Appunti di Ingegneria Civile - Ferrovie - PDF

CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA CIVILE STRADE, FERROVIE E AEROPORTI – 02VLJMC 3° ANNO 1° P.D. A.A. 2024-2025 prof. Davide Dalmaz...

CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA CIVILE STRADE, FERROVIE E AEROPORTI – 02VLJMC 3° ANNO 1° P.D. A.A. 2024-2025 prof. Davide Dalmazzo Lezione #2 - Ferrovie Introduzione storica Caratteristiche tecniche e funzionali Gisborne airport – New Zeland  Contenuti Introduzione storica Principi di funzionamento La rete ferroviaria italiana Classificazione delle ferrovie Elementi costituenti l’infrastruttura Convogli ferroviari Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 2  Ferrovie Sistema a via guidata Regime di circolazione Il veicolo ferroviario è vincolato a La circolazione dei convogli ferroviari muoversi sulla via (binario) che ha è disciplinata secondo tabelle di funzione di sostegno e guida marcia. Opportuni impianti di segnalamento garantiscono la sicurezza delle linee. Riferimenti: Regolamenti dell’ UIC e delle Ferrovie dello Stato Italiane Testi di Ingegneria Ferroviaria (CIFI) Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 3  Ferrovie - Introduzione storica XVII secolo - trasporto materiali su carrelli con ruote di acciaio su rotaie di legno - successione di rettifili con curve di modesto raggio 1829 - Stephenson costruisce la linea Liverpool – Manchester (nascita delle ferrovie) 1839 - con la Portici – Napoli inizia la storia delle ferrovie italiane 1905 - Nasce Ferrovie dello Stato XX secolo - Alta velocità - Levitazione magnetica Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 4  Ferrovie Caratteristiche delle ferrovie classiche – la guida è affidata al binario – collegamento rigido asse-ruote (sala montata) – ruote di forma conica Convoglio ferroviario SALA MONTATA – trattore (portante o motrice) – carri (merci) – vagoni (passeggeri) asse/assile Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 5  Ferrovie, principi di funzionamento Scartamento: distanza tra le facce interne delle rotaie, misurata 14 mm sotto il piano del ferro. Scartamento Stephenson o normale: 4 piedi e 8 ½ pollici, cioè 1435 mm. SCARTAMENTO DELLA SALA La rotaia assume l’inclinazione identica alla conicità della ruota SCARTAMENTO DEL BINARIO Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 6  Ferrovie, principi di funzionamento Piano di simmetria della sala Piano di simmetria del binario Moto di serpeggiamento Moto anormale dei veicoli ferroviari caratterizzato dalla rotazione del veicolo, durante la marcia, intorno a un asse verticale, con conseguente urto alternativo dei bordini delle ruote contro il fungo della rotaia. Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 7  Ferrovie, principi di funzionamento Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 8  Ferrovie, principi di funzionamento Carrello: le sale montate sono inserite in un telaio rigido Rodiggio: complesso degli organi che stanno tra il binario e la sospensione elastica (le ruote, i cerchioni, gli assi). ESEMPIO: Locomotiva FS 940 con rodiggio 1-4-1 (1 asse portante, 4 assi motore, 1 asse portante) Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 9  Dallo SHINKANSEN al MAGLEV La AV ferroviaria è nata come estremizzazione della tecnica tradizionale con velocità > 250 km/h. La prima linea è stata la Tokyo – Osaka nel 1964 (Vmax = 200 km/h). La seconda è stata la direttissima Firenze – Roma nel 1977 (Vmax = 250 km/h) Il MAGLEV (MAGnetic LEVitation) è il sistema a levitazione magnetica che non prevede contatto tra supporto (infrastruttura) e veicolo. Ciò permette di raggiungere velocità di 500-600 km/h. Il sistema è competitivo per spostamenti in tratte di almeno 75 km e per non più di 1000 km. GIAPPONE - Shinkansen CINA (SHANGAI) Inaugurato nel 2004, collegamento città-aeroporto, 33 km in 7 min e 20 s. Strade, Ferrovie e Aeroporti LezioneVelocità #2 massima pari a 420 km/h 10  MAGLEV Sezione della via con funzione triplice di supporto, propulsione