LA LINEA FERROVIARIA

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1 Via Lungarini Casteldaccia (PA) LA LINEA FERROVIARIA 1. Definizioni Si definiscono: - Rotaia: l elemento d acciaio che costituisce il supporto e la guida del veicolo; la sua parte superiore, sulla quale avviene il moto delle ruote, prende il nome di superficie di rotolamento. - Binario: l insieme delle due rotaie; il piano tangente ad esse in sommità prende il nome di piano del ferro. - Traversa: l elemento su cui sono fissate le rotaie; possono essere in acciaio, in legno e in cemento armato semplice o precompresso. - Organi di attacco: i dispositivi che consentono il collegamento delle rotaie alle traverse. - Armamento ferroviario: l insieme delle rotaie, delle traverse e degli organi di attacco. - Ballast (o massicciata): è lo strato di pietrisco su cui poggiano le traverse. - Strati di sub-ballast: sono strati di fondazione, in genere formati da materiali legati al bitume o a cemento; sono sempre presenti nelle nuove linee ad alta velocità; - Piattaforma di posa: detta anche piattaforma stradale o piano di regolamento o piano di formazione, rappresenta il terreno su cui poggia la sovrastruttura ferroviaria, per lo spessore entro cui sono praticamente misurabili gli effetti del passaggio del veicolo. - Banchine: parti estreme della piattaforma di posa, destinate al transito pedonale di servizio. - Scartamento: la distanza tra le due rotaie del binario misurata tra le facce interne delle rotaie. Gli scartamenti usati nelle varie amministrazioni ferroviarie sono numerosi e diversi (variabili da 0,60 a circa 1,70 m). In Italia il valore dello scartamento è di 1,435 ed è comunemente chiamato scartamento ordinario (o 1

2 normale). Tale misura vale per i rettifili e per le curve di grande raggio (R > 485 m per le F.S.); in quelle di piccolo raggio (R < 300 m) si provvede ad un leggero aumento dello scartamento che viene portato ad un massimo di 1,465 m. Per le ferrovie secondarie è comunemente adottato uno scartamento ridotto pari a 0,95 m (in rettifilo). - Intervia: la distanza tra i bordi interni di 2 rotaie appartenenti a 2 distinti binari. Normalmente l intervia è fissato a 2,12 m in rettifilo, con maggiorazioni in curve di piccolo raggio. Nelle stazioni ferroviarie, l intervia minimo è di 2,50 m per permettere il passaggio di una persona tra 2 convogli affiancanti. - Per le nuove linee ad alta velocità, il valore dell intervia è stato portato a 2,567 m per contenere entro certi limiti accettabili le sovrappressioni che si manifestano al passaggio dei convogli. - Sovralzo: con tale dizione si intende la sopraelevazione della rotaia esterna (rispetto a quella interna) che si realizza in corrispondenza delle curve per ridurre gli effetti della forza centrifuga (pericoli di svio di una ruota o di ribaltamento del veicolo). Il sovralzo massimo ammesso nelle linee ordinarie delle F.S. è fissato in 16 cm e deriva da considerazioni riguardanti il comfort di marcia dei viaggiatori, in relazione alla necessità di limitare la sensazione di disagio e le difficoltà di equilibrio per chi sta in piedi a veicolo fermo o marciante a bassa velocità. Nella tabella sono riportati i sovralzi adottai dalle F.S. per alcuni valori di raggi delle curve e delle velocità dei convogli. 2

3 2. Le rotaie Una rotaia è composta da: - Fungo: parte superiore sulla quale poggiano direttamente le ruote ferroviarie; - Suola: parte inferiore, tramite la quale la rotaia poggia sulle traverse; - Gambo: parte centrale, posta tra fungo e suola, sede delle forature per la giunzione di due rotaie consecutive; - Superficie di rotolamento: parte superiore del fungo; - Piani di steccatura: piani di raccordo tra fungo e gambo e tra gambo e suola; sono detti così perché tra di essi sono sistemate le stecche o ganasce in prossimità delle estremità delle rotaie ed in corrispondenza delle giunzioni tra 2 rotaie consecutive. Le rotaie sono classificate in base al loro peso per metro lineare. Gli armamenti per nuove realizzazioni oggi adottati dalle R.F.I. (adeguati a pesi e velocità elevati) sono: - il tipo 50 UNI con rotaie da 49,86 kg/ml; - il tipo 60 UNI con rotaie da 60,36 kg/ml. 3

