TRASPORTI FERROVIARI PARTE B

Università di Pisa - Polo della Logistica di Livorno Corso di Laurea in Economia e Legislazione dei Sistemi Logistici Anno Accademico: 2012/13 CORSO DI TECNICA DEI TRASPORTI FERROVIARI, MARITTIMI E AEREI Docente: Marino Lupi Supporto alla didattica: Domenico Tersigni TRASPORTI FERROVIARI PARTE B di Pisa, Polo della Logistica di Livorno, A.A. 2010-11 1

Abbiamo visto che per determinare la capacità di una linea ferroviaria è necessario determinare il distanziamento minimo temporale fra due passaggi successivi di treni. Diagramma di trazione con fase di lancio e di regime velocità t f a V R t R S c V running t V c b tempo V comm spazio V running Diagramma orario V comm C = n. max treni t 60 minimo fra due passaggi successivi t min tempo 2

Per poterlo determinare è necessario parlare dei regimi di circolazione che ci permettono anche di capire le caratteristiche funzionali (il modo di funzionare) del sistema di trasporto ferroviario e ci permettono di capire, in particolare, per quale ragione il trasporto ferroviario è un sistema di trasporto più sicuro di quello stradale. Numero di morti in incidenti per tonkm equivalenti percorse nell UE, anno 2006 Modo Valore Indice (aereo = 100) Strada 16.49 2035 Ferrovia 2.84 351 Aereo 0.81 100 Nave n.d. n.d. 3

Regimi di circolazione Complesso dei provvedimenti tecnici ed organizzativi necessari per assicurare il corretto distanziamento fra i treni. I sistemi di circolazione attualmente in uso prevedono il distanziamento a spazio : la linea ferroviaria è suddivisa in sezioni di blocco (o di distanziamento); la regola fondamentale, per la sicurezza della circolazione, è che non può esserci più di un solo treno, contemporaneamente, in ciascuna sezione di blocco. Il minimo distanziamento spaziale, considerata la velocità dei treni, darà luogo ad un minimo distanziamento temporale fra il passaggio di due treni successivi e quindi ad un numero massimo di passaggi (capacità) nell unità di tempo. 4

Sulla rete di RFI ( Rete Ferroviaria Italiana ) abbiamo i seguenti regimi (sistemi) di circolazione. - Blocco elettrico automatico a circuiti di binario ( 35% della rete, generalmente sulle linee più importanti). a correnti fisse a correnti codificate a 4 codici a 9 codici - Blocco elettrico automatico conta assi ( 55% della rete) Questi regimi sono in vigore sulla rete cosiddetta storica, ossia sulla rete esistente prima della seconda guerra mondiale fatta eccezione del blocco elettrico automatico a circuito di binario a correnti codificate a 9 codici, in esercizio sulla Direttissima Firenze-Roma (prima linea ad alta velocità italiana). 5

Sempre sulla rete storica abbiamo dei tratti equipaggiati con il blocco elettrico manuale ( 7% della rete,) ed il blocco elettrico telefonico ( 1% della rete), sistemi che sono ormai in disuso. Sulle nuove linee ad alta velocità abbiamo un nuovo sistema di blocco: il blocco radio ; di esso parleremo estesamente quando tratteremo il nuovo segnalamento europeo ERTMS/ETCS. 6

Blocco Elettrico Automatico con Circuito di Binario Come funziona? Sezione di blocco Ho un generatore di corrente, ho un relè che rileva la corrente. Se il relè rileva la corrente vuol dire che la sezione è libera. Se c è l asse di un treno (basta infatti un singolo asse) il relè non rileva passaggio di corrente: questo vuol dire che la sezione è occupata, il segnale di protezione, di I categoria, è, automaticamente, posto a rosso. Se il sistema si guasta, non circola corrente, viene automaticamente bloccata l entrata nella sezione. di Pisa, Polo della Logistica di Livorno, A.A 2012-13 7

Blocco Elettrico Automatico con Circuito di Binario Come funziona? Sezione di blocco Se c è l asse di un treno (basta infatti un singolo asse) il relè non rileva passaggio di corrente: questo vuol dire che la sezione è occupata, il segnale di protezione, di I categoria, è, automaticamente, posto a rosso. Se il sistema si guasta, non circola corrente, viene automaticamente bloccata l entrata nella sezione. di Pisa, Polo della Logistica di Livorno, A.A 2012-13 8

Blocco Elettrico Automatico con Circuito di Binario Particolare del giunto che realizza l isolamento elettrico tra due rotaie. di Pisa, Polo della Logistica di Livorno, A.A 2012-13 9

REGIMI DI CIRCOLAZIONE Linea suddivisa in sezioni di blocco Ciascuna sezione può essere occupata da un solo convoglio Sezioni di blocco estese SEZIONI NON CONCATENATE SISTEMA A DUE ASPETTI: la sezione è protetta da un segnale di prima categoria che può assumere due aspetti (rosso, verde) tale segnale è preceduto da un segnale di avviso (giallo, verde) Sezioni di blocco ridotte SEZIONI CONCATENATE SISTEMA A TRE ASPETTI: eliminazione dei segnali di avviso e trasferimento delle loro funzioni ai segnali di I categoria che svolgono funzioni di protezione della sezione di blocco a valle e di avviso dell aspetto del successivo segnale di I categoria (rosso, giallo, verde)

Segnale avviso Sezioni (di blocco) non concatenate sistema a due aspetti Segnale 1^ cat. Segnale avviso Segnale 1^ cat. da Lunghezza sezione di blocco da Il circuito di binario rileva la presenza del treno mette il segnale di protezione (I categoria) sul rosso, quello di avviso viene posto automaticamente a giallo. Segnale di I categoria (protezione) due aspetti: verde (la sezione è libera), rosso (la sezione è occupata). Segnale di avviso due aspetti: verde (avviso di via libera, la sezione successiva è libera), giallo (avviso di via impedita, ad una distanza che permetta al treno di arrestarsi, d a, la sezione successiva è occupata.) 11

Segnale 1^ cat. + avviso Sezioni (di blocco) concatenate sistema a tre aspetti Segnale 1^ cat. + avviso Segnale 1^ cat. + avviso Segnale 1^ cat. + avviso da d a Lunghezza sezione di blocco da Per aumentare la capacità della linea si possono fare delle sezioni di blocco di lunghezza pari al valore minimo ammissibile, ossia alla distanza di arresto. Il segnale di 1^ cat. per una sezione è anche segnale di avviso per la successiva; è un segnale di I cat. e avviso accoppiati ha pertanto tre aspetti: rosso, verde e giallo. Rosso= la sezione è occupata; giallo=via libera, ma la successiva sezione è occupata; verde= via libera senza condizioni. 12

λc La distanza di arresto si calcola con la formula di Pédelucq: d a = 1,09375λ c ϕ( V ) 0 2 V0 0,127 + ϕ( V ) ± 0,235 i 0 Velocità del treno (in km/h) Pendenza in per mille ϕ(v 0) è "tabellata"in funzione di V 0 Percentuale di peso frenato: individua la capacità frenante di un treno a partire dalle capacità frenanti (c.d. peso frenato ) dei singoli veicoli che lo compongono. Nel materiale di trazione è inferiore al peso reale; in quello rimorchiato è superiore. Indicazione del peso frenato e del peso reale su fiancata di un locomotore V massima, in esercizio, d 1200 Per V 0 = 160 km / h a negli anni 60. λ = 120% (nella formula devo mettere 1,2) c Le FS hanno stabilito, nel caso di sezioni concatenate, generalmente: 13 d a = 1350 m

Distanziamento minimo assoluto fra due treni che viaggiano alla stessa velocità su una linea ferroviaria ( valore limite della distanza tra due treni che si succedono alle condizioni che il treno che precede non influenzi la marcia del treno che segue ) Caso di blocco elettrico automatico a correnti fisse (si distingue da quello a correnti codificate che vedremo in seguito) e sezioni concatenate Lunghezza sezione di blocco 2 1 1 L L l Attenzione: nel caso 1 il treno 2 è obbligato a rallentare Lunghezza treno d = 2L + min l 14

Distanziamento minimo assoluto fra due treni che viaggiano alla stessa velocità su una linea ferroviaria Caso di blocco elettrico automatico a correnti fisse e sezioni non concatenate Segnale avviso Segnale 1^ cat. Segnale avviso Segnale 1^ cat. 2 1 1 d a L = Lunghezza sezione di blocco d a l Lunghezza treno Attenzione: nel caso 1 il treno 2 è obbligato a rallentare d = d + L + min a l 15

Distanziamento minimo assoluto fra due treni che viaggiano alla stessa velocità su una linea ferroviaria In realtà devo tenere conto anche della distanza di visibilità del segnale poiché la marcia è a vista: caso non concatenato caso concatenato dmin = 2L + l + 150 dmin = da + L + l +150 16

