Le linee Alta Velocità. Storia e traguardi

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1 Le linee Alta Velocità Storia e traguardi

2 Le linee Alta Velocità Storia e traguardi

3 La storia Dopo la fine delle guerre napoleoniche a seguito del congresso di Vienna, durante il periodo di quella che sembrava una pace imposta, misteriosamente esplode in Europa l epoca dei grandi inurbamenti con l inizio dell epoca industriale e dei grandi collegamenti fra i nuovi poli dello sviluppo. Fin dall inizio l esigenza di collegamento e scambio viene affrontata e risolta dalle linee ferrate con la realizzazione immediata e conseguente dei grandi ponti ferroviari e delle grandi fabbriche per la produzione delle locomotive, in grado di rispondere all esigenza di una organizzazione industriale del lavoro che richiedeva trasporti di notevoli quantità di merci e persone con tempi di collegamento ridotti. Tali esigenze sono state brillantemente risolte da treni sempre più grandi e veloci. L articolata orografia del territorio italiano, con le grandi incisioni dei corsi d acqua e il disegno degli Appennini e delle Alpi, richiede e spiega perché in Italia per permettere lo sviluppo delle reti ferroviarie si siano realizzate opere di straordinaria arditezza e complessità ingegneristica. Con l affermazione e lo sviluppo delle ferrovie, che per la rigidezza del tracciato ferroviario impongono il superamento dei grandi corsi d acqua a quote e con tracciati prefissati, alla metà degli anni 80 del XIX secolo comincia la costruzione dei grandi ponti con struttura in carpenteria metallica ad arco. Le Strade Ferrate dell Alta Italia, di cui Ferrovie dello Stato è l erede naturale, realizzarono uno dei più belli e grandi ponti ad arco in carpenteria metallica il ponte di Paderno d Adda (Fig.1-2) che, quasi contemporaneo al ponte di Garabit in Francia, rappresenta una delle più belle espressioni dell ingegneria dei grandi ponti in carpenteria metallica, rimasta insuperata sino ai giorni nostri. Le linee Alta Velocità. Storia e traguardi

4 La realizzazione delle grandi opere d arte dell ingegneria civile, è accompagnata, nel tempo, dallo sviluppo delle altre componenti ferroviarie: armamento, linee e impianti di trazione elettrica, tecnologie di sicurezza e comando/controllo che permettono la realizzazione di questo sistema ferroviario complesso, in cui convogli della massa di 1000 ton percorrono i binari a una velocità di 300 km/h in piena sicurezza e con il massimo comfort per il passeggero. Tutto ciò è permesso dallo sviluppo di tecnologie di primato e dalle elevate conoscenze tecniche e gestionali dei tecnici delle Ferrovie dello Stato. (Fig.1) Ponte di Paderno d Adda 3

5 L Alta Velocità Le nuove linee Alta Velocità/Alta Capacità e la riqualificazione del servizio ferroviario nelle aree metropolitane rappresentano la soluzione alla congestione contemporanea delle grandi aree e dei corridoi metropolitani, restituendo alla modalità ferroviaria un ruolo centrale per lo sviluppo del sistema di trasporto e della mobilità del paese. Le scelte strategiche per la concezione della nuova rete sono state: Integrazione con i corridoi internazionali del network europeo ad Alta Velocità, rispondente alle Specifiche Tecniche di Interoperabilità; Linee progettate per traffico misto AV e merci; (Tab.1) Rete fortemente interconnessa con quella convenzionale, anche per garantire una elevata flessibilità di esercizio; Separazione e specializzazione del traffico ferroviario, con decongestionamento dei principali nodi ferroviari e recupero di capacità da dedicare al trasporto regionale e metropolitano e merci. Tab. 1 - Principali parametri progettuali delle linee ad Alta Velocità Tipo di servizio Passeggeri e merci Velocità massima treni viaggiatori 300 km/h treni merci 120 km/h Frequenza treni 5 min. Raggio minimo di curvatura 5,450 m. Pendenza massima 18 (eccezionalmente 25 ) Scartamento 1,435 m. Interasse tra i binari 5 / 4.5 m. Sezione gallerie 82 m 2 Massa per asse 25 T Sistema di trazione elettrica 2x25 kv - 50 Hz Sistema di segnalamento ERMTS livello 2 Le linee Alta Velocità. Storia e traguardi

6 Opere civili Il progetto delle opere civili è stato condotto sulla base di specifici standard tecnici fondati sulle più moderne normative tecniche nazionali ed internazionali per le Linee ad Alta Velocità/Capacità (ivi comprese le Specifiche Tecniche di Interoperabilità ferroviaria europee S.T.I.), sulle nuove tecnologie sperimentate negli ultimi anni e sulla sintesi efficace della pluridecennale esperienza di gestione tecnico-operativa dell infrastruttura ferroviaria esistente. Le opere civili sono state progettate per assicurare alti livelli di sicurezza, elevate prestazioni, agevole manutenibilità e adeguata durabilità in coerenza con una marcia dei convogli e comfort dei passeggeri per velocità di esercizio di 300 km/h. Per incrementare la conoscenza del comportamento delle opere ferroviarie e controllarlo nel tempo, sotto l influenza degli agenti esterni, è stato previsto un complesso sistema di monitoraggio installato su diverse tipologie di opere ed in diversi siti, interrogabile anche da remoto. Per garantire l idoneo inserimento territoriale e ambientale dell infrastruttura ferroviaria è stato messo a punto un articolato e innovativo approccio alle problematiche del territorio che ha visto il confronto sistematico con tutti gli attori coinvolti nel processo di realizzazione: dalle prime fasi progettuali (Valutazione Impatto Ambientale) alle fasi realizzative (Osservatori Ambientale) sino al completamento e alla attivazione dell infrastruttura. Di seguito vengono illustrate quattro opere significative, realizzate in ognuna delle quattro tratte che compongono l attuale rete AV/AC. (Fig.2) Progetto del Ponte di Paderno d Adda 5

7 Viadotto ad Archi Multipli tratta Roma Napoli Il viadotto rappresenta una reinterpretazione dei classici viadotti ad archi multipli della secolare tradizione delle linee ferroviarie italiane. Lungo circa 2400 m, è composto da 74 archi in cemento armato di forma parabolica, disposti su 2 file parallele ad interasse di 8.40 m e costituisce un piano continuo d appoggio per la sovrastruttura ferroviaria. Gli archi hanno corda di m e freccia di 7 m. Il disegno del ponte è scaturito dall obbligo di rispondere alle esigenze paesaggistiche indicate per valorizzare il fascino ambientale degli antichi Regi Lagni. (Fig. 3) (Fig. 3) Viadotto ad Archi Multipli, tratta Roma Napoli Le linee Alta Velocità. Storia e traguardi

8 Ponte ad arco a via inferiore sul Naviglio Grande tratta Torino Milano L opera ripete il disegno dei classici ponti ad arco a spinta eliminata, utilizzati dalle ferrovie sin dalle prime realizzazioni. Ha una luce di 60 m ed è costituito da due archi in acciaio con sezione aperta a doppia T giacenti su piani verticali e paralleli, ad interasse di m; la freccia in chiave dell arco è pari a 12 m. L impalcato è costituito da un grigliato di traversi e longherine e la sua larghezza complessiva è di m. (Fig. 4) (Fig. 4) Ponte sul Naviglio Grande, tratta Torino-Milano 7

9 Ponte ad arco a via inferiore sulla Sieve tratta Firenze Bologna Anche in questo caso la limitata altezza del piano del ferro rispetto al corso d acqua ha obbligato l adozione della classica soluzione dell arco a spinta eliminata. Il ponte ha una luce di 75 m ed è costituito da due archi in acciaio a sezione scatolare giacenti su piani obliqui convergenti verso l alto e da un impalcato in struttura mista acciaio calcestruzzo; anche le catene sono in sezione scatolare sempre ispezionabili. La distanza fra gli appoggi è di 75 m, la freccia è pari a 16 m e la larghezza massima del ponte (intradosso archi) è di circa 19 m. (Fig. 5) (Fig. 5) Ponte sulla Sieve, tratta Firenze-Bologna Le linee Alta Velocità. Storia e traguardi

