1. Introduzione. Sommario

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1 Parametri di riferimento per la definizione della geometria dei tracciati ferroviari: limiti di interoperabilità e normativi. Giuseppe Cantisani 1, Giuseppe Loprencipe 1, Lorenzo Puzzo 1 Sommario I parametri di riferimento che consentono di definire la geometria dei tracciati ferroviari sono contenuti sia nelle normative tecniche dei vari paesi dello spazio Europeo (recependo parzialmente le indicazioni contenute nella norma EN :010) sia nelle specifiche tecniche di interoperabilità (STI) del sistema ferroviario comunitario. Queste ultime valgono limitatamente alle nuove linee immesse in servizio a decorrere dal 1 gennaio 015, ad esclusione delle linee a scartamento metrico. In questo articolo, in conseguenza della recente emanazione del Regolamento (UE) N. 199/014 della Commissione del 18 novembre 014 relativo alle STI per il sottosistema «infrastruttura», delle reti ferroviarie dell'unione europea, si vogliono evidenziare le variazioni intervenute, confrontando i limiti riportati nelle STI che hanno effetto sulla geometria dei tracciati con quelli indicati in alcune specifiche normative nazionali ed europee. Abstract The reference parameters that define the alignment geometry of railway tracks are contained both in the technical standards of the various countries of the European space (incorporating part of the particulars contained in the EN : 010) and in the technical specifications for interoperability (TSI) of Community rail system. The latter apply only to the new lines put into service on or after 1 January 015, except for the meter gauge lines. In this article, following the recent enactment of the Regulation (EU) No 199/014 of the Commission of 18 November 014 concerning TSI for the infrastructure sub-system, the railway networks of the EU, it highlights the changes, comparing the limits given in the TSI that affect the geometry of the tracks with those indicated in specific national and European regulations. 1. Introduzione Nel progetto di una linea ferroviaria, riveste primaria importanza la definizione di tutti i parametri geometrici della curva 3D composta 1 DICEA Sapienza, Università di Roma, Roma 59

2 60 Sessione E Esercizio ferroviario: aspetti ambientali che descrive convenzionalmente l asse di riferimento del binario, denominata anche, in modo sintetico, come tracciato. Tradizionalmente, come per tutti i tracciati viari, nella fase progettuale si preferisce adottare due rappresentazioni distinte per la definizione geometrica di tali curve: quella planimetrica e quella altimetrica. Nella prima gli elementi componenti, nel rispetto di un grado di continuità C, sono: segmenti rettilinei, archi di circonferenze e archi di curve di transizione. Nel caso altimetrico, essendo in generale minori le variazioni angolari, si utilizzano soltanto elementi rettilinei (chiamati livellette) e raccordi circolari (chiamati anche cilindrici), rispettando così un grado di continuità C1. Il tracciato plano-altimetrico deve essere sviluppato, in tutte le fasi progettuali, nel rispetto di tutti vincoli imposti (orografici, territoriali, ambientali, paesaggistici, economici, ecc) e con riferimento al modello di esercizio individuato (velocità, traffico, servizio, ecc), con l obiettivo di definire, per mezzo degli elaborati di progetto, la geometria dei suddetti elementi componenti. Le verifiche di compatibilità finale garantiscono che i due andamenti, planimetrico e altimetrico, si possano comporre in maniera corretta realizzando infine lo sviluppo tridimensionale del binario. Ogni Ente fornisce degli standard normativi per stabilire i valori di riferimento (limite, di soglia, ottimali, ) per tali parametri geometrici, i quali, avendo una conseguenza diretta sull esercizio dell infrastruttura, necessitano di attenta valutazione e applicazione nella fase progettuale. In particolare, per garantire le esigenze di interoperabilità, alcuni di questi parametri sono anche considerati nelle specifiche tecniche (STI) del sistema ferroviario comunitario, al fine di permettere la libera circolazione del materiale rotabile nell intero territorio di appartenenza degli Stati membri. In questo articolo vengono presentate le principali relazioni esistenti tra i parametri geometrici del tracciato e le velocità di progetto evidenziando e confrontando le principali differenze riscontrabili tra le diverse normative.. Raggio minimo planimetrico e sopraelevazione massima Rispetto ai valori da assumere per i raggi delle curve planimetriche, l impostazione generale da adottare nel progetto è quella di scegliere

3 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie 61 sempre il massimo valore possibile, compatibilmente con tutti i vincoli esistenti per il tracciato. Questa indicazione trova giustificazione poiché così rimane possibile consentire futuri incrementi della velocità dei treni, mantenendo invariato il tracciato, anche se ciò potrebbe indurre un notevole innalzamento dei costi di costruzione e di manutenzione, a causa della maggiore incidenza di opere d arte (viadotti e gallerie). Come valore minimo assoluto da impiegare, indipendentemente dalle condizioni di circolazione, tutte le norme prescrivono per i nuovi tracciati un valore di raggio minimo al di sotto del quale non è possibile scendere (Tabella 1): Tabella 1 Valori di raggio minimo indicati nelle diverse norme considerate. EN :010 RFI006 STI L356 Normale Eccezionale R 75 m 190 m 150 m 150 m Per quanto riguarda invece la determinazione del raggio minimo R di un tracciato, in funzione della velocità V, dell insufficienza di sopraelevazione limite I LIM (direttamente legata all accelerazione non compensata a NC in m/s attraverso la relazione I LIM = a NC 153) e della sopraelevazione massima D occorre invece riferirsi allo schema tradizionale semplificato che razionalizza l equilibrio in curva dei veicoli ferroviari, pervenendo alla seguente relazione generale valida per linee a circolazione omotachica: R [ m] = V D [ km / h] 11.8 [ mm] [ mm] + I LIM Per le linee a circolazione eterotachica i valori del raggio minimo R e della corrispondente sopraelevazione massima D da assumere per il tracciato dipendono da 4 parametri, che definiscono il modello di esercizio (velocità minima e massima, insufficienza ed eccesso di sopraelevazione: V, V, I LIM, E LIM ) attraverso le seguenti relazioni di equilibrio:

4 6 Sessione E Esercizio ferroviario: aspetti ambientali R [ m] [ ( V V ) km/ h] = 11.8 mm [ ] ( I + E ) LIM LIM D V [ km/ h] [ mm] mm = km/ h] LIM LIM LIM [ ( V V ) [ mm] [ ] ( I + E ) I Per I LIM le norme prescrivono dei criteri di scelta in funzione della velocità dei treni, al contrario per E LIM i valori sono fissati generalmente a prescindere dalla tipologia del treno. Tali parametri sono presentati nella Tabella e nella Tabella 3. Tabella - Parametri di esercizio per linee a circolazione eterotachica (I LIM ) V<00 00<V<50 50<V<300 I LIM [mm] Normale Eccezionale Normale Eccezionale Normale Eccezionale RFI EN I LIM [mm] STI L356 Velocità di progetto [Km/h] V V 300 V > 300 Per l'esercizio del materiale rotabile conforme alla STI "Locomotive e materiale rotabile per il trasporto passeggeri" Per l'esercizio del materiale rotabile conforme alla STI "Carri merci" Tabella 3 - Parametri di esercizio per linee a circolazione eterotachica (E LIM ) E LIM [mm] Treni passeggeri Treni merci RFI EN STI L Per la sopraelevazione D le norme fissano sempre un valore limite massimo che non può essere superato, onde evitare problemi di ripartenza in curva dei treni (Tabella 4). Tabella 4 - Valori limite per la sopraelevazione D. EN :010 RFI006 STI L356 Normale Eccezionale D 160 mm 160 mm 180 mm 180 mm

