La massicciata – Le sezioni L`armamento ferroviario Il binario

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
Binario senza massicciata
Scopo:
• 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 (mm2)
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
c: faccia laterale
Peso: 60 – 100 kg
b: faccia inferiore o piano di posa
d: testata
e: piani di ferratura
Traversa in c.a.
peso standard: 220 kg
linee a 200 – 300 km/h: L = m 2,60
nuove linee AV:
L = m. 2,60
P = kg 300
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
Tipologie di attacco in RFI
La molla Nabla viene
deformata elasticamente dal
dado di estremità avvitato
sulla chiavarda verticale
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
Lunghezza della rotaia
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.
Le rotaie sono in acciaio e sono
classificate in relazione alla qualità
e al carico di rottura