10 Ponte Strallato sul Po tratta Milano Bologna Il ponte strallato sul Po presenta una campata centrale da 192 m e due campate di riva da 104 m e, complessivamente 92 stralli di lunghezza ed inclinazione differenziate. L impalcato è una trave continua con appoggio fisso su una torre ed appoggi scorrevoli sull altra e sulle pile di riva: ne discendono lunghezze dilatabili di 296 m e 104 m che, richiedono apparecchi di dilatazione delle rotaie. L impalcato a cassone ha una altezza costante nella campata centrale di 4.7 m. La larghezza complessiva è di 15.7 m. Le torri hanno una altezza di 60 m, di cui 51 al disopra dell impalcato. (Fig.6) (Fig. 6) Ponte Strallato sul Po, tratta Milano-Bologna 9

11 Le alte prestazioni richieste ai ponti e ai viadotti sono state controllate attraverso severi collaudi statici realizzati con l uso di un treno di carico appositamente costruito, che riproduce le azioni teoriche adottate nel progetto delle opere. (Fig. 7) (Fig. 7) Convoglio per collaudo statico (Fig. 8) Binario AV Le linee Alta Velocità. Storia e traguardi

12 L armamento L armamento delle nuove linee ad Alta Velocità (Fig. 8-9) ha mantenuto la medesima configurazione tipologica di quello impiegato nelle linee ferroviarie convenzionali. La tradizionale configurazione della sovrastruttura ferroviaria è stata accompagnata da una evoluzione di tutta la componentistica d armamento e delle metodologie di posa; detta evoluzione è legata sia allo sviluppo tecnologico intercorso nel campo dei materiali e delle lavorazioni, sia all esigenza di incrementare i livelli prestazionali dell armamento stesso. Le traverse, realizzate in calcestruzzo precompresso, hanno subito un incremento nelle loro dimensioni, passando da una lunghezza di 2.30 m ad una lunghezza di 2.60 m con un incremento di massa di oltre il 50%, le nuove traverse conferiscono al binario percorso ad alta velocità un maggiore peso per unità di lunghezza, a garanzia di una migliore stabilità del telaio del binario stesso. L evoluzione nel campo delle traverse non si è limitata alle dimensioni ma ha riguardato l impiego dei materiali, il processo di fabbricazione nel suo complesso e le procedure di omologazione. (Fig. 9) Deviatoio con cuore a punta mobile 11

13 Elettrificazione Le nuove tratte del sistema AV italiano sono elettrificate a 2x25 kv c.a. e gli impianti di trazione elettrica sono stati progettati per soddisfare i requisiti prestazionali connessi alla nuova tipologia di traffico AV che prevede treni che viaggiano a 300 km/h ed assorbono notevoli valori di potenza al pantografo, fino a circa 12 MW, con un treno ogni 5 minuti. Ogni sottostazione elettrica può alimentare tratte di linea ferroviaria di lunghezza rilevante, mediamente di 50 km. (Fig. 12) In corrispondenza della sottostazione e dei tratti intermedi tra due sottostazioni sono realizzati dei posti di sezionamento della catenaria (tratti neutri) ove è possibile cambiare le fasi della tensione di alimentazione. (Fig. 10) Impianti di Trazione Elettrica. Tratta Torino-Milano Le linee Alta Velocità. Storia e traguardi

14 La linea di contatto è stata progettata per ottenere una adeguta qualità di captazione alla velocità di progetto di 300 km/h dimensionando opportunamente il tiro delle condutture che è stato aumentato sensibilmente rispetto alle linee tradizionali. (Fig 10-11) Tutti i componenti costituenti la catenaria sono stati oggetto di apposita sperimentazione effettuata su una tratta campione al fine di verificarne il comportamento dinamico rispetto alle ripetute sollecitazioni dei treni a 300 km/h. (Fig. 11) Vista elettrificazione di piena linea 13

15 Alle estremità delle tratte elettrificate a 25 kv c.a. sono previste, in prossimità dei nodi urbani e delle interconnessioni, sezioni elettriche terminali alimentate a 3 kv c.c.. Nelle interconnessioni con la linee convenzionali alimentate a 3 KV c.c. sono stati realizzati i posti di confine (POC) che hanno lo scopo di mantenere la separazione meccanica ed elettrica tra i due sistemi e di consentire, tramite le apparecchiature di bordo, il cambio automatico di alimentazione al passaggio del treno fino a 250 km/h. In prossimità dei POC, al fine di ridurre le interferenze elettromagnetiche tra i due sistemi, sono state sviluppate e realizzate apposite apparecchiature di filtraggio, denominate filtri POC. (Fig. 12) Sottostazione Elettrica. Tratta Bologna - Firenze Le linee Alta Velocità. Storia e traguardi