e guida. Non essendovi alcun contatto tra veicolo e infrastruttura i treni possono superare pendenze superiori a quelle dei sistemi ferroviari classici (10% anziché 3.5%). Modello di funzionamento: EMS sospensione elettromagnetica EDS sospensione elettrodinamica Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 11  Caratteristiche del MAGLEV MAGLEV TRAIN MLX01 (Japan): Shinkansen Serie L0 (Japan): 552 km/h 603 km/h Yamanashi Maglev Test Line, 14.4.1999 Yamanashi Maglev Test Line, 21.4.2015 Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 12  HYPERLOOP ONE – il treno supersonico L'infrastruttura è formata da due tunnel d'acciaio a bassa pressione, uno per ogni direzione, dentro cui viaggiano delle capsule di alluminio a levitazione magnetica (chiamate «Pod») spinte da un getto di aria compressa raggiungendo fino a 1.200 km/h. Dall’idea di Elon Musk. 2016, Primo prototipo parziale in scala 1:1 (Nevada) Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 13  Classificazione delle ferrovie 1. Ferrovie ordinarie (s = 1435 mm) 2. Ferrovie a diverso scartamento 3. Ferrovie ad alta velocità 4. Levitazione magnetica 5. Ferrovie speciali: - funicolari - ferrovie a dentiera o a cremagliera - tramvie - metropolitane su gomma su ferro Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 14  Le ferrovie italiane Riorganizzazione e liberalizzazione del sistema di circolazione – RFI, Italferr, Trenitalia – Privatizzazione e liberalizzazione Adeguamento sicurezza Alta capacità/velocità ferroviaria Riqualificazione linee di interesse: – metropolitano – regionale Riqualificazione nodi urbani – progetto grandi stazioni – progetto cento stazioni – progetti regionali movicentro Organizzazione del sistema ferroviario italiano Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 15  Classificazione delle ferrovie italiane Dati al 31/12/2021 (https://www.rfi.it/it/rete/la-rete-oggi.html#2) Circa 16000 km già nel 1910 5533 km nel 1986 50 % nel 1986 Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 16  Sede ferroviaria La piattaforma ha una forma indipendente dal tracciato La massicciata (o ballast) si adatta all’andamento planimetrico del tracciato Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 17  Ferrovie ordinarie con sede tipo A in rettifilo Nel caso della sezione tipo A (vie più trafficate) si adotta uno spessore del ballast di 50 cm. Tale spessore dipende dall’entità degli sforzi trasmessi, che a loro volta dipendono da: - peso massimo dei convogli - distanziamento tra traverse successive - velocità di esercizio della linea Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 18  Ferrovie ordinarie con sede tipo B in rettifilo Nel caso della sezione tipo B (vie meno trafficate) si adotta uno spessore minimo del ballast di 35 cm. Nelle sezioni tipo B le banchine laterali sono più piccole (50 cm anziché 60 cm) Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 19  Ferrovie ordinarie in curva Con sede di tipo A: Con sede di tipo B: Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 20  Ferrovie ad alta velocità italiane Maggiore intervia interasse Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 21  Rotaia Forma e sezione ottimale per resistere alle sollecitazioni indotte dai carichi (profilo Vignoles, 1830) Acciai speciali di alta qualità Maggiore peso maggiori prestazioni. Lunghezza da 18 m a 108 m. Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 22  Rotaie ed organi di attacco Supporto elastico (legno o neoprene) Mastice sigillante Conglomerato bituminoso Lastra in CLS Traversina Sottofondo Posa indiretta – Attacco indiretto Tramvie – sede promiscua Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 23  Traverse Le traverse in legno sono trattate (impregnate) con olio di creosòto. Il creosoto è il nome comune di diversi prodotti, di differente composizione. Si tratta di derivati della distillazione di legna, o di catrami minerali. Tossico e nocivo per la salute, ha funzioni di conservante, fungicida e insetticida. Nelle linