La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari

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1 La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari R. Licciardello (*), G. Malavasi (*), A. Tieri (**), P. Vitali (*) (*) SAPIENZA Università di Roma, DICEA Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale (**) ERF Esercizio Raccordi Ferroviari di Porto Marghera

2 La Ricerca I valori di riferimento per la manutenzione dell'infrastruttura in termini di qualità geometrica di binario previsti dalle normative nazionali ed europee non forniscono molte informazioni specifiche per i raccordi ferroviari. Esse appaiono concepite per i binari e i deviatoi delle linee principali, appartenenti alle reti nazionali interoperabili, esercite a velocità normalmente superiori a 80 km/h con rallentamenti a velocità di 40 km/h, e quindi ben superiori a quelle di interesse per questo lavoro, in genere inferiori a 10 km/h. L'obiettivo generale della ricerca è pertanto la definizione per i raccordi ferroviari di possibili valori di riferimento per la geometria del binario, e degli apparecchi di binario (deviatoi), che possano integrare tali normative. I principi di base nella definizione di tali valori sono la massimizzazione dell efficienza tecnicoeconomica ed il mantenimento dell'accettabilità del rischio associato all'esercizio ferroviario. La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 2

3 Introduzione Migliaia di raccordi (lunghezza dell'ordine di 1 km) Decine di porti di dimensioni ragguardevoli (rete ferroviaria dell'ordine di 10 km) Decine di impianti ferroviari per le merci inclusi i terminal intermodali (rete ferroviaria dell'ordine di 10 km) Vi sono pertanto migliaia di chilometri di binario da percorrere a velocità inferiore a 30 km/h, spesso a passo d uomo. Tali binari sono interessati da una buona parte del traffico ferroviario in termini di t-km, e costituiscono spesso i "colli di bottiglia" del sistema. La qualità geometrica dei binari dei raccordi Ridurre i costi di manutenzione di tali binari, pur mantenendo o migliorando gli attuali livelli di sicurezza, significa liberare risorse per potenziarli in termini di capacità. La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 3

4 Introduzione Norme europee (STI INF, serie EN 13848) Norme nazionali (Disp. RFI 27/2007) concepite per la linea e non per il raccordo (il primo intervallo di velocità di linea regolamentato è quello 0-80 km/h) Applicare tali norme per analogia ai raccordi potrebbe comportare binari di qualità sproporzionata rispetto alle esigenze. Gli intervalli di ispezione e di manutenzione potrebbero quindi essere troppo ravvicinati rispetto alle esigenze, con evidenti ricadute sul costo di esercizio. Tali norme non sono nemmeno cogenti sui raccordi privati La necessità di determinare, per i raccordi ferroviari, possibili valori di riferimento per la geometria del binario, e degli apparecchi di binario (deviatoi), che possano integrare tali normative. La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 4

5 Introduzione Approccio basato sul Regolamento 352/2009 della Commissione Europea (recentemente ribadito con il Reg. 402/2013) il quale definisce un metodo comune di sicurezza per l'analisi dei rischi Rischio = Probabilità x Danno Statistiche disponibili Assenza di modellistica consolidata Individuazione di sistemi di riferimento analoghi non consentono di dedurre risultati significativi Analisi critica della documentazione di riferimento reperibile La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 5

6 Grandezze di valutazione del binario Livello longitudinale delle due rotaie (mm) Allineamento delle due rotaie (mm) Scartamento del binario (mm) Livello trasversale di binario (mm) Sghembo di binario (mm/m) misura la difettosità misura la difettosità misura la distanza tra misura la difettosità misura la differenza legate ai moti dei legate ai moti del le face interne delle legata alla differente di altezza delle due rotabili in direzione rotabile nel piano due rotaie misurata a altezza delle due rotaie riferita ad una verticale orizzontale 14 mm sotto il pdf rotaie base longitudinale livello long. sx livello long. dx allineamento sx allineamento dx scartamento livello trasversale sghembo Difetto di sovralzo (non analizzato in questa sede in quanto non presente nella rete di interesse) La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 6

7 Grandezze di valutazione del binario Nella i valori di riferimento hanno solitamente più livelli, essendo quelli meno stringenti corrispondenti a valori di attenzione, e il massimo livello corrispondente a valori di intervento immediato (IAL - Immediate Action Limit). La normativa europea adotta un approccio conforme al Reg. 402/2013, per cui si intende per intervento (action) ogni atto che, in caso di supero degli IAL, ripristini il livello di rischio a quello corrispondente al rispetto degli IAL, che è considerato accettabile Serie EN I valori limite dati nella EN sono per binario sotto carico, e viene affermato che potrebbe essere necessario tener conto della possibile differenza nelle misure qualora si effettuino misure in assenza di carico. La norma EN raccomanda la misura sotto carico (valore minimo equivalente ad un carico per asse tale da ottenere 2,5 t per ruota con rigidezza di binario di 180 kn/mm) La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 7

