CORSO DI COSTRUZIONE DI STRADE, FERROVIE ED AEROPORTI GEOMETRIA ED ARMAMENTO DELLE LINEE FERROVIARIE ORDINARIE E AD ALTA VELOCITÀ

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1 CORSO DI COSTRUZIONE DI STRADE, FERROVIE ED AEROPORTI GEOMETRIA ED ARMAMENTO DELLE LINEE FERROVIARIE ORDINARIE E AD ALTA VELOCITÀ

2 Alcuni concetti base È UN TRASPORTO A GUIDA VINCOLATA. LA FUNZIONE DI GUIDA e DI MANTENIMENTO DELLA TRAIETTORIA NON VIENE SVOLTA DAL CONDUCENTE (COME NEI VEICOLI A GUIDA LIBERA) MA DALLA VIA che è FISSA.

3 Alcuni concetti base Il veicolo stradale può muoversi con flessibilità (cambiare corsia, curvare, ridurre la velocità in funzione del traffico...), mentre il veicolo ferroviario è costretto a muoversi nella sede limitata dalle due rotaie.... I movimenti trasversali del veicolo ferroviario non possono avvenire in maniera autonoma, ma solo in corrispondenza di determinati punti della linea (scambi)...

4 Alcuni concetti base Il veicolo ferroviario è munito di ruote metalliche, in quanto non è possibile usare i pneumatici a causa della loro incompatibilità con il metallo delle rotaie (i pneumatici si romperebbero a contatto con le rotaie) La superficie di contatto ruota rotaia è dunque molto più piccola rispetto a quella pneumatico manto stradale, in quanto la deformabilità ruota rotaia è ridotta I materiali della ruota e della rotaia hanno un coefficiente di attrito, e quindi un aderenza inferiore rispetto al contatto pneumatico strada con maggiori difficoltà in fase di avvio e in fase di frenatura...

5 Alcuni concetti base... Si comprende dunque che in ferrovia è necessario utilizzare pendenze di livelletta inferiori rispetto a quelle utilizzabili nel caso stradale... -i 10 % nel caso stradale; -i 15 %o nel caso ferroviario La limitazione delle pendenze, e quindi la limitazione altimetrica, rende più complicata, per i progettisti, la realizzazione della via.

6 Alcuni concetti base... Dal punto di vista planimetrico... Il veicolo ferroviario è rigido, così come le rotaie, quindi diventa particolarmente difficoltosa la percorrenza di curve aventi raggi molto piccoli... Non si ha la possibilità di effettuare manovre particolari per correggere eventuali errori, come accade nel caso stradale dove anche se la curva dovesse avere un raggio molto piccolo, con piccole manovre, piano, piano, è possibile percorrere la curva.

7 Alcuni concetti base Riassumendo, le principali differenze tra trasporto stradale e trasporto ferroviario sono : - Il veicolo ferroviario è legato alla via in maniera completamente diversa dal veicolo stradale; - I materiali a contatto sono differenti; - Differenti sono le limitazioni di progettazione.

8 Alcuni concetti base Data la maggiore difficoltà di realizzazione delle ferrovie ci si chiede perché si realizzano... - Ragione storica: il sistema ferroviario viene messo a disposizione di un numero elevato di utenti; è diventato dunque uno strumento di emancipazione sulle medie e lunghe distanze; - Orari: certezza nell ora di partenza e di arrivo (l auto può rimanere bloccata a causa della congestione del traffico); - Costi: certezza nelle spese di viaggio; - Assenza di stanchezza dovuta alla guida; - Si può viaggiare di notte senza i pericoli che si possono verificare nel caso di guida di un veicolo stradale; - Le stazioni ferroviarie sono localizzate nel cuore della città; - Non occorrono parcheggi - Il mezzo non è di proprietà dell utente

9 Alcuni concetti base Ma le popolazioni a ridosso della ferrovia, subiscono l inquinamento acustico ed ambientale. Se aumenta il reddito l utente non desidera il sistema ferroviario. Come sarà possibile in futuro conciliare la sostenibilità del sistema ferroviario con il reddito? Se risulta alto il reddito maggiori saranno le esigenze degli utenti.

10 Alcuni concetti base I principali svantaggi: -Legati ai tempi: l utente non può decidere gli orari di partenza, ma è vincolato a rispettare quelli esistenti; - Legati ai luoghi: non tutti i punti dello spazio sono collegati dal sistema ferroviario; - Legati al comfort: siamo costretti a cambiare mezzi per arrivare a destinazione

11 L organo di rotolamento del veicolo ferroviario prende il nome di SALA MONTATA. Essa è costituita da un ASSILE a cui sono RIGIDAMENTE COLLEGATE le DUE RUOTE. Le estremità dell assile sono chiamate FUSELLI FUSELLI RUOTA BORDINO

12 La ruota è dotata di CERCHIONE. Il cerchione è dotato di BORDINO e ha la SUPERFICIE DI APPOGGIO INCLINATA verso l interno di un angolo la cui tangente è pari a 1/20. Il bordino serve ad evitare lo scavalcamento della rotaia. La sala montata può pertanto considerarsi come un DOPPIO CONO che si MUOVE sulle ROTAIE...

13 ... E proprio sulla CONICITÀ DEI CERCHIONI che si FONDA LA FUNZIONE DI GUIDA esercitata dalle rotaie sulla sala montata...

14 ... Sulla conicità dei cerchioni si fonda l azione di guida esercitata dalle rotaie sulla sala montata, infatti la presenza della conicità ha anche un effetto centrante della sala rispetto al binario nella marcia in rettifilo. Se una sala in movimento su un binario in rettilineo, per un motivo qualsiasi, non è centrata, i raggi di rotolamento delle due ruote, per effetto della conicità dei cerchioni, non saranno uguali e l asse AB sarà inclinato rispetto al piano del ferro pf delle rotaie.

15 Moto di serpeggiamento Il punto di incontro O dell asse AB con il piano pf rappresenta il centro di rotazione istantaneo e quindi la sala avrà la tendenza a ruotare attorno a detto punto. Di conseguenza la ruota di destra tenderà a rotolare su circonferenze di rotolamento minori e quella di sinistra su circonferenze maggiori. La sala tenderà quindi a spostarsi verso il lato in cui si trova il centro istantaneo e quindi a centrarsi. Il centramento si otterrà dopo una serie di movimenti trasversali rispetto all asse del binario e che andranno via via smorzandosi MOVIMENTO DI SERPEGGIO

16 La sede ferroviaria La sede ferroviaria ha funzione di SOSTEGNO e di GUIDA dei veicoli per mezzo delle rotaie. È costituita da: 1. ARMAMENTO 2. MASSICCIATA O BALLAST 3. SCUDATURA (eventuale)

17 1. ARMAMENTO È l insieme di: a. ROTAIE b. TRAVERSE c. GIUNTI d. MATERIALE DI ATTACCO AI SOSTEGNI Una coppia di rotaie costituisce il BINARIO

18 2. MASSICCIATA Ha la funzione di: - ripartire i carichi sul piano di sottofondo del corpo stradale; - assicurare il livello longitudinale e trasversale e l allineamento del binario; - assorbire gli sforzi indotti nel binario dalla circolazione dei treni; - assorbire gli sforzi longitudinali dovuti alle variazioni di temperatura; - Realizzare un filtro fra binario e ambiente nei confronti dei fenomeni vibrazionali. Il materiale lapideo costituente la massicciata deve avere un coefficiente di attrito interno non inferiore a 45 ed una massa volumica apparente non minore di 1,5 t/m 3. Gli elementi devono essere compatti ad elevata spigolosità, di bassa porosità, non gelivi, con coeff. Los Angeles non superiore a per linee ordinarie e inferiore a 16 per linee ad alta velocità. La granulometria degli inerti è caratterizzata da pezzature comprese tra 15/20 mm e 60/65 mm. Viene disposta sulla piattaforma (al di sotto del binario, ma al di sopra del rilevato) in 2 strati: sul primo si sistemano i sostegni (traverse), il secondo si pone fra questi ed anche sopra in modo da coprirli parzialmente. La superficie è conformata a doppia falda, con pendenza pari al 3,5 %.

19 PIATTAFORMA È la base di appoggio della sede ferroviaria sul terreno. Su di essa si stende la massicciata se è idonea a sopportare i carichi che transitano sulle rotaie senza produrre deformazioni o cedimenti.

20 3. SCUDATURA (bonifica del sottofondo) Si ricorre alla scudatura quando sono da temere cedimenti della piattaforma, anche per infiltrazione di acqua,che possono provocare la riduzione della capacità portante del piano di posa. Si ottiene con la realizzazione di opere di scolo per l allontanamento delle acque superficiali e la sostituzione di uno strato del terreno di sufficiente spessore con materiale granulare o mediante stabilizzazione del terreno in sito con cemento e calce.

21 1a. ROTAIA È un profilato in acciaio, organo di sostegno e guida del materiale mobile. Su di esse rotolano le ruote dei veicoli ferroviari. Nelle ferrovie il tipo di rotaia usato è quello a SUOLA o VIGNOLE. La lunghezza delle rotaie prodotte in Italia è di 36 m, successivamente saldate elettronicamente fino ad arrivare a 144 m. Le rotaie sono classificate con dei numeri (vedi fig. successiva): 50 UNI se il peso è di 50 kg/m; 60 UNI se il peso è di 60 kg/m Maggiore è il peso, maggiore è l inerzia

22 DIMENSIONI FONDAMENTALI DELLA ROTAIA A B s D a

23 1a. ROTAIA - NOMENCLATURA FUNGO: parte superiore della rotaia SUPERFICIE DI ROTOLAMENTO O TAVOLETTA DI CORSA: superficie del fungo a diretto contatto con la parte attiva del cerchione SMUSSATURA IN TESTATA: raccordo della superficie di rotolamento con i lembi laterali del fungo GAMBO: parte verticale della rotaia che collega il fungo con la suola SUOLA: elemento di appoggio della rotaia sulla traversa PIANI DI STECCATURA: facce inclinate che raccordano rispettivamente il fungo e la suola al gambo e consentono di garantire la continuità di più rotaie che vengono giuntate.

24 1a. ROTAIA - NOMENCLATURA

25 RUOTA - ROTAIA

26 1b. TRAVERSE Sono gli elementi prismatici trasversali che collegano le due rotaie in un binario corrente. Favoriscono la distribuzione dei carichi trasmessi dai veicoli sulla massicciata. Fissano le rotaie in modo da garantire la costanza nel tempo dello SCARTAMENTO. Le traverse più diffuse sono oggi in calcestruzzo armato. Il loro distanziamento dipende dal tipo di linea: - Modulo 6/10 (10 traverse ogni 6 metri) per linee ad alta velocità; - Modulo 6/9 (9 traverse ogni 6 metri) per linee ordinarie.

27 1b. TRAVERSE IN LEGNO SEZIONI TRASVERSALI DI ALCUNI TIPI DI TRAVERSE IN LEGNO

28 1b. TRAVERSE ESEMPI DI TRAVERSE

29 ATTACCHI Insieme di dispositivi atti ad assicurare l ancoraggio della rotaia alla traversa, a mantenerne la corretta posizione trasversale e longitudinale e se necessario a garantirne l isolamento elettrico. Gli attacchi possono essere di 2 tipologie: - DIRETTI: l attacco garantisce anche la posizione della rotaia (ormai in disuso) - INDIRETTI: la funzione del collegamento rotaia-traversa e la funzione di assicurare la posizione della rotaia sono separate. ATTACCO DIRETTO ATTACCO INDIRETTO

30 ATTACCHI L ancoraggio della rotaia alla traversa può essere realizzato mediante ARPIONI, CAVIGLIE o INGLOBATI. Gli attacchi possono anche essere classificati in base alle loro caratteristiche elastiche in RIGIDI o ELASTICI.

