MATERIALI INNOVATIVI DELL ARMAMENTO FERROVIARIO: LE TRAVERSE E I TRAVERSONI IN C.A.P. DOTATI DI TAPPETINO U.S.P.
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- Ortensia Simonetti
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1 ARMAMENTO FERROVIARIO Stato dell arte MATERIALI INNOVATIVI DELL ARMAMENTO FERROVIARIO: LE TRAVERSE E I TRAVERSONI IN C.A.P. DOTATI DI TAPPETINO U.S.P. Milano, 26 maggio 2017
2 MATERIALI DI ARMAMENTO FERROVIARIO ELEMENTI COSTITUTIVI DELL ARMAMENTO rotaie sistemi di attacco traverse apparecchi del binario (scambi, intersezioni, scambi intersezione, apparecchi di dilatazione) giunzioni e saldature pietrisco armamento senza ballast (ballastless track) 2
3 LE TRAVERSE LE FUNZIONI DELLA TRAVERSA Elemento strutturale destinato a: - trasmettere i carichi - realizzare lo scartamento e le altre quote caratteristiche - assicurare la stabile posizione del binario 3
4 LE TRAVERSE LE CARATTERISTICHE ESSENZIALI DELLA TRAVERSA - idoneità strutturale (carichi statici, dinamici, fatica) - idoneità geometrica - resistenza all ambiante (cicli termici, vibrazioni, agenti chimici, cicli gelo disgelo, resistenza all abrasione del ballast,.) - comportamento al fuoco - durabilità (ad esempio: minimo 30 anni per c.a.p.) - economicità - compatibilità ambientale - isolamento elettrico tra le rotaie 4
5 TIPOLOGIE DI TRAVERSE TRAVERSE IN C.A.P. RFI 230, RFI 240, RFI 260 5
6 TIPOLOGIE DI TRAVERSE TRAVERSE SPECIALI IN C.A.P. Passaggio cavi CDB Giunti incollati isolanti galleria 6
7 TRAVERSE IN C.A.P. CON USP 7
8 IL BINARIO Nelle modellazioni il binario si può schematizzare come un sistema di masse e di molle. Il sistema di attacco delle rotaie fornisce il primo importante contributo all elasticità del sistema. Il ballast ha caratteristiche elastiche limitate, svolge la principale funzione di trasferire il carico trasmesso dal treno in transito al corpo stradale. È il primo strato del corpo stradale a contribuire all elasticità del sistema. 8
9 UN NUOVO GRADO DI ELASTICITA NEL BINARIO Con gli USP si introduce un materiale resiliente sotto le traverse e quindi un ulteriore grado di elasticità. Cambia inoltre, in modo significativo, la superficie di contatto tra traversa e ballast. Di conseguenza cambiano sia le pressioni di contatto sugli elementi del ballast sia la pressione al contatto tra ballast e piano di piattaforma. Legenda: 1 USP 2 traversa in c.a.p. 3 ballast 4 strato di collegamento 9
10 USP: diversi materiali e diversi sistemi di collegamento con il c.l.s. Materiale in Poliuretano Materiale Etilen Vinile Acetato - EVA 10
11 VANTAGGI DELL USO DEGLI USP L utilizzo degli USP permette di: aumentare la superficie di contatto tra la traversa e il ballast riducendo quindi la pressione fra i singoli elementi del ballast aumentare l area di distribuzione del carico a livello del piano di piattaforma Di conseguenza permette di: mantenere la qualità geometrica del binario nel tempo aumentare la vita della massicciata 11
12 Le sperimentazioni in ambito RFI: la stabilità del binario con traverse in c.a.p. con USP 12
13 Sperimentazione Galleria Vaglia Linea Firenze - Bologna AV/AC TRAVERSE RFI 260 AV DOTATE DI TAPPETINO ELASTICO
14 Sperimentazione Galleria Vaglia Linea Firenze - Bologna AV/AC Il problema La linea Firenze-Bologna AV-AC in pochi mesi di esercizio presenta un insolito spostamento laterale del pietrisco accompagnato dal fenomeno di «white spot» Il fenomeno di «white spot» si presenta a «macchia di leopardo» ed interessa tratti di massicciata caratterizzati da polvere bianca per un estesa di piu traverse consecutive I frequenti interventi di rincalzatura assistita su base assoluta e gli interventi di molatura delle rotaie non contrastano tale fenomeno
15 Sperimentazione Galleria Vaglia Linea Firenze - Bologna AV/AC Analisi del problema Eccessiva vibrazione della sovrastruttura con conseguente spostamento del pietrisco e martellamento delle traverse Elevate accelerazioni rilevate sul carrello da parte dei treni diagnostici Elevata frequenza degli interventi di rincalzatura, peggioramento del livello di qualità geometrica del binario e riduzione della vita utile della massicciata STUDIO DI DIFFERENTI SOLUZIONI SPERIMENTALI ATTE A RIDURRE LE VIBRAZIONI DELLA SOVRASTRUTTURA
16 Sperimentazione Galleria Vaglia Linea Firenze - Bologna AV/AC Analisi del problema Scelta del sito maggiormente caratterizzato dal fenomeno del «white spot» Binario dispari dal Km al Km Curva sinistra con sopraelevazione lato marciapiede Raggio Curva Circolare = 5505 m Sopraelevazione = 105 mm Sezione Tipo A Galleria AV
17 Sperimentazione Galleria Vaglia Linea Firenze - Bologna AV/AC FASE 1 luglio 2012 luglio 2013 Azioni FASE 2 agosto 2013 dicembre 2013 Modifica degli organi di attacco (luglio 2012) SITO RIGIDO attacchi W14 per linee tradizionali SITO ELASTICO attacchi rigidezza 35 K21 Intervento di ripresa di livello sull intera curva (agosto 2012) Monitoraggio delle grandezze accelerometriche e del livello di qualità geometrica del binario Il SITO RIGIDO presenta un maggiore livello di qualità geometrica, pertanto tale fase ha portato all esclusione degli attacchi con rigidezza 35 K21 (sito elastico): inizio attività Fase 2. Firenze RP S I T O E L A S T I C O CC S I T O R I G I D O RP Bologna Risanamento della massicciata intera curva Sostituzione totale traverse sul sito elastico (agosto 2013) SITO 1:attacco rigido W14 e traverse AV con USP SITO 2:attacco AV e traverse AV con USP Lasciato inalterato il sito rigido: SITO 3: attacco rigido W14 e traverse AV senza USP Intervento di ripresa di livello sull intera curva (31/08/2013) Successivi interventi di ripresa sul Sito 3 (08/10/2013 e 19/11/2013) per decadimento della qualità geometrica del binario Firenze RP SITO 1 CC SITO 2 SITO 3 RP Bologna
18 Sperimentazione Galleria Vaglia Linea Firenze - Bologna AV/AC Risultati CC RP RP Firenze Bologna SITO 1 SITO 2 SITO 3 SITO 1:ATTACCO RIGIDO W14 E TRAVERSE AV CON USP SITO 2:ATTACCO AV E TRAVERSE AV CON USP SITO 3:ATTACCO RIGIDO W14 E TRAVERSE AV SENZA USP Accelerometri triassiali opportunamente ubicati sulle rotaie, sull estradosso delle traverse e sulla massicciata hanno mostrato che l impiego della traversa con USP, indipendentemente dal tipo di attacco, comporta: un aumento della frequenza dell intera sovrastruttura; l assenza di frequenze dominanti; un minor contenuto energetico sulla massicciata. I rilievi dei treni diagnostici, precedenti e successivi alle soluzioni adottate, hanno mostrato che l impiego della traversa con USP garantisce un migliore mantenimento del livello di qualità geometrica del binario IL COMPORTAMENTO DEI SITI ATTREZZATI CON RFI 260 AV CON TAPPETINO USP È RISULTATO MIGLIORE SIA NELLA CAPACITÀ SMORZANTE DEI CARICHI DINAMICI INDOTTI CHE NEL MANTENIMENTO DEL LIVELLO DI QUALITÀ
19 Le sperimentazioni in ambito RFI: Galleria Vaglia - rilievi di geometria del binario del 5/9/2013 Eseguita rincalzatura intero tratto il 31/8/
20 Le sperimentazioni in ambito RFI: Galleria Vaglia - rilievi di geometria del binario del 15/9/
21 Le sperimentazioni in ambito RFI: Galleria Vaglia - rilievi di geometria del binario del 21/11/2013 Eseguita nuova rincalzatura in data 8/10/
22 Sperimentazione Gallerie Linea Battipaglia - Reggio Calabria TRAVERSE TIPO «GALLERIA V-AS» DOTATE DI TAPPETINO ELASTICO
23 Sperimentazione Gallerie Linea Battipaglia - Reggio Calabria Il problema Sulla linea Battipaglia-Reggio Calabria alcune gallerie presentano ridotti margini di quota tra estradosso galleria e il piano del ferro e ridotti franchi laterali Esigenze di rinnovamento con adeguamento degli standard
24 Sperimentazione Gallerie Linea Battipaglia - Reggio Calabria Analisi del problema Ridotto spessore della massicciata Rottura traverse in c.a.p. VALUTAZIONE DI DIFFERENTI SOLUZIONI ATTE A RISOLVERE TALE PROBLEMATICA La scelta del sito: Linea Battipaglia Reggio Calabria T r a t t a P a l m i Bagnara Binario Dispari Tra i Km / Galleria S. Elia Janculla Tra i Km / Galleria Bagnara Tra i Km / Gallerie S. Sebastiano/Torre di Bagnara Binario Pari Tra i Km / Galleria Janculla Tra i Km / Gallerie S. Sebastiano/Torre di Bagnara Tra i Km / Galleria Bagnara T r a t t a V i l l a S. G i o v a n n i Bagnara Tra i Km / (gallerie Pacì e Altafiumara) e tra i Km /303 (galleria Subalvea) T r a t t a S. M a u r o L a B r u c a C e l l e d i Bulgheria (Galleria Spina Pari)
25 Sperimentazione Gallerie Linea Battipaglia - Reggio Calabria Azioni SOLUZIONE 1: Abbassare il piano di piattaforma intervento costoso SOLUZIONE 2: Rilievo Galleria tratta Palmi-Bagnara: ridotti margini di quota tra estradosso galleria e il piano del ferro e ridotti franchi laterali Modificare il profilo della traversa intervento più economico NASCE LA TRAVERSA «GALLERIA»
26 Sperimentazione Gallerie Linea Battipaglia - Reggio Calabria Risultati BINARIO PARI - RILIEVO DI FEBBRAIO 2014 BINARIO PARI - RILIEVO DI MARZO 2015 SGHEMBO SCARTAM. ALLIN. (SX) ALLIN.(DX) LIV.(DX) SCART XL U45 (SX) U45 (DX) SOPRAEL. LIV.(SX) 1/R SGHEMBO SCARTAM. ALLIN. (SX) ALLIN.(DX) LIV.(DX) SCART XL U45 (SX) U45 (DX) SOPRAEL. LIV.(SX) 1/R TRAVERSE «GALLERIA» MESSE IN OPERA SETTEMBRE 2014
27 Sperimentazione Gallerie Linea Battipaglia - Reggio Calabria BINARIO PARI - RILIEVO DI FEBBRAIO 2016 Risultati SGHEMBO U45 (SX) ALLIN. (SX) ALLIN.(DX) LIV.(DX) SCARTAM. U45 (DX) SOPRAEL. LIV.(SX) TRAVERSE «GALLERIA» MESSE IN OPERA SETTEMBRE 2014 Il binario mantiene nel tempo il livello di qualità geometrica
28 ESEMPI DI TRAVERSE IN MATERIALE SINTETICO Materiale in Poliuretano 28
29 ESEMPI DI TRAVERSE IN MATERIALE SINTETICO Materiale sintetico riciclato 29
30 . Grazie per l attenzione 30
ALTA VELOCITA : DINAMICA, STABILITA DI MARCIA E PRESTAZIONI
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