8 Grandezze di valutazione dei dispositivi d armamento È raffigurato un dispositivo semplice nel quale vengono illustrate le grandezze di valutazione della geometria di quello che la STI stessa definisce dispositivo d'armamento, ossia i deviatoi o scambi con le quote riferite al solo ramo "di corretto tracciato", ossia quello non deviato. Pur essendovi numerosi tipi di scambi, caratterizzati da diverse possibilità di deviazione, diversi raggi di curva, diverse tangenti, le quote indicate possono essere estese per analogia a tutti i casi pratici. ago discosto controrotaia punta del cuore zampa di lepre Le quote caratteristiche si possono classificare a grandi linee in: quote di libero passaggio, quote di protezione del cuore (o "incrocio" nella terminologia STI), scartamenti e altre quote legate a gole e contro-rotaie. La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 8

9 Grandezze di valutazione e eventi pericolosi Le grandezze di valutazione sono legate a potenziali effetti pericolosi dell'esercizio ferroviario. Tali effetti pericolosi sono legati all'interazione tra le sale montate dei rotabili in transito e l'infrastruttura. Si assume che le sale montate rispettino le tolleranze previste (ad es. in Europa l'apposita norma EN 15313). Grandezze di valutazione del binario Grandezze di valutazione dei dispositivi d armamento La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 9

10 Grandezze di valutazione e eventi pericolosi - binario Grandezze di valutazione del binario Azioni sul rotabile dipendenti dalla velocità Se correlata a Danno* Livello longitudinale delle due rotaie (mm) Sghembo di binario (mm/m)!! Allineamento delle due rotaie (mm) Scartamento del binario (mm) Livello trasversale di binario (mm) Sghembo di binario (mm/m) x Scartamento del binario (mm) Sghembo di binario (mm/m) La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 10 S V I O *Allo svio di un carro che trasporti merci pericolose è da associare l'ulteriore danno associato all'eventuale perdita del carico. La probabilità di perdita di carico è anch essa funzione della velocità

11 Grandezze di valutazione e eventi pericolosi - deviatoio La ridotta velocità di marcia potrebbe avere l'effetto di ridurre l'entità del danno. Tuttavia per i dispositivi d'armamento la sicurezza dipende soprattutto dalle grandezze di natura geometrica, e quindi non si individuano in prima analisi grandezze per le quali si riduce la probabilità del danno con la velocità. Grandezze di valutazione del DEVIATOIO Azioni sul rotabile dipendenti dalla velocità Danno* Quote di libero passaggio Quote di protezione del cuore Quote legate a scartamenti, gole e contro-rotaie x x x La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 11 S V I O *Allo svio di un carro che trasporti merci pericolose è da associare l'ulteriore danno associato all'eventuale perdita del carico. La probabilità di perdita di carico è anch essa funzione della velocità

12 livello longitudinale [mm] allineamento [mm] scartamento [mm] Confronto dei valori di riferimento IAL per il binario EN RFI Disp. 27/2007 TDOK 2013:0347 BN Livello longitudinale Allineamento Scartamento velocità [km/h] EN DISP.27 BN138 4 TDOK 2013:0347 BN138 4 EN DISP velocità [km/h] EN13848 MIN EN13848 MAX BN138 4 MIN BN138 4 MAX TDOK MIN TDOK MAX velocità [km/h] Livello longitudinale Sghembo Scartamento La norma europea EN riporta i valori meno restrittivi. Il rispetto della norma EN si può considerare come condizione necessaria e sufficiente per garantire l'accettabilità del rischio dell'esercizio ferroviario. La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 12

13 Confronto dei valori di riferimento IAL per il deviatoio STI INF Strumento di riferimento Carrello per misura in continuo della geometria del deviatoio RFI L94 Calibro (misura discreta) Sembrerebbe esserci poco margine per poter adottare valori di riferimento meno restrittivi La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 13

14 Conclusioni e sviluppi futuri La norma europea EN riporta i valori meno restrittivi Sembrerebbe esserci poco margine per applicare valori meno restrittivi Un'analisi più approfondita dei meccanismi fisici alla base dei valori di riferimento osservati, basata sulla comprensione dei principi ispiratori che si è iniziato a delineare in questa prima fase della ricerca BINARIO SVILUPPI FUTURI Valori relativamente più elevati di sghembo, di scartamento e di livello longitudinale, purché tali valori non permangano per lungo tempo La normativa sulla qualità geometrica del binario e l'esercizio dei raccordi ferroviari 14