31 ATTACCHI - figure ATTACCO VOSSLOH ATTACCO PANDROL ATTACCO NABLA ATTACCO K SU TRAVERSA IN C.A.P. GANASCIA E CHIAVARDA DI GIUNZIONE

32 GIUNTI Elemento longitudinale di acciaio che collega una rotaia con l altra. Possono essere SOSPESI o NON SOSPESI in relazione alla posizione del giunto rispetto alla traversa. VISTA DI UN GIUNTO DI ROTAIA NON SOSPESO

33 GIUNTI VISTA DI UN GIUNTO DI ROTAIA SOSPESO

34 GIUNTI SEZIONE DI UN GIUNTO DI ROTAIA (la rotaia è ad attacchi indiretti)

35 SCARTAMENTO È la distanza tra i bordi interni dei funghi delle rotaie, misurata normalmente all asse del binario a 14 mm sotto il piano del ferro. Il valore dello scartamento universalmente accettato è 1435 mm In Italia si adotta anche un valore di scartamento ridotto pari a 950 mm in alcune linee ferroviarie secondarie e di scarsa importanza. Nelle curve di raggio inferiore a 275 m, per facilitare l iscrizione del veicolo e ridurre la resistenza, lo scartamento subisce un allargamento, fino a raggiungere un valore di 1465 mm per le curve con raggio inferiore a 150m

36 SCARTAMENTO L allargamento dello scartamento viene realizzato spostando la rotaia interna verso il centro della curva; la rotaia esterna non viene interessata perché costituisce la guida del veicolo che affronta la curva, sollecitato trasversalmente verso l esterno dalla forza centrifuga. L allargamento viene realizzato : - 1 mm per m di binario, se la velocità massima di percorrenza della curva 70 km/h; - 2 mm per m di binario, se la velocità massima di percorrenza della curva < 70 km/h; - 3 mm per m di binario, per le curve di binari secondari aventi raggio inferiore a 300 m.

37 TIPI DI LINEE

38 TIPI DI LINEE

39 TIPI DI LINEE

40 TIPI DI LINEE In curva c è una doppia conformazione della massicciata (o Ballast) in modo tale da non aumentare eccessivamente lo spessore della massicciata (o Ballast) stessa.

41 SEZIONE TIPO CON SOTTOBALLAST Per il raggiungimento di alte velocità, si è ritenuto necessario ottenere un miglioramento della parte superiore della piattaforma con l introduzione di un nuovo elemento strutturale (SOTTOBALLAST) idoneo a mantenere inalterata la geometria del binario, e tale da garantire una migliore distribuzione nel sottofondo delle sollecitazioni statiche e dinamiche trasmesse dal traffico, resistere alle sollecitazioni a fatica ed ai cicli gelo-disgelo, ed impedire la contaminazione tra massicciata e terreno. Il SOTTOBALLAST può essere realizzato in misto cementato (inerti con basso dosaggio di cemento) ovvero in conglomerato bituminoso, come si è attuato nella costruzione della direttissima Roma-Firenze.

42 SEZIONE TIPO CON SOTTOBALLAST MASSICCIATA SOTTOBALLAST Si inserisce uno strato di sottoballast, per garantire meglio il trasferimento dei carichi alla piattaforma

43 SEZIONE TIPO PER LINEE AD ALTA VELOCITÀ Abbiamo differenti spessori tra linee normali e quelle destinate alle alte velocità. Si possono utilizzare motori diesel (trasmettono da soli potenza alle ruote), motori elettro-diesel, elettrici