Alla fine degli anni 60 entrarono in servizio le E444 che avevano una velocità massima di 200 km/h. Si pensò quindi di realizzare treni che in esercizio andassero a questa velocità. Ma in questo caso d a 2200 metri. Quindi la sezione di blocco di d a 1350 metri non sarebbe stata sufficiente. La soluzione di modificare (allungare) le sezioni di blocco risultava molto costosa in relazione alla necessità di modificare i circuiti di binario. Tale soluzione avrebbe inoltre penalizzato i treni più lenti (per questi era come se le sezioni fossero non concatenate). Infine si prevedevano ulteriori incrementi delle velocità dei treni. Con l aumentare della velocità si ha il problema che l affidabilità del segnalamento a vista risulta inaccettabile. 17

Le FS pensarono al blocco elettrico automatico a correnti codificate. Il blocco elettrico automatico a correnti codificate è un sistema con ripetizione segnali in macchina continua (RSC): il macchinista ha una vista elettrica su tre sezioni di blocco davanti al treno (sistema a 4 codici) ed ha una ripetizione dei segnali nella cabina di guida. Con il blocco automatico a correnti codificate a 4 codici le linee sono attrezzate in modo tale che i circuiti di binario sono interessati dalla circolazione di correnti codificate: i codici evidenziano la situazione di libertà della linea davanti al treno. A bordo della locomotiva una macchina capta il codice circolante sul binario per la sezione di blocco attraversata, attraverso il fenomeno dell induzione elettromagnetica; il segnale viene ripetuto in cabina. 18

1 270 270 270 180 75 AC Passato l ultimo verde, la macchina di ripetizione in macchina del segnale capta il codice 180. Si accende una luce bianca lattea e suona l avvisatore acustico: entro tre secondi il macchinista deve fare il riconoscimento segnale (altrimenti parte la frenatura automatica) il macchinista sa che ha a disposizione due sezioni di blocco (2700 metri) per frenare prima di arrivare nella sezione occupata (quindi può viaggiare in sicurezza fino a velocità di 200km/h. 19

Distanziamento minimo assoluto fra due treni che viaggiano alla stessa velocità su una linea ferroviaria Caso di blocco elettrico automatico a correnti codificate a 4 codici 2 1 1 180 75 AC 270 180 75 AC 180 75 AC 180 75 AC d = 3L + min l 20

Negli anni 70 fu iniziata la costruzione della direttissima Firenze - Roma. La direttissima è stata progettata per 250Km/h. Fu pertanto necessario adeguare il segnalamento in quanto a 250km/h d a 5400 metri (4 sezioni di blocco) Fu introdotto il blocco elettrico automatico a 9 codici 1 270** 270* 270 180 75 AC Sequenza di arresto nel caso di blocco elettrico automatico a correnti codificate a 9 codici: 270**-270*-270-180-75-AC. Sulla direttissima Firenze-Roma i mezzi equipaggiati con macchine a 4 codici captano solo 4 codici (i codici 270* e 270** sono visti come 270 semplice). 21

Distanziamento minimo assoluto fra due treni che viaggiano alla stessa velocità su una linea ferroviaria Caso di blocco elettrico automatico a correnti codificate a 9 codici 2 1 1 AC 270** 270* 270 180 75 AC AC 270* 270 180 75 AC d = 5L + min l 22

300 V 250 S = 250 km/h V = 230 km/h 250 250 230 200 V = 180 km/h 180 150 V = 115 km/h 100 115 50 V L = 50 km/h 50 50 0 0 1350 2700 4050 5400 6750 8100 codice 270 ** 270 * 270 180 75 velocità 250 230 180 115 ARRESTO Nel caso dei nove codici era anche imposta una curva di frenatura: se la velocità del treno non stava sotto la curva di frenatura entrava in funzione la frenatura automatica. Questo concetto, fondamentale per la sicurezza, è una peculiarità del Sistema Controllo Marcia Treno (SCMT) che è stato esteso, negli ultimi anni, a tutta la rete fondamentale di RFI. 23

Secondo i regolamenti FS non possono essere superate le seguenti velocità (ci possono comunque essere ulteriori restrizioni dovute alla planimetria del tracciato, pendenza della linea e stato dell armamento). Senza codici: vel. max = 150 km/h Con 4 codici vel. max: =180 km/h Con 9 codici vel. max 250 km/h (direttissima Firenze-Roma) Blocco radio vel. max 300 km/h (Nuove linee ad alta velocità: Roma-Napoli; Torino-Novara; Bologna-Milano, Firenze-Bologna) Comunque ci sono linee con velocità max 220 km/h (come per esempio il recente quadruplicamento veloce Padova- Mestre) ed altre con velocità max 200 Km/h, dove è attivato, sulla linea, il solo codice 270* (ossia sono a 5 codici). 24

Nel sistema a 4 codici oltre a quelli già visti (75, 180, 270) si ha anche il codice 120 (oltre ovviamente all assenza di codice AC). V V G V G (lampeggianti) 60 km/h 30 km/h 270 180 120 G R AC bivio (stazione) 75 Itinerario di arresto con percorso in deviata. Nel blocco a 9 codici ci sono anche il 180*, avviso anticipato di una deviazione che può essere percorsa a 100km/h, e 120* avviso di deviazione che può essere percorsa a 100km/h Itinerario in deviata V con velocità ammessa di 100 km/h. Inoltre si avrebbe anche il 120**, deviata a 130 km/h, non utilizzato. 9 Codici: 270**, 270*, 270, 180*,180, 120**, 120*, 120, 75 (oltre ovviamente all assenza di codice). 25

Esatto significato dei codici nel caso di blocco automatico a correnti codificate - BAcc - a 9 codici (tratto da Istruzione per il servizio del personale di condotta delle locomotive ) BAcc 4 codici Indicazione sul materiale ferroviario della presenza di dispositivi atti alla ripetizione dei segnali a bordo dei treni 26

Fonte:www.rfi.it. Linee RFI equipaggiate con blocco elettrico automatico a correnti codificate (BAcc) 27

BLOCCO ELETTRICO AUTOMATICO BANALIZZATO BAB Interessa le linee a doppio binario attrezzate con blocco automatico. Entrambi i binari sono attrezzati con il Blocco Automatico promiscuamente in entrambi i sensi di marcia circolazione su binario legale (o di sinistra) circolazione su binario illegale 28

Blocco Elettrico conta assi Sezione di blocco bi be EAK bi bobina interna (ricevente) be bobina esterna (trasmittente) EAK Interfaccia UNITÀ DI CONTEGGIO bi be EAK Blocco elettrico economico (non richiede circuiti di binario) che si diffonde su linee con velocità e traffico non elevati; non richiede pertanto sezioni concatenate. È il sistema più diffuso sulla rete RFI. La libertà di una sezione di blocco è verificata contando il numero di assi entrati ed usciti. Se la differenza è nulla la sezione di blocco è ritenuta libera. 29

Blocco Elettrico conta assi Distanziamento minimo assoluto fra due treni che viaggiano alla stessa velocità su una linea ferroviaria d = d + L + l +150 min a coincidente con quella, già vista, per il blocco a circuito di binario a correnti fisse e sezioni non concatenate. 30

Capacità di una sezione di linea Si dice sezione di linea: una parte di una linea compresa fra due stazioni successive A e B. La sezione di linea può essere a sua volta divisa in più sezioni di blocco. A Per potenzialità (capacità) di una sezione di linea si intende il numero massimo di treni che può circolare sulla linea nel rispetto di prefissate condizioni di esercizio. B 31

Metodo UIC (Union Internationale des Chemins de Fer): si assimila il tratto di linea ad un sistema a coda: come per esempio nel caso di una intersezione stradale. Nel caso di un intersezione stradale il servizio richiesto è l accesso alla intersezione. Nel caso ferroviario, di una sezione di linea, il servizio richiesto è l accesso alla sezione di linea. Se i tempi di servizio, per un certo periodo di tempo, sono superiori ai tempi di arrivo (fra due arrivi successivi) si forma una coda (per esempio nel caso di una biglietteria: se il tempo per fare il biglietto è maggiore del tempo fra gli arrivi di due utenti successivi). 32

ρ = b a Tempo medio di servizio Tempo medio fra due arrivi successivi Secondo l UIC deve essere ρ < 0,6 affinché la probabilità del formarsi di una coda sia trascurabile. Consideriamo una linea omotachica (treni che vanno alla stessa velocità) Il tempo di servizio è dovuto al fatto che bisogna assicurare la distanza di sicurezza fra due treni successivi. l intervallo temporale minimo assoluto fra due treni successivi è dato da: t min = d V min 33

ρ = t t min min + t a Dove t a è il tempo di ampliamento Imponendo che sia ampliamento: t t min min + t a 0,6 ρ 0,6 si determina il valore del tempo di t min 0,6( tmin + ta ) 0,4 t a t = 0,6 min 0, 67 t min Quindi il tempo medio minimo fra due arrivi successivi è pari a: t a = + min t 1, 67tmin Tempo medio minimo fra due arrivi (passaggi) successivi affinché la probabilità del formarsi della coda sia trascurabile ( ρ 0,6 ) 34

Capacità di una sezione di linea 60 1,67 t min Linee omotachiche minuti E l intervallo minimo fra due passaggi successivi (affinché la probabilità del formarsi di una coda sia trascurabile) Esempio: blocco elettrico automatico a circuito di binario; sezioni concatenate; velocità 150 km/h d min = 150 + 2L + l = 150 + 2 1350 + 400 = 3250 m = 3,25 km potenzialità 1,67 60 3,25 150 60 27 passaggi/h Questo valore della potenzialità è un valore limite superiore: in quanto il tempo medio di servizio (il tempo di servizio è una variabile aleatoria) è stato considerato pari al valore dell intervallo minimo assoluto fra due treni successivi affinché questi possano viaggiare alla velocità di 150Km/h. 35

Esempio: blocco elettrico automatico a circuito di binario a correnti codificate a 4 codici; sezioni concatenate; velocità 180 km/h d min = 3L + l = 3 1350 + 400 = 4450m = potenzialità 1,67 60 4,45 180 60 24 4,45 km passaggi/h Esempio: blocco elettrico automatico a circuito di binario a correnti codificate a 9 codici; sezioni concatenate; velocità 250 km/h d min = 5L + l = 5 1350 + 400 = 7150 m = potenzialità 1,67 60 7,15 250 60 20 7,15 km passaggi/h 36

Esempio: nuove linee ad alta velocità; velocità 300 km/h; percorse da ETR 500. Le nuove linee ad alta velocità hanno generalmente sezioni di blocco di lunghezza 1800m. ETR 500 a 300 km/h: d a 9000 m d = L + 5L + l = 6L + l 11200m min = d a potenzialità 1,67 60 11,2 300 60 16 treni/h Si può notare che nel caso concatenato la capacità diminuisce all aumentare della velocità ( varia più che linearmente con la velocità) d a 37

Esempio: blocco elettrico automatico conta assi; sezione di 5 km; velocità 140 km/h. Ammettiamo che la sezione di linea sia costituita da un'unica sezione di blocco di lunghezza di 5 km. Ammettiamo che il blocco elettrico sia del tipo conta assi. Supponendo: V=140km/h e 1350m per la distanza di arresto (a cui è posto il segnale di avviso) avremo: d = 150 + da + L + l = 150 + 1350 + 5000 + 400 6900m min = potenzialità 1,67 60 6900 140 3,6 1 60 12 treni/h 38

Circolazione omotachica linea percorsa da treni con identica velocità di impostazione utilizzo ottimale dell infrastruttura La presenza di un treno con prestazioni diverse comporta una riduzione della potenzialità 39

Linee eterotachiche Immaginiamo di avere due classi di treni (nell intervallo orario di cui si vuole determinare la capacità): Classe veloce caratterizzata da una velocità V V Classe lenta caratterizzata da una velocità V L < V V Consideriamo, per esempio, di avere un regime di circolazione a blocco automatico a correnti fisse; il distanziamento minimo sarà per le due classi: d min = 150 + 2L + l 40

d m L i L i i d m d m d m d m V V V V V L V L V V t vv t vv t ll t lv L i d m V V Coppia veloce - veloce Coppia veloce-lento d m t = = vl Vv t = t vv vv d V m v L i VL Coppia lentoveloce Coppia lento - lento t lv = i V L L i i t = ll L i V V 41 d V d m L m

t = t p + t p + t p + t ' m vv vv vl vl ll ll lv p lv intervallo temporale minimo assoluto per linee eterotachiche Probabilità di avere le diverse coppie Potenzialità linee eterotachiche p = vv n n vv tot p = vl 60 1,67 ' t m minuti n n vl tot Tempo medio minimo fra due arrivi (passaggi) successivi per linee eterotachiche (metodo UIC). p = ll n n ll tot p = (Stimo la probabilità con la frequenza relativa) lv n n lv tot 42

Esempio di diagramma orario: linee eterotachiche V V V L 43 tempo

Esempio di diagramma orario: linee eterotachiche Si deve studiare dove conviene fare le precedenze tempo 44

Spesso in campo ferroviario tenuto conto: - dell utilizzo giornaliero delle linee - dell esperienza acquisita definendo i diagrammi orario in cui in particolare devono essere organizzati le precedenze (e gli incroci per le linee a binario unico) -della pratica dell esercizio si esprime la potenzialità di una linea ferroviaria in termini di treni giorno. Dei valori indicativi sono: 250 300 treni/giorno per linee a doppo binario 80 90 treni/giorno per linee a binario unico (Comunque, nella pratica dell esercizio, sono stati osservati valori superiori a quelli su riportati) 45

RETE COMPARTIMENTALE TOSCANA REGIMI DI CIRCOLAZIONE BAcc>4 BAcc BA BCA 46