4 Si distinguono: - Armamenti leggeri: armamenti con rotaie di peso inferiore ai 46 Kg/ml - Armamenti pesanti: armamenti con rotaie che raggiungono o superano il peso di 46 Kg/ml. La relazione che lega il peso P di una rotaia (Kg/ml) alla sua sezione F in mm 2 è la seguente: P = 0,00786 F Le rotaie vengono montate con un inclinazione del loro asse verticale pari a 1/20, che è la stessa della generatrice del cono del cerchione della ruota. Per quanto riguarda la composizione chimica dell acciaio vengono imposte basse percentuali (somma minore dello 0,1%) di zolfo e fosforo in quanto questi elementi rendono fragili gli acciai. La vita media delle rotaie è di circa 20 anni; dopo tale primo periodo di utilizzazione esse vengono bonificate ed utilizzate su linee secondarie per altri 20 anni. Usura particolare si ha nei tratti in curva per i quali sono studiati opportuni sistemi di lubrificazione. 3. Le traverse Le traverse hanno lo scopo di mantenere fisso lo scartamento e distribuire nel ballast lo sforzo trasmesso dalle rotaie. Per mezzo di esse si ha l incastro dell armamento nella massicciata. Nei moderni tipi di armamento, che non ammettono scorrimenti, le traverse hanno anche il compito di bloccare le dilatazioni termiche delle rotaie e gli scorrimenti per frenatura o avvio. Le traverse possono essere composte di: - legno - ferro - cemento armato 4

5 Traverse di legno Sono il tipo più diffuso a livello mondiale ed in passato quasi esclusivo. Le traverse di legno sono prevalentemente di faggio, di quercia, di rovere e di pino. Le traverse in legno prima dell'uso subiscono un trattamento che ne assicura la durabilità e l'inattaccabilità dagli insetti e dai parassiti del legno; vengono quindi impregnate con olio di catrame di carbon fossile anche per renderle più conservabili contro dannosi effetti ambientali. Soprattutto nei paesi tropicali si utilizzano altri tipi di legname come il teak e altri legni duri e resistenti. Contrariamente a quanto si possa credere le traverse in legno in Italia sono ancora prodotte, ma vengono destinate prevalentemente a linee dove le condizioni climatiche e di esercizio rendono le traverse in cemento armato poco durevoli. Per esempio in una zona con inverni molto rigidi. Traverse in ferro Le traverse in ferro sono un tipo alternativo di traversa costruite per particolari esigenze di durata in condizioni difficili in cui quelle tradizionali di legno avrebbero vita breve o per ragione di costi o di approvvigionamento; di massima sono costituite da una barra di lunghezza opportuna con sezione a "C" alla quale sono bullonate le piastre di fissaggio delle rotaie. 5

6 Traversa a Y Una forma alternativa è la traversa a Y, costituita da una coppia di barre in acciaio modellate in modo da ottenere una traversa a forma di Y. Nel binario la traversa a Y viene montata con un punto di attacco da una parte e a due punti di attacco; la successiva in posizione inversa. La traversa a Y presenta il vantaggio di una minore sezione di costruzione e necessita di un ballast più ristretto data la migliore stabilità di posizione del binario anche nei raggi di curva più stretti e una maggiore resistenza del binario allo spostamento trasversale. Gli svantaggi sono, i costi di acquisto in costante aumento a causa degli alti prezzi dell'acciaio, e la manutenzione più costosa dato che non si adattano a tutte le moderne tecnologie meccanizzate di rinnovamento e manutenzione del binario e richiedono quindi maggior tempo in confronto ai binari a traversa classica. Inoltre non permettono velocità dei treni maggiori di 120 km/h. Su vari tratti attrezzati con traverse a Y è stata notata una forte tendenza all'ondulazione del binario con conseguente maggiore emissione sonora. Non sono quindi utilizzate se si devono soddisfare normative tecnico-acustiche ambientali restrittive. 6

7 Di sotto si riporta un esempio di traversine ad Y (a sinistra) e di tipo normale (a destra). Traverse in cemento armato precompresso Dagli anni sessanta si utilizzano sempre più traverse in cemento armato precompresso nelle nuove realizzazioni ferroviarie e nei lavori di ammodernamento al posto delle traverse in legno (laddove possibile). Esse in virtù di un peso maggiore (circa 7

8 kg) che garantisce una migliore stabilità nella posizione di montaggio e una migliore utilizzabilità per le operazioni meccanizzate di costruzione e manutenzione rappresentano ormai lo standard per tutte le linee ferroviarie importanti o ad alta velocità. 4. Attacchi Di seguito si riportano gli schemi degli attacchi tra traversa e rotaia 8

9 Con l attacco diretto la rotaia viene fissata direttamente alla traversa con chiodi (detti arpioni) o caviglie (viti da legno a testa quadra), garantisce anche il posizionamento della rotaia. L attacco indiretto ha sempre una piastra interposta collegata, tramite caviglie, alle traverse e, tramite bulloni, alle rotaie. Gli attacchi indiretti consentono un migliore collegamento tra rotaia e traversa rispetto agli attacchi diretti e la separazione della funzione di collegamento traversa-rotaia da quella di posizionamento della rotaia. 5. Ballast (massicciata) La massicciata ha il compito di: - distribuire i carichi verticali sul piano di regolamento del corpo stradale; - assicurare al binario le condizioni geometriche di progetto; - assorbire gli sforzi indotti nel binario dalla circolazione dei treni; - assorbire gli sforzi indotti nel binario dalle variazioni di temperatura; - costituire un drenaggio delle acque meteoriche; - conferire la binario elasticità; - realizzare un filtro tra binario ed ambiente nei confronti dei fenomeni vibrazionali. 9

10 Il ballast può essere costituto da pietrisco di natura endogena (graniti e basalti) ed in questo caso è definito di classe 1 o, anche, sedimentaria (classe 2) purché duro, resistente e a spigoli vivi. Il materiale lapideo da impiegare per la formazione della massicciata deve presentare un coefficiente di attrito interno non inferiore a 45 ed una massa volumica apparente non minore di 1,5 t/m 3. Deve essere composto da elementi compatti ad elevata spigolosità, di bassa porosità e non gelivi, caratterizzati da un coefficiente Los Angeles non superiore a per linee ordinarie e inferiore a 16 per linee ad alta velocità. La granulometria di tale materiale è caratterizzata da pezzature comprese tra 15/20mm e 60/65mm. Le specifiche FS impongono una pezzatura monogranulare con passante totale al setaccio con fori da 6 cm e trattenuto totale al setaccio con fori da 3 cm. Il ballast va rinnovato ogni anni perché il passaggio dei treni produce un effetto lento ma continuo di macinamento del pietrisco. 6. Sottoballast La tendenza attuale è quella di costruire nuove linee percorribili ad alta velocità. È per tale motivo che viene realizzato, interposto tra la piattaforma di posa e la massicciata, lo strato di sottoballast (o sub - ballast). Tale strato è normalmente costituito da misto cementato o da conglomerato bituminoso. L'inserimento dello strato di sub-ballast legato, aumentando la rigidezza dell'intera sovrastruttura, garantisce una minore deformabilità e in definitiva una maggiore durata. 10

11 Per dare un'idea della costituzione della sovrastruttura in presenza dello strato di subballast si riporta la sezione corrente di un tronco della linea Roma - Firenze, - ballast (massicciata): spessore min. 35 cm - sub-ballast (in conglomerato bituminoso chiuso): 12 cm - strato di rilevato supercompattato : 25 cm 7. Piattaforma di posa La piattaforma di posa rappresenta il terreno su cui poggia la sovrastruttura ferroviaria e corrisponde a quello che in ingegneria stradale viene detto piano di sottofondo. Dal punto di vista delle caratteristiche meccaniche essa non differisce da quest'ultimo. Dal punto di vista geometrico la piattaforma viene realizzata con due piani inclinati spioventi verso l'esterno per facilitare lo scolo delle acque. L'inclinazione delle falde è del 3,5% (o del 3% se esiste uno strato di sub-ballast in misto legato a cemento o a bitume). La larghezza della piattaforma è funzione dello scartamento, dell'intervia, del numero dei binari, del sovralzo e dello spessore degli strati superiori. Dalla larghezza della piattaforma dipende poi la larghezza della sede stradale. A titolo indicativo nelle ferrovie a scartamento ordinario delle F.S. si hanno i valori minimi della larghezza della piattaforma indicati in Tabella. 11

12 Si riportano di seguito alcune sezioni tipiche del corpo stradale 12

13 8. Sezioni ferroviarie I valori diversi per le linee principali e secondarie sono dovute essenzialmente al maggiore spessore di massicciata richiesta dalle prime. 13

14 Nelle linee percorse da convogli viaggianti ad alta velocità (> 200 km/h) la larghezza della piattaforma viene maggiorata. La maggiore intervia viene imposta per diminuire le notevoli sovrapressioni che altrimenti si creerebbero all'incrocio tra due convogli viaggianti ad alta velocità; anche le banchine laterali sono di larghezza maggiore a salvaguardia dell'incolumità del personale di linea. Bibliografia - Infrastrutture ferroviarie: Elementi caratteristici: la strada ferrata, meccanica della locomozione Prof. Giovanni Leonardi (2009); - Corso di tecnica ed economia dei trasporti: Armamento ferroviario Docente: Michele Ottomanelli (2007); - Lecture 02 La strada ferrata: corpo stradale e sovrastruttura ferroviaria Docente: Ing. Morinella Giunta; - Traversa ferroviaria it.wikipedia.org. Casteldaccia, lì Ing. Francesco Solazzo 14