.r.l. via Raffaele Garofalo, 133 A/B Roma (06) ISBN I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento anche parziale, con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi. Non sono assolutamente consentite le fotocopie senza il permesso scritto dell Editore. I edizione: aprile 2008

3 Ad Ilio Adorisio e Arturo Polese

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5 Indice Prefazione 13 CAPITOLO PRIMO La progettazione ferroviaria 15 1.I Lo studio plano altimetrico del tracciato ferroviario 15 1.II Il grado di tortuosità e l indice di allungamento 16 1.III Criteri di scelta dei tracciati in Italia ed in Europa 19 1.IV Il corpo ferroviario 20 1.V Sezione trasversale 21 1.VI Sistemi di emergenza per il ripristino di tratti di armamento 27 1.VII Le opere d arte maggiori: i ponti 29 1.VIII Le gallerie 33 1.VIII.1 La sagoma delle gallerie 35 1.VIII.2 L esercizio ferroviario in galleria 38 1.VIII.3 Le parti marginali di una galleria ferroviaria 39 1.IX Verifica di transitabilità delle linee 41 1.IX.1 Generalità sui sistemi di rilevamento dei profili degli ostacoli 47 CAPITOLO SECONDO La piattaforma ferroviaria 55 2.I La sopraelevazione delle rotaie 55 2.II I raccordi di transizione 56 2.III Richiami analitici 57 2.IV Gli effetti della sopraelevazione 62 2.V La velocità ammissibile in curva 65 2.VI I raccordi altimetrici 69 CAPITOLO TERZO La sovrastruttura ferroviaria 71 3.I Definizioni e caratteristiche tecniche 71 7

6 8 Indice 3.II Sezioni tipo 77 3.III Le rotaie 3.IV Le traverse 82 3.V Gli attacchi 85 3.VI.1 Gli attacchi Pandrol 88 3.VI Le giunzioni 96 3.VII La saldatura della rotaia 98 3.VIII Le controrotaie IX Specifiche delle FS italiane per i materiali d armamento e per lavori di rinnovamento e/o costruzione di nuovi binari per linee con Vmax fino a 230 km/h X La tecnologia del binario XI Il controllo e la revisione del binario XI.1 Le modificazioni del binario sotto l azione del traffico XII La qualità della piattaforma ferroviaria XIII Il controllo statistico delle irregolarità del binario XIV Il treno Archimede XV I cicli della manutenzione XVI La manutenzione programmata XVII Macchine per la manutenzione 145 CAPITOLO QUARTO Gli apparecchi di deviazione I Introduzione II Gli scambi III I principi di progetto degli scambi e dei deviatoi: l analisi del tracciato IV Gli aghi e gli apparecchi di manovra V Incrociamenti VI La rappresentazione di progetto degli scambi VII La sopraelevazione delle apparecchiature di scambio VIII La geometria dello scambio IX Lo studio del tracciato degli scambi X Lo studio del veicolo che percorre uno scambio e il modello matematico XI Manovra elettrica in traversa (M.E.T) XII.1 Manovra elettrica in traversa tipo CTS XII.2 Manovra elettrica in traversa tipo MET XII I passaggi a livello XIII Gli attraversamenti ferroviari 202

7 Indice 9 CAPITOLO QUINTO 215 Dinamica dei veicoli ferroviari I Il veicolo ferroviario II Fisica del moto ferroviario III Le resistenze al moto IV La resistenza al moto dei rotabili V Resistenza accidentale VI Le linee a resistenza di trazione costante e i gradi di prestazione VII La resistenza di inerzia VIII Le fasi del moto IX Le prestazioni di una locomotiva X La virtualità delle linee XI La frenatura dei treni XII Lo sforzo frenante XIII Lo spazio di arresto XIV Il freno automatico XV I requisiti della frenatura XVI Cenni sui tipi di frenatura continua XVII Cenni sulle tipologie di organi frenanti XVIII Cenni sulle norme e sul grado di frenatura delle linee XIX Sistemi moderni di valutazione per la frenatura 257 CAPITOLO SESTO La circolazione ferroviaria I Introduzione II Gli impianti di trasporto III La circolazione ferroviaria nei suoi aspetti fondamentali IV Il distanziamento ed i regimi di circolazione: i caratteri pratici del problema IV.1 Il blocco elettrico conta assi (B.c.a) IV.2 Il blocco elettrico automatico (B.A.) IV.3 Il blocco automatico banalizzato con ripetizione continua dei segnali (B.A.c.c.) V Il problema delle precedenze VI Le manovre nelle stazioni VII La capacità di traffico dell infrastruttura ferroviaria VIII La capacità di traffico delle stazioni IX Il segnalamento ferroviario X Lo studio per anamorfosi del piano schematico dei binari XI Alcuni ulteriori approfondimenti sulla circolazione e sul distanziamento 311

8 10 Indice CAPITOLO SETTIMO L impiantistica ferroviaria I Le infrastrutture per l alimentazione I.1 Sistemi di alimentazione in corrente continua e alternata I.2 Cenni sul dimensionamento degli impianti di alimentazione I.3 I sistemi di sospensione della linea di contatto: cenni I.4 La sospensione della catenaria II Le infrastrutture per i collegamenti terra treno via radio nei tunnel: generalità II.1 Introduzione allo studio dell illuminazione elettromagnetica nei lunghi tunnels ferroviari su linee elettrificate III Le infrastrutture per la logistica ferroviaria III.1 Gli impianti per lo smistamento III.2 La geometria di un impianto di smistamento III.3 Le implicazioni di tipo energetico III.4 Gli impianti ferroviari per l industria III.5 Sull infrastruttura portuale III.6 Gli impianti ferroviari nei porti III.7 Le infrastrutture per la logistica intermodale 377 CAPITOLO OTTAVO Le stazioni ferroviarie I Definizioni II Le stazioni e i centri urbani III I criteri per lo studio del piano di stazione IV Il piano schematico di stazione V I fabbricati per l utenza VI Le attrezzature e i binari per il servizio merci VII I fasci elementari di binari per il movimento e le manovre dei treni VIII Gli impianti per i trasporti combinati strada rotaia 410 CAPITOLO NONO Le ferrovie metropolitane I Criteri di scelta del sistema II Le stazioni III La sede ferroviaria in galleria IV Considerazioni indicative sui costi V L armamento VI Il rapporto fra rete stradale urbana e tracciato di una metropolitana VII Recenti sviluppi delle ferrovie in ambito urbano 453

9 Indice 11 CAPITOLO DECIMO Il sistema ferroviario italiano per l alta velocità I Generalità II Le caratteristiche costruttive dell infrastruttura II.1 L andamento altimetrico II.2 Il corpo ferroviario e le opere d arte:generalità II.3 Le caratteristiche tecniche III L alimentazione delle linee IV Il segnalamento V Dagli ATC all ERTMS: il nuovo sistema di comando e controllo della circolazione VI L ERTMS in Italia VII La sicurezza in esercizio VIII Il materiale rotabile 535 CAPITOLO UNDICESIMO Le infrastrutture ferroviarie e l ambiente I Considerazioni generali sul rumore II Il rumore ferroviario. Metodologia U.S.A III Le direttive ORE per la ricerca sul rumore IV Il monitoraggio acustico V Gli effetti sull ambiente per velocità superiori ai 250 km/h VI Gli interventi anti rumore 572 Bibliografia 573

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11 Prefazione Questo lavoro vede la luce in un periodo di grande e rinnovato fervore per il trasporto su ferro. Lo spirito col quale è stata affrontata la materia ferroviaria è quello di un apprendimento nuovo, che dia al tempo stesso un contributo alla conoscenza e all'interesse per gli aspetti molteplici che afferiscono allo studio della ferrovia. La maggiore difficoltà incontrata è stata quella di cercare di dare ai capitoli una continuità legata, appunto, al raggiungimento di questi obiettivi. Lo sviluppo della ricerca ferroviaria, la complessità dell'organizzazione del trasporto, le sue implicazioni con quello metropolitano, l'intermodalità, l'alta velocità ferroviaria sono aspetti che sotto il profilo infrastrutturale ed economico non potevano non essere considerati. Il libro consta di due parti. La prima introduce alla conoscenza del mondo ferroviario da un punto di vista infrastrutturale con riferimento alle componenti di questo modo di trasporto: il treno, la sovrastruttura ferroviaria e le loro interazioni; inoltre, si affronta lo studio del corpo ferroviario. La seconda parte tratta temi riguardanti la movimentazione, la circolazione e il distanziamento ferroviario negli sviluppi recenti e nelle implicazioni legate all'innovazione tecnologica dell'alta velocità ferroviaria. Nell'intento di dare un quadro della sostenibilità ambientale di una infrastruttura ferroviaria, si espongono infine le implicazioni ambientali relative. 13

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13 CAPITOLO PRIMO La progettazione ferroviaria 1.I Lo studio plano altimetrico del tracciato ferroviario Gli elementi fondamentali che caratterizzano un tracciato ferroviario sono il raggio minimo delle curve e la pendenza longitudinale massima delle tratte. Questi elementi vengono fissati in funzione della velocità massima, del numero e del peso dei singoli treni. Le curve incidono, quindi, sulla velocità di percorrenza di una linea, e, con le pendenze longitudinali determinano il grado di prestazione della linea medesima, equiparabile alla resistenza al moto dei convogli, incidendo quindi sulla potenza dei mezzi di trazione. Nel campo ferroviario la pendenza longitudinale viene indicata in millesimi. La pendenza longitudinale massima teorica per una linea ferroviaria è quella sulla quale sia ancora possibile, al limite, tenere ferma una locomotiva, frenata. Tale pendenza è di 1 : 7, circa il 140. Si tratta però di un limite da non superare, in pratica, sia perché il coefficiente di attrito potrebbe diminuire per cause accidentali sia perché non risulterebbe possibile alle locomotive, che tra l'altro non sono sempre ad aderenza totale, rimorchiare dei veicoli. I valori pratici assunti per la pendenza massima sono quindi, in genere, molto inferiori alla metà del valore massimo teorico sopraindicato. In una ferrovia ordinaria, ad aderenza naturale, non si dovrebbe 15

14 16 Capitolo 1 mai superare la pendenza del 35. È questo infatti il valore che attualmente viene ammesso sulla rete italiana. Per una linea a grande traffico e con velocità fino a 160 km/h è opportuno limitare la pendenza massima al 12. La pendenza del 35, per lunghe tratte, è accettabile per l'alta velocità ferroviaria su percorsi dedicati ai soli treni viaggiatori. Per contenere la pendenza massima nei limiti prestabiliti, il sistema più semplice sarebbe quello di incrementare la lunghezza di un tracciato. Nelle ferrovie questo principio tuttavia ridurrebbe la velocità di percorrenza della linea. Si vedrà, a tal fine, parlando del binario, come una curva possa essere affrontata, a parità di ogni altra condizione, a velocità più elevata nelle ferrovie a scartamento ridotto ovvero nelle linee di montagna. 1.II Il grado di tortuosità e l indice di allungamento La sequenza dei rettifili e delle curve genera, come è noto, una forza centrifuga che tende a ribaltare il veicolo, sollecita la rotaia esterna del binario e riduce il comfort dei viaggiatori. A tali inconvenienti si pone rimedio compensando, almeno in parte, la forza centrifuga anzidetta con una componente della forza peso ottenuta inclinando il piano del ferro, sul quale circolano i rotabili, ovvero soprelevando la rotaia esterna alla curva. La relazione che lega la velocità massima ammissibile al raggio di curvatura del binario è del tipo: R è espresso in metri V max in km/h. I valori della costante C, coefficiente di esercizio, valgono: per i treni di tipo A (treni pesanti con locomotive elettriche o Diesel);