44 LINEE AD ALTA VELOCITÀ Le nuove linee veloci sono costruite con avanzati standard tecnologici per consentire migliori prestazioni in termini di sicurezza, velocità... Sono adottate sia tecnologie e infrastrutture avanzate per il controllo automatico della circolazione dei treni e per la sicurezza in galleria, sia un sistema di alimentazione elettrica che consente maggiore potenza di trasporto e minimizzazione dell impatto sull ambiente, sia pendenze e raggi di curvatura del tracciato funzionali a velocizzare la circolazione dei treni, sia opere civili (viadotti, trincee, gallerie, rilevati) tali da garantire il migliore inserimento della nuova infrastruttura nel territorio. Le linee veloci sono realizzate con caratteristiche tecniche adeguate all esercizio misto (passeggeri e merci). L armamento impiegato è generalmente realizzato con rotaie tipo UIC 60 kg/m, posate in barre da 144 m, ed unite in lunghe rotaie saldate (LRS), traverse monoblocco in c.a.p. di lunghezza 2,60 m e passo 60 cm. La massicciata è posta su uno strato di sottoballast realizzato in conglomerato bituminoso, di larghezza 13,60 m (sezioni in rilevato) e di 13,24 m (sezioni in trincea). Il sottoballast è adagiato su uno strato (supercompattato), dello spessore di almeno 30 cm e grado di costipamento maggiore del 95 %. I deviatoi devono essere percorribili sul ramo deviato alla velocità di km/h.

45 CARATTERISTICHE TECNICHE DELLE LINEE AV ITALIANE TIPO DI TRAFFICO misto (passeggeri, merci) VELOCITA MAX DI PROGETTO 300 km/h SAGOMA LIMITE GABARIT C RAGGIO DI CURVATURA MINIMO 5450 m PENDENZA MASSIMA ALLO SCOPERTO 18 %o PENDENZA MASSIMA IN GALLERIA 15 %o SOPRAELEVAZIONE MASSIMA 10,5 cm RAGGIO MINIMO RACCORDI ALTIMETRICI 20 km CARICO MASSIMO PER ASSE 25 t LARGHEZZA DELLA SEDE 13,6 m INTERASSE BINARI 5 m SEZIONE GALLERIE NATURALI 82 m 2

46 ANDAMENTO PLANIMETRICO Il tracciato è costituito da una successione di RETTIFILI, CURVE di TRANSIZIONE e CURVE CIRCOLARI. L elemento che condiziona la velocità massima ammissibile su una linea ferroviaria è il raggio delle curve circolari. Osservazioni sperimentali hanno valutato che il tempo durante il quale la cassa del veicolo riacquista il suo originario assetto verticale dopo l uscita da una curva, per cui è consigliabile interporre tra due curve consecutive discordi, un tratto di rettifilo di lunghezza pari a lr = (1,5 V)/3,6

47 ANDAMENTO ALTIMETRICO Il tracciato è costituito da LIVELLETTE, definite univocamente tramite la loro lunghezza e pendenza e da RACCORDI CIRCOLARI. In ambito europeo sono usate pendenze fino al 35%0 per linee per soli viaggiatori e fino al 21%0 per linee promiscue. I raggi degli archi circolari che raccordano due livellette consecutive sono dimensionati in modo da contenere l accelerazione centrifuga del veicolo nel piano verticale. Nella rete italiana il raggio verticale normalmente usato è pari a 3000 m, equivalente ad una accelerazione centrifuga di 1,03 m/s 2, per V = 200 km/h. Tale valore è incompatibile con un livello di comfort accettabile anche per V< 200 km/h, per cui si impiega un raggio pari a R = VPolitecnico 2 /2 di Bari

48 SAGOMA LIMITE Per assicurare i libero transito dei veicoli deve essere sempre garantito un franco minimo (150 mm in rettifilo e in curve con raggi non inferiore a 250 m) tra ciascun punto della sagoma limite del veicolo e gli eventuali ostacoli. Le dimensioni della sagoma limite sono dimensioni standardizzate che non devono essere superate. La sagoma limite europea è un po più piccola

49 SAGOMA LIMITE DELLE LINEE F.S.

50 SAGOMA LIMITE INTERNAZIONALE EUROPEA

51 Il trasporto ferroviario Inserzione di un veicolo ferroviario in curva Ogni coppia di ruote è rigidamente calettata sul proprio asse, per cui le due ruote di una stessa sala possono ruotare sempre con la stessa velocità angolare Ma quando una sala si immette in una curva le sue ruote devono percorrere, a parità di angolo al centro, distanze diverse dato che i raggi delle due rotaie differiscono dello scartamento. Avendo le due ruote la stessa velocità angolare, il moto avverrà con un certo scorrimento tra ruote e rotaie

52 Inserzione di un veicolo ferroviario in curva Per evitare, o quanto meno ridurre, tali scorrimenti, le ruote dei veicoli ferroviari hanno cerchioni che svolgono secondo superfici coniche con inclinazione di 1/20. Le due rotaie del binario, a loro volta, non sono montate con il loro asse verticale bensì con gli assi inclinati, sempre di 1/20 e sono convergenti verso il centro del binario. Il piano di rotolamento di ciascuna rotaia non è pertanto orizzontale ma ha un inclinazione di 1/20.

53 Inserzione di un veicolo ferroviario in curva Quando il veicolo ferroviario è in rettifilo, la sala montata è centrata rispetto al binario e i raggi dei cerchi di rotolamento delle due ruote sono uguali e pari a r0

54 Inserzione di un veicolo ferroviario in curva Se il veicolo ferroviario percorre una curva, per effetto della forza centrifuga, la sala montata si sposta verso l esterno della curva (di tanto quanto le viene permesso dal gioco tra i bordi interni delle rotaie e quelli esterni dei bordini) Ciò fa sì che la ruota esterna rotoli su un diametro maggiore di r0, mentre quella interna su un diametro minore di r0, che compensa la differenza di percorso che le due ruote sono costrette a percorrere con la stessa velocità angolare

55 Il trasporto ferroviario Inserzione di un veicolo ferroviario in curva Perché una sala, supposta isolata, possa muoversi senza strisciamenti lungo una curva, il cui raggio di curvatura, misurato in corrispondenza della rotaia interna sia R, è necessario che gli archi percorsi dalle due ruote, relativi ad un angolo al centro α, risultino: 2π r 1 n = ( R + d )α e 2π r 2 n = R α dove n è il numero di giri delle due ruote, uguale nei due casi. Facendo il rapporto tra le due uguaglianze si ha: r 1 R + d = R r 2 r 0 + Δ tanγ R + d = Δ tanγ R r 0...

56 Inserzione di un veicolo ferroviario in curva... da cui risolvendo rispetto a R si ha: R r 0 Δ tan γ = d 2Δ tan γ Ponendo Δ = 15 mm (spostamento trasversale che può subire la sala all interno del binario), tanγ = 0,05 (g è l inclinazione dei cerchioni) e d = 1,50 m (distanza tra la mezzeria dei due cerchioni di una sala) si ha: R 1000 r0 Tenendo conto che le ruote dei veicoli ferroviari hanno un diametro di circa 1000 mm, il raggio minimo dei tracciati ferroviari dovrebbe essere sempre superiore a 500 m

57 Inserzione di un veicolo ferroviario in curva ANGOLO DI ATTACCO In tutti i casi esiste un ANGOLO DI ATTACCO tra piano della ruota e piano della ruota a piano tangente alla curva nel punto in cui il cerchione tocca sul fungo della rotaia. Tale angolo fa sì che il bordino tocchi sempre il bordo interno del fungo nel punto O che è sempre spostato in avanti, nel senso del moto, rispetto al punto O in cui il cerchione poggia sul piano superiore dello stesso fungo...

58 Inserzione di un veicolo ferroviario in curva A causa della forza con la quale il bordino è spinto a premere su O, si generano delle forze di attrito che cercano di far sì che il punto di istantanea rotazione sia O anziché O. Se tali forze hanno la prevalenza sul peso, la ruota si alza, sale con il bordino sul fungo della rotaia e si ha lo svio dell asse. L entità delle forze che provocano lo svio dipende dal coefficiente di attrito cinetico f tra bordino e rotaia e dal valore dell angolo β (< 90 ) che il piano cotangente a bordino e fungo nel punto di loro contatto forma con l orizzontale. Il naturale consumo dei bordini provoca un aumento degli angoli β ciò fa sì che le usure in genere non rappresentino una condizione che favorisce gli svii.

59 STABILITÀ DEL VEICOLO IN CURVA La condizione di stabilità del veicolo è sempre garantita, ma dato che la forza centrifuga influenza sia la stabilità dell accoppiamento dinamico ruota rotaia (pericolo di svio) sia l entità delle resistenze al moto in curva (che diventerebbero eccessive se il bordino aderisse eccessivamente alla rotaia esterna) sia la stabilità dell armamento ferroviario (pericolo di slineamento del binario), si REALIZZA LA SOPRAELEVAZIONE TRASVERSALE DEL BINARIO ESTERNO RISPETTO A QUELLO INTERNO.

60 STABILITÀ DEL VEICOLO IN CURVA STABILITA DEL VEICOLO FERROVIARIO IN CURVA IN PRESENZA DI SOPRAELEVAZIONE

61 STABILITÀ DEL VEICOLO IN CURVA L innalzamento della rotaia esterna, nel caso di linee ad alta velocità, può creare difficoltà: se la velocità è dell ordine di 200 km/h, è evidente che la forza centrifuga è elevatissima, quindi avremo bisogno di una elevata sopraelevazione in curva, creando molte difficoltà per la stabilità del veicolo ferroviario in curva... Per evitare il problema di deragliamento, il valore del raggio della curva deve essere molto elevato... In caso contrario è possbile utilizzare dei veicoli ad assetto variabile.. Il pendolino è costituito da veicoli ferroviari che si inclinano in funzione della forza centrifuga...

62 RELAZIONE TRA GRANDEZZE GEOMETRICHE E CINEMATICHE Se un veicolo percorre una curva di raggio R, subisce l azione di una forza centrifuga Fc applicata nel suo baricentro e rivolta verso l esterno della curva. Tale forza, agendo sul veicolo, ne facilita lo svio per sormonto della rotaia esterna da parte del bordino e essendo trasmessa al binario, lo sollecita trasversalmente, provocandone, in condizioni limite lo slineamento. Rispetto al comfort dei passeggeri, è inoltre causa di notevoli disturbi, soprattutto nelle curve con raggio elevato. Si impone pertanto un limite alla Fc, ovvero sull accelerazione ac: - ac = 0,6 m/s 2 per i treni pesanti; - ac = 0,8 m/s 2 per i treni viaggiatori formati da materiale leggero; - ac = 1,0 m/s 2 per i treni viaggiatori composti da materiale con elevata stabilità e bassa aggressività sul binario; - ac = 1,8 m/s 2 per i treni ad assetto variabile.

63 RELAZIONE TRA GRANDEZZE GEOMETRICHE E CINEMATICHE Per ridurre gli effetti della forza centrifuga si realizza la SOPRAELEVAZIONE h della rotaia esterna rispetto a quella interna. Per sopraelevazione si intende la differenza di quota tra le due rotaie in curva in una sezione normale all asse del tracciato. Per raggiungere le sopraelevazioni stabilite, occorre realizzare idonee rampe di raccordo. Nelle curve circolari prive di curve di transizione, la rampa di raccordo si sviluppa nel tratto in rettifilo adiacente al punto di tangenza alla curva. La presenza della sopraelevazione nei tratti in rettilineo senza la compensazione della forza centrifuga provoca uno spostamento del veicolo verso la rotaia bassa finchè l entrata in curva e l insorgere istantaneo della Fc non determina il brusco spostamento del veicolo verso la rotaia alta. È necessario, dunque, i raccordi a curvatura variabile e crescente dal punto di tangenza con il rettifilo al punto di tangenza con la curva circolare per una lunghezza uguale a quella del raccordo di sopraelevazione.