16 Tutte le apparecchiature delle sottostazioni e della linea di contatto sono comandate e controllate tramite nuovi sistemi DOTE AV, (Fig. 13) con i quali è possibile riconfigurare in tempo reale gli impianti per garantire la continuità di esercizio anche in caso di guasti o anomalie e controllare lo stato delle diverse apparecchiature nonché i valori della tensione e della corrente di linea. (Fig. 13) Nuova postazione Dote AV 15

17 Tecnologie di sicurezza, comando e controllo La velocità di 300 km/h rende inutilizzabile il segnalamento laterale ad oggi in uso nelle linee convenzionali delle ferrovie italiane. E infatti impossibile a tale velocità per l occhio umano distinguere l aspetto di un dispositivo posizionato esternamente al convoglio; è stato quindi necessario sviluppare un nuovo sistema di distanziamento. L importanza di pervenire ad un unico standard europeo che consentisse l uniformità dei sistemi di comando/controllo del traffico ferroviario su scala europea, con la conseguente prospettiva di conseguire una reale interoperabilità tra le varie reti ferroviarie continentali, ha determinato lo sviluppo e la definizione di un nuovo sistema tecnologico. E stato pertanto definito in termini di requisiti funzionali, prestazionali e di sicurezza il nuovo sistema di comando/ controllo del traffico ferroviario denominato ERTMS (European Rail Traffic Management System)/ETCS (European Traffic Control System) Liv. 2, che ha trovato la sua prima applicazione europea sulla tratta ad alta velocità Roma-Napoli, dove sono stati sperimentate le funzionalità del sistema e verificate le performance tecniche, di sicurezza e di affidabilità. Conseguentemente l ERTMS/ETCS Liv.2 ha avuto sulle tratte AV italiane la sua prima applicazione commerciale ed ha rappresentato un obbiettivo sfidante per le Ferrovie Italiane per l alto contenuto innovativo delle soluzioni tecniche sviluppate anche in relazione al rispetto dei parametri di affidabilità e disponibilità complessivi. Le positive risultanze dell esercizio (Fig. 14) Il Posto Centrale di Bologna Le linee Alta Velocità. Storia e traguardi

18 commerciale sulle prime tratte attivate hanno confermato la bontà progettuale del nuovo sistema tecnologico che è stato esteso a tutte le tratte AV, dotando la rete ad alta velocità di un unico sistema di gestione del traffico, all avanguardia in Europa. Le funzioni della circolazione sono realizzate in ERTMS attraverso la trasmissione ad ogni treno circolante sulla linea delle informazioni relative alle caratteristiche della linea stessa e allo spazio libero disponibile per la marcia. Viene acquisita in un posto centrale di controllo la posizione relativa di ogni treno, determinata dalla presenza di convogli su sezioni di blocco, tratti elementari in cui viene suddivisa la linea e che possono essere occupate da uno e un solo treno. (fig. 14) Le informazioni così elaborate vengono inviate ad ogni treno tramite un collegamento radio, realizzato con una rete GSM dedicata esclusivamente ad applicazioni ferroviarie, da cui l acronimo GSM-R (railway). L elaboratore a bordo treno, ricevute le informazioni relative alle caratteristiche fisiche della linea e allo spazio disponibile per la prosecuzione della marcia, determina la velocità massima ammissibile istantanea in funzione della capacità frenante dello specifico treno. Nel caso in cui in qualunque istante la velocità istantanea superi la velocità permessa interviene il sistema automatico che, tramite frenatura, riporta la velocità entro i limiti calcolati dal sistema stesso. 17

19 Contributo scientifico del Prof. Remo Calzona dell Università degli Studi di Roma La Sapienza Foto dell Archivio Ferrovie dello Stato

20 Piazza della Croce Rossa, Roma