Corso di Progettazione di Sistemi ed Infrastrutture di Trasporto Armamento ferroviario Appunti a cura di Sergio d Elia Demetrio Festa Giuseppe Guido (BOZZA)
Testi di riferimento Lucio Mayer, Impianti ferroviari, 1 Volume, Ultima edizione. Cantarella G. E. (a cura di), Sistemi di trasporto: tecnica ed economia, UTET, 2007, capitolo 2 Trasporto ferroviario, di G. Malavasi (testo generale già consigliato per il corso di Fondamenti di trasporti). Le slide non sostituiscono il libro di testo, possono solo costituire un riepilogo degli argomenti trattati.
Armamento ferroviario Due tipologie di sovrastruttura: di tipo classico: binario con massicciata (ferrovie extraurbane) di tipo innovativo: binario senza massicciata (ferrovie metropolitane) Caratteristiche: garantire elevata sicurezza lunga durata (minimo 30 anni) spesa per manutenzione ordinaria pari a 1% costo sostituzione interventi ripristino rapidi e poco onerosi costi contenuti capacità di far passare treni anche in situazione non ottimale
La massicciata Cuscinetto di pietrisco elastico, permeabile, nel quale sono annegate le traverse (incastrate in essa) che consente che l armamento reagisca elasticamente agli sforzi Spessore: - Tipo A (linee più importanti): 50 cm - Tipo B (linee meno importanti): 35 cm Scopi: distribuire i carichi verticali sul piano del corpo stradale consentire di realizzare le condizioni geometriche di posa del binario sia in fase di costruzione che di esercizio consentire la correzione dei difetti di geometria indotti dai carichi dinamici e da eventuali piccole alterazioni del corpo stradale
Sforzi sulla massicciata Serve ad assorbire i seguenti sforzi: sforzi verticali (peso proprio, peso degli assi dei veicoli, sforzi da beccheggio e rollio, sforzi da martellamento nelle giunzioni) sforzi longitudinali (dovuti ad accelerazioni e frenature, sforzi dovuti alla dilatazione termica delle rotaie) sforzi trasversali (dovuti ai moti di serpeggio, alla forza centrifuga non compensata, dovuti alla componente radiale degli sforzi longitudinali)
Influenza della spigolosità del pietrisco sui cedimenti
Tipologia del materiale Pietrisco: rocce silicee calcari Caratteristiche meccaniche elevate, spigoloso Resistenza all usura Durabilità Materiale pulito, privo di terra e polveri Pezzature tra i 15/20 ed i 60/65 mm
Fuso granulometrico del pietrisco
Nomenclatura della massicciata La sezione di una massicciata ha forma trapezoidale ed è costituita dalle seguenti parti: cassonetto (parte in cui sono annegate le traverse) unghiatura (parte a sezione triangolare della massicciata) ciglio della massicciata (spigoli superiori) piede dell unghiatura (spigoli tra unghiatura e banchina pedonale)
Nomenclatura della massicciata
Sezione di tipo A Linea a semplice binario in rettifilo
Sezione di tipo A Linea a semplice binario in curva
Sezione di tipo A 1,20 Linea a semplice binario in curva, sezione tipo A
Sezione di tipo A Linea a doppio binario in rettifilo (interasse 3,555)
Sezione di tipo A Linea a doppio binario in curva
Sezione di tipo A Linea a doppio binario in curva, sezione tipo A
Linea tipo A Per una linea del tipo A a semplice binario la massicciata nelle tratte in rettifilo assume la forma di un trapezio isoscele con altezza di 0,50 m, base minore di 3,435 m e base maggiore di 4,90 m. Per una linea del tipo A in curva, a semplice o doppio binario, la massicciata ha forma trapezoidale. La base superiore ruota di un angolo intorno al punto in cui l'asse della rotaia interna alla curva poggia sulla traversa, mantenendo in tal modo lo spessore minimo di 0,50 m. Ne consegue un allargamento del corpo stradale.
Sezione di tipo B Linea a semplice binario in rettifilo
Linea tipo B Nelle linee di tipo B la sezione della massicciata ha forme analoghe a quelle delle linee del tipo A. Si può notare che: l altezza è ridotta a 0,35 m; la base minore resta di 3,435 m; la base maggiore si riduce da 4,90 a 4,50 m; le banchine pedonale sono larghe 0,50 m.
Sezione per linee fino a 200 Km/h Sezione adottata nella Direttissima Roma Firenze (interasse 4 m)
Sezione per linee AV Sezione in rilevato adottata nelle linee AV/AC italiane (int. 5,00)
Sezione per linee AV Sezione in trincea adottata nelle linee AV/AC italiane (int. 5,00)
Nuove sezione per linee AC e AV Recentemente sono state progettate da Italferr nuove sezioni di riferimento per: Linee a semplice binario per V fino a 200 km/h Linee a doppio binario per V fino a 200 km/h Linee a doppio binario per V da 200 a 300 km/h
Nuove sezioni per linee fino a 200 km/h Sezioni in rilevato a semplice binario (Sezione progettata da Italferr)
Nuove sezioni per linee fino a 200 km/h Sezioni in rilevato a semplice binario legenda (Sezione progettata da Italferr)
Nuove sezioni per linee fino a 200 km/h Sezioni in rilevato a doppio binario (int 4,00) (Sezione progettata da Italferr)
Nuove sezioni per linee fino a 200 km/h Sezioni in rilevato a doppio binario (int 4,00) - dettaglio (Sezione progettata da Italferr)
Nuove sezioni per linee fino a 200 km/h Sezioni in rilevato a semplice e doppio binario (int 4,00) - legenda (Sezione progettata da Italferr)
Nuove sezioni per linee europee fino a 300 km/h Sezioni in rilevato a doppio binario in rettifilo (int 4,50)
Nuove sezioni per linee europee fino a 300 km/h Sezioni in rilevato a doppio binario in curva (int 4,50)
Sezione europea per linee AV 200 300 km/h Sezione adottata in alcune linee AV (interasse 4,30 m)
Sottofondo E lo strato intermedio tra massicciata e corpo stradale Scopo: Ripartire i carichi dinamici sul piano di piattaforma Diminuire la risalita di umidità del corpo stradale Impedire la risalita di argille dal corpo stradale Ottenere una insensibilità alle escursioni termiche Spessori: Misto cementato 20 cm Conglomerato bituminoso 12 cm Effetti per ambedue: trasmettono 22 t/asse e inducono pressioni inferiori a 0,1 N/mmq
Sottofondo
Scopo: Binario senza massicciata contrastare le enormi azioni derivanti dall aumento della velocità dei convogli ridurre gli interventi di manutenzione ridurre le sospensioni del servizio per manutenzione eliminare il degrado della massicciata più frequente per V elevate eliminare gli interventi di ricostruzione della sovrastruttura (sostituzione radicale)
Binario senza massicciata Ulteriori vantaggi rispetto alla massicciata: costo non superiore al doppio buona riserva di resistenza sotto carico elasticità identica spessore inferiore minimizzazione del disturbo vibro-acustico carrabilità del binario anche in galleria velocità di posa superiore a 200 m/giorno
Binario senza massicciata: Sistema inglese PACT Paved Concret Track Calcestruzzo gettato in opera Rotaia su attacchi elastici Pandrol Piastre continue in neoprene 10 mm
Binario senza massicciata: Sistema inglese PACT Peso max 30 t/asse; V max 200 Km/h
Binario senza massicciata: Sistema francese STEDEF Traverse biblocco annegate sulla piattaforma in calcestruzzo Al di sotto delle traverse si pongono scarpe di gomma elastomero
Binario senza massicciata: Sistema francese STEDEF
Binario senza massicciata: Sistema tedesco Rheda Traverse monoblocco a 60 cm parzialmente annegate nel cls armato
Binario senza massicciata: Sistema tedesco Rheda
Binario senza massicciata: Sistema italiano Italferr Linee AV/AC, V = 350 km/h Sezione in rilevato a doppio binario (int 5,00 m, 2 piastroni in c.a.p. 0.16 x 4.75 x 2.50 su fondazione in c.a.)