64 RACCORDI PLANIMETRICI L applicazione istantanea della forza centrifuga, nel punto di tangenza di una curva circolare con il rettifilo di ingresso alla curva stessa, provoca moti anomali tanto più severi quanto maggiore è la forza e quindi la velocità del veicolo ferroviario. La stessa cosa si verifica all uscita della curva, per effetto della cessazione istantanea della forza centrifuga. Nelle rampe di sopraelevazione, create nel rettifilo di accesso alla curva, la situazione è più grave, in quanto il veicolo si accosta alla rotaia interna nel rettifilo per poi spostarsi bruscamente su quella esterna all inizio della curva. Pertanto si introduce un raccordo planimetrico che ha lo scopo di definire una variazione graduale sia della curvatura, e quindi della accelerazione trasversale, sia della sopraelevazione. Nel caso di passaggio rettifilo cerchio le curve di transizione si inseriscono tra il rettifilo e la curva circolare di raggio R, in modo che la curvatura 1/r, nulla nel punto di tangenza con il rettifilo, si porti progressivamente ad un valore 1/R non nullo, nel punto di tangenza con la curva. Quindi anche la sopraelevazione e la forza centrifuga non compensata varieranno da un valore nullo nel rettifilo, ad un valore non nullo nel punto terminale della curva di transizione, seguendo la stessa legge di variazione della curvatura.

65 RACCORDI PLANIMETRICI Le ferrovie italiane adottano, come curva di transizione la PARABOLA CUBICA di equazione: 1/r = x / L R con R raggio della curva e L lunghezza del raccordo. All origine del raccordo, essendo x = 0, si ha 1/r = 0, mentre alla fine del raccordo, nel punto di contatto con la curva circolare, essendo x = L, si ha 1/r = 1/R. Per inserire la parabola cubica nel tracciato è necessario che nel punto finale, oltre alla stessa curvatura sia raggiunta la stessa ordinata e la stessa tangente tra raccordo e curva circolare.

66 GLI APPARECCHI DEL BINARIO Si classificano in un funzione dei movimenti consentiti: 1. SCAMBI O DEVIATOI SEMPLICI: consentono la deviazione da un binario ad altri due; 2. SCAMBI O DEVIATOI MULTIPLI: consentono la deviazione da un binario ad altri due; 3. INTERSEZIONI: consentono il reciproco attraversamento di due binari che si intersecano; 4. SCAMBI INTERSEZIONI (semplici o doppi): consentono sia la deviazione che l attraversamento reciproco fra due binari; 5. COMUNICAZIONI (semplici o doppi)

67 SCAMBI SEMPLICI SCHEMA DI DEVIATOIO SEMPLICE DESTRO SCHEMA DI DEVIATOIO SEMPLICE SINISTRO

68 ELEMENTI STRUTTURALI DI UNO SCAMBIO I principali elementi strutturali che costituiscono uno scambio sono: - AGO: rotaia di profilo speciale, lavorata per accoppiarla al contrago. Gli aghi di uno scambio sono due e sono collegati da tiranti, costituiscono un telaio mobile che secondo la posizione assunta, consente di proseguire sul corretto tracciato o sul ramo deviato; - CONTRAGO: rotaia lavorata collegata alle due rotaie del binario da deviare; - TELAIO DEGLI AGHI: complesso dei due contraghi, dei due aghi ad essi accoppiati e dei tiranti che collegano i due aghi; - CUORE: dispositivo sul quale avviene l incrocio del corretto tracciato e del ramo deviato; - COTROROTAIE: profili speciali laminati, accoppiati alla rotaia e posati nella zona del cuore, per garantire la guida della sala del veicolo in corrispondenza della zona centrale del cuore; - TELAIO DEL CUORE: insieme del cuore e delle controrotaie; - ROTAIE INTERMEDIE: rotaie che uniscono tra loro il telaio degli aghi e quello del cuore.

69 ELEMENTI STRUTTURALI DI UNO SCAMBIO

70 ELEMENTI STRUTTURALI DI UNO SCAMBIO 1- Ago sinistro. 2- Ago destro. 3- Contrago sinistro. 4- Contrago destro. 5- Punta dell ago. 6- Primo cuscinetto di punta. 7- Secondo cuscinetto di punta. 8- Terzo cuscinetto di punta. 9- Fermascambio a morsa. 10- Apparecchio distanziatore dell ago discosto. 11- Tiranteria di manovra. 12- Cerniera elastica.