5 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie Lunghezza minima degli elementi planimetrici Gli elementi planimetrici che si susseguono, componendosi ordinatamente nel tracciato planimetrico, devono avere una lunghezza minima che, nel rispetto della velocità di marcia, garantisca specifiche condizioni. In particolare, lungo le curve di transizione devono risultare verificate le condizioni limite legate alla sicurezza di marcia, mentre per gli altri elementi (rettifili e archi di circonferenza) vengono stabiliti vincoli di esercizio correlati al comfort e alla circolazione dei rotabili. Pertanto nel progetto planimetrico ci si trova spesso a dover ricercare delle soluzioni al limite dell accettabilità, specialmente nel caso delle curve di transizione, individuando a volte delle varianti di tracciato con l obiettivo di soddisfare pienamente tutti i requisiti previsti..1 Rettilinei e Archi di circonferenza In sostanza per questi due elementi geometrici la problematica principale risulta identica: occorre garantire una lunghezza sufficiente per poter consentire al treno, in funzione della sua velocita di marcia, di assumere nuovamente una posizione di equilibrio stabile, prima di affrontare l elemento di tracciato successivo, caratterizzato da differenti condizioni riguarda alle azioni trasversali. Sono peraltro indicati alcuni valori minimi di lunghezza, in funzione della velocità massima, come riportato nella Tabella 5. Tabella 5 - Lunghezza minima dei rettifili e degli archi di circonferenza secondo le norme considerate. Val. Min. V<00 00<V<300 L [m] Normale Eccezionale Normale Eccezionale RFI V /3 V /5 V /1.5 V /.5 EN V /3 V /5 V /1.5 V /.5 STI L Curve di transizione

6 64 Sessione E Esercizio ferroviario: aspetti ambientali Per le curve di transizione il dimensionamento della lunghezza minima richiede una particolare attenzione in quanto, in questi tratti, si ha la variazione simultanea di tutte le grandezze geometriche che governano il moto in curva (raggio e sopraelevazione) e, di conseguenza, variano anche le azioni dinamiche trasversali. Il compito del progettista è quello di trovare, in funzione della velocità di marcia, un lunghezza di curva di transizione sufficiente a limitare gli effetti negativi legati alla variazione repentina di tali azioni. A tal fine vengono definite tre grandezze di riferimento (di cui solo due legate al tempo e quindi alla velocità di marcia) che il progettista può utilizzare per determinare la lunghezza minima dei raccordi di transizione: pendenza del raccordo (dd/dl) in mm/m rapporto di variazione della sopraelevazione (dd/dt) in mm/s rapporto di variazione dell insufficienza della sopraelevazione (di/dt) in mm/s. Una volta definite le soglie di accettabilità per ciascuna delle precedenti tre grandezze si possono calcolare le lunghezze minime da assegnare ai raccordi di transizione attraverso le seguenti relazioni [ ] L m [ L [ L m] m] d dl V V 1 lim d 3.6 dt I di 3.6 dt 1 lim 1 lim Il generico raccordo dovrà soddisfare tutti e tre criteri, quindi si dovrà considerare la più limitativa tra le tre lunghezze (ossia la maggiore). Per le tre grandezze di riferimento sopra definite le normative individuano delle soglie di accettabilità in funzione della velocità di marcia che vengono riassunte nella Tabella 6 A B e C.

7 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie 65 Tabella 6 - Parametri di riferimento per la progettazione delle curve di transizione. A RFI006 EN :010 STI L356 [mm/m] Normale Eccezionale Normale Eccezionale dd/dl ,5 B [mm/s] V<00 00<V<300 dd/dt Normale Eccezionale Normale Eccezionale RFI EN I< EN <I< STI L C [mm/s] V<00 00<V<300 di/dt Normale Eccezionale Normale Eccezionale RFI EN I< EN <I< STI L Elementi geometrici del profilo altimetrico Gli elementi geometrici del profilo altimetrico, che vengono presi in considerazione nel dimensionamento del tracciato ferroviario, sono i seguenti: pendenza massima del tracciato; lunghezza minima da assegnare ai tratti di livelletta; raggi delle curve altimetriche. La pendenza massima del tracciato è un parametro che insieme al raggio minimo planimetrico condiziona l operatività della linea, nonché i costi di costruzione e di esercizio. Pertanto la scelta del valore da assumere è molto importante; nelle norme viene indicato soltanto il valore massimo della pendenza, nelle varie situazioni del tracciato e per le diverse tipologie di traffico, che non deve essere superato per

