TRENI E VIBRAZIONI Alcune considerazioni P. Suhadolc

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1 TRENI E VIBRAZIONI Alcune considerazioni P. Suhadolc DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA Universita degli Studi di Trieste

2 Introduzione In Europa il numero di linee ferroviarie in galleria aumentera nei prossimi 20 anni a causa dell esiguo spazio disponibile in superficie. E naturale quindi porsi il problema di un buona previsione del livello delle vibrazioni (e del rumore) indotte nelle costruzioni vicine alla linea. Si deve pertanto studiare la propagazione delle onde vibratorie attraverso la roccia ed i suoli soffici generate dal movimento dei treni. Il livello delle vibrazioni indotte comunque deve essere monitorato ed eventualmente ridotto con opportune contromisure per stare al di sotto della soglia prevista dalla normativa nazionale ed internazionale. La conoscenza delle vibrazioni indotte dai treni di superficie e relativamente buona, mentre quella relativa ai treni in galleria e sicuramente da migliorare.

3 Vibrazioni indotte dai treni I treni che corrono in galleria generano vibrazioni causa l interazione delle ruote coi binari e la sottostante struttura. Tali vibrazioni si propagano come onde sismiche fino in superficie e sono percepite sia come vibrazioni che come rumore indotto.

4 Sorgente-tragitto-ricevitore Sorgente: treno e linea Tragitto: la galleria (construzione) e propagazione delle vibrazioni nella roccia e suolo Ricevitore: il costruito

5 Sorgente Sorgente: peso del treno che si muove lungo i binari Il carico variera a causa sia delle irregolarita nelle ruote e nei binari, sia a causa della diversita nella struttura di supporto sotto i binari. Vari parametri caratterizzano il livello e l intensita delle vibrazioni indotte: -struttura della linea (peso, composizione, velocita treno) - interfaccia ruota-binario (difetti ruote, moto non uniforme, accelerazioni e decelerazioni) - irregolarita dei binari - variazioni nella struttura di supporto

6 Sorgente Frequenze delle vibrazioni: da circa 4 Hz a qualche migliaio di Hz. Livello delle accelerazioni (galleria in suolo, velocita treno 45 km/h):

7 Tragitto La costruione della sottostruttura dei binari influenza notevolmente la propagazione (attenuazione) delle vibrazioni indotte. Le caratteristiche del mezzo (roccia o suolo soffice) inoltre influiscono sul livello dele vibrazioni. Nella roccia le vibrazioni sono in genere minori dai 5 ai 10 db. Le vibrazioni si propagano nel mezzo circostante sotto forma di onde sismiche (di corpo o di superficie) e sono attenuate sia geometricamente (fronte d onda) sia per attenuazione intrinseca del mezzo. Causa l eteregeneita del mezzo la propagazione e calcolata numericamente.

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10 Ricevitore Attraverso le fondazioni del costruito le vibrazioni si propagano nel costruito e causano la vibrazione delle sue parti (pavimento, mura, soffitto). Esse veranno percepite come vibrazioni di corpo e come rumore acustico a bassa frequenza. Solo in rari casi causerano danni strutturali agli edifici. Le vibrazioni proprie della case normali sono al di sotto dei 10 Hz, la stessa banda di frequenza come per i terreni soffici, e quindi e possibile il fenomeno della risonanza.

11 Contromisure Le contromisure piu efficaci per ridurre le vibrazioni sono quelle apportate alla sorgente (lungo la linea ferroviaria): - superficie dei binari (acciaio alta resistenza, buona manutenzione) - traversine e suole dei binari (in gomma) - ancoraggio dei binari (flessibili) - spessore del materiale sotto i binari (almeno 30 cm) - sistema di attenuatori nel materiale (strati elastici, molle in acciaio o isolanti sismici in gomma dura) - incremento del peso complessivo della galleria

12 Amplificazioni dovute al tipo di terreno Il tipo di terreno puo portare all amplificazione delle vibrazioni. Nei terreni duri (roccia) le onde sono poco amplificate, e di solito solo nella roccia fratturata. L amplificazione e inversamente proporzionale alla velocita delle onde sismiche, che risulta piu alta nella roccia compatta. Nei terreni molli (sedimenti piu o meno compatti) l amplificazione puo raggiungere fattori piu o meno grandi. Anche la topografia puo portare all amplificazione delle onde sismiche.

13 Trieste old city centre Pal. Carciotti Response spectra SSR (transfer function) method The 14/09/2004 Rijeka (Croatia) earthquake M L 4.5, distance about 76 km, 120 Response spectra HVSR (receiver function) method Reference station: TRI inside a natural cave (limestones) Quanterra Q4120 and STS-1 differentiated -

14 EFFETTI LOCALI A GEMONA Gemona fan GESC GEPF GETM La cattedrale di Gemona del Friuli costruita sul conoide alluvionale e distrutta dal terremoto del 6 maggio 1976 L area dove sorge Gemona è caratterizzata da sedimenti terrigeni (Flysh) localmente ricoperti da uno strato quaternario sottile (< 130 m), che forma un bacino sedimentario. Le stazioni accelerometriche GEPF (stazione di riferimento su roccia), GESC (nella parte inferiore del conoide alluvionale) e GETM (nel bacino sedimentario) sono state installate per studiare la risposta sismica del conoide alluvionale e del bacino sedimentario.

15 EFFETTI LOCALI A GEMONA Gemona fan GEPF GESC Dagli spettri di risposta, calcolati è possibile vedere come sia notevole l amplificazione registrata nel bacino sedimentario (GETM) e, soprattutto sul conoide alluvionale (GESC) rispetto alla stazione di riferimento su roccia(gepf) GETM Stazione di riferimento su roccia / s) (cm A P G GETM Frequenza (Hz) / s) 100 (cm A 75 P G GEPF Frequenza (Hz) / s) 100 (cm 75 A 50 P G 2 GESC Frequenza (Hz)

16 Attenuazione Le vibrazioni vengono attenuate per distanze crescenti causa l espansione geometrica del fronte d onda durante la propagazione. Inoltre nei suoli piu soffici l attenuazione intrinsica del mezzo e maggiore di quella nelle roccie compatte. Infine le frequenze piu alte vengono attenuate di piu rispetto alle frequenze piccole.

17 Normativa Esiste un ampia normativa (anche internazionale) sul livello del rumore ambientale e sul livello delle vibrazioni ammissibili. La normativa e molto severa nel caso di presenza di ospedali o laboratori con microscopi ottici ad alta risoluzione. Esempio Mechanical vibration Measurements of vibration generated internally in railway tunnels by the passage of trains (ISO number 10815, 1996) Suggerisce come e dove effettuare misure in galleria.

18 Misure Le misure vengono effettuate con accelerometri e velocimetri (geofoni). La banda di frequenza di interesse in una galleria va da 1 a 500 Hz, mentre la bada di ampiezze va da to 100 mm/s per la velocita e da a 500 m/s2 per la accelerazione (SS-ISO , 2005). Inoltre misure vanno effettuate all interno degli edifici per stimare il livello delle vibrazioni indotte. Bibliografia: Eitzenberger, A., Train-induced vibrations in tunnels, Technical report, Lulea University of Technology, Sweden.

19 Dipartimento di Scienze della Terra Gruppo di Sismologia e Monitoraggio Contatti Peter Suhadolc - suhadolc@units.it Giovanni Costa - costa@units.it

20 Grazie per l attenzione!