Binario senza massicciata Linea metropolitana di Napoli
Elementi costitutivi della rotaia Fungo Superficie di rotolamento Smussatura della testata Bordi del fungo Gambo Suola Piani di steccatura Asse di foratura
Elementi costitutivi della rotaia Fungo = parte superiore della rotaia sulla quale poggiano direttamente le ruote Suola = parte inferiore della rotaia a contatto con le traverse Gambo = parte centrale, situata tra il fungo e la 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
Classificazione delle rotaie 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 P = peso della rotaia (Kg/ml) F = sezione della rotaia (mm 2 ) Sono definiti armamenti leggeri gli armamenti con rotaie di peso inferiore ai 46 Kg/ml e armamenti pesanti gli armamenti con rotaie che raggiungono o superano il peso di 46 Kg/ml
Elementi costitutivi della rotaia
Traversa in legno a: faccia superiore b: faccia inferiore o piano di posa c: faccia laterale d: testata e: piani di ferratura Peso: 60 100 kg
Traversa in c.a. peso standard: 220 kg linee a 200 300 km/h: L = m 2,60 P = kg 300 nuove linee AV: L = m. 2,60 P = kg 400
Traversa in c.a. con attacco elastico
L attacco diretto Posa diretta con attacco diretto
L attacco diretto Posa indiretta con attacco diretto
L attacco indiretto dado rondella chiavarda piastrina o cavallotto
L attacco indiretto
La molla Nabla viene deformata elasticamente dal dado di estremità avvitato sulla chiavarda verticale Tipologie di attacco in RFI
Tipologie di attacco in RFI La molla Vossloh viene deformata elasticamente da una caviglia avvitata in un tassello inglobato nella traversa.
Tipologie di attacco in RFI Sistema d attacco indiretto con doppi morsetti per ogni lato (rotaia-piastra+piastra-supporto)
Tipologie di attacco in RFI Vossloh 300 Sistema d attacco provvisto di morsetti Skl 15 ed elementi elastici di ripartizione dei carichi
Tipologie di attacco in RFI Vossloh 336 Sistema d attacco indiretto con fermagli del tipo Skl 12
Tipologie di attacco in RFI Vossloh DFF 300 Attacco indiretto ideato per sovrastrutture con lastra in ca, provvisto di fermagli Skl 15; funge da singolo punto d appoggio per la rotaia
Tipologie di attacco in RFI La molla Pandrol viene deformata dal forzamento tra l elemento metallico inglobato nella traversa e la suola della rotaia. Viene montata senza controlli da parte dell operatore sulla trav. in cls La molla Pandrol non richiede controlli periodici se non di lungo periodo.
Tipologie di attacco in RFI Attacco indiretto che blocca la rotaia dall anima lasciando la base ( suola ) sospesa
Tipologie di attacchi alle traverse
Tipologie di attacchi alle traverse
Ganascia per giunzioni tra rotaie Le rotaie hanno lunghezza di 12,00 metri in funzione della dilatazione massima ammissibile (per una escursione di temperatura pari a 70 si ha una dilatazione di 10 mm; le FS indicano in 14 mm la dilatazione massima ammissibile).
Ganascia per giunzioni tra rotaie
Giunzioni tra rotaie
Giunto sospeso o appoggiato I cedimenti e la rumorosità sono molto più ridotti nel secondo caso
Giunzioni affacciate e sfalsate Il secondo tipo comporta maggior rumore e possibilità di oscillazione trasversale della carrozza. Il salto risulta più contenuto
In Italia l unico impianto di produzione delle rotaie è a Piombino che produce rotaie di 36 m. Successivamente vengono saldate per arrivare fino a 144 m. Lunghezza della rotaia Le rotaie sono in acciaio e sono classificate in relazione alla qualità e al carico di rottura