8 66 Sessione E Esercizio ferroviario: aspetti ambientali non condizionare l operatività della rete e compromettere i livelli minimi di sicurezza richiesti (Tabella 7). Tabella 7 - Pendenze longitudinali massime. Tipo linea RFI006 EN :010 p STI L356 Viaggiatori Traffico misto Stazioni e impianti 1. -,5 Fermate 10 -,5 La lunghezza minima delle livellette, al netto dei raccordi altimetrici, non deve essere inferiore ad un valore minimo che ha la stessa funzione già vista per le lunghezze minime degli elementi planimetrici. Nella Tabella 8 si riportano i valori da assumere per la lunghezza minima delle livellette, secondo le indicazioni delle diverse normative. Tabella 8 - Lunghezza minima delle livellette. RFI006 EN :010 STI L356 L (Livellette) [m] V/1.8 (min 30 m) - - Nei tracciati ferroviari, il criterio per la determinazione del raggio verticale dei raccordi tra le livellette, siano essi concavi o convessi, è quello di porre un limite al valore dell accelerazione verticale calcolando il raggio in funzione della velocità massima dei treni, mediante la seguente relazione: [ m] Rv V = 1.96 v ( a ) lim Nella Tabella 9 si riportano le indicazioni normative che permettono di determinare, in funzione della velocità massima, i raggi dei raccordi tra le livellette.

9 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie 67 Tabella 9 - Raggio minimo per i raccordi altimetrici concavi e convessi. Val. R Tipo Min. (vert) V<00 00<V<300 [mm/s] [m] Normale Eccezionale Normale Eccezionale RFI V 0.5 V + 30% 0.35 V Concavi V + 30% RFI V 0.5 V + 10% 0.35 V Convessi V + 10% EN V 0.16 V Concavi 0.35 V 0.16 V EN STI L356 STI L356 Convessi 0.35 V 0.13 V 0.35 V 0.13 V Concavi Convessi Conclusioni La progettazione dei tracciati ferroviari, in tutti i Paesi europei, è regolata da standard tecnici e normative che fissano i valori di riferimento ed altre indicazioni riguardanti i parametri geometrici principali. Nel rispetto di tali norme, i progettisti possono definire l andamento planimetrico e altimetrico delle linee di progetto, adattando le stesse in base ai vincoli posti dal territorio, dal tipo di linea e di traffico, dalle esigenze di esercizio, dalle implicazioni economiche e ambientali. Se si opera una comparazione tra le diverse regole tecniche, si possono osservare alcune differenze sia per quanto concerne i valori stabiliti per i diversi parametri caratteristici, sia rispetto alla presenza o meno di indicazioni per talune specifiche tecniche. Ciò è probabilmente dovuto alla diversa sensibilità e attenzione, nei diversi Paesi, rispetto a certe problematiche ed esigenze poste dal territorio o dalle condizioni dell esercizio ferroviario. Tuttavia le motivazioni per cui risulta necessario limitare o precisare alcuni parametri tecnici, e che per lo più sono legate alla sicurezza del moto e alla qualità della circolazione, appaiono comuni a tutti i contesti nei quali si sviluppa la progettazione. Inoltre le esigenze della interoperabilità, all interno dell intero territorio europeo, hanno posto per talune condizioni (le più importanti riguardo alla possibilità di far

10 68 Sessione E Esercizio ferroviario: aspetti ambientali circolare rotabili diversi) l esigenza di unificare, per quanto possibile, i valori di riferimento per le caratteristiche delle linee e dei tracciati. Appare quindi utile, partendo dalla considerazione delle motivazioni sottostanti, porre a raffronto i valori di riferimento riportati nelle norme nazionali o europee. Nell articolo sono stati perciò esaminati gli aspetti più salienti, con riguardo allo sviluppo della progettazione geometrica delle linee di tracciato, considerando altresì l importanza delle scelte di progetto rispetto alle finalità generali da conseguire. Bibliografia [1] RFI Istruzione Tecnica Norme tecniche per la progettazione dei tracciati ferroviari 006. [] EN Railway applications - Track - Track alignment design parameters - Track gauges 1435 mm and wider - Part 1: Plain line. 010 [3] Gazzetta Ufficiale Europea L 356. REGOLAMENTO (UE) N. 199/014 DELLA COMMISSIONE del 18 novembre 014 relativo alle specifiche tecniche di interoperabilità per il sottosistema «infrastruttura» del sistema ferroviario dell'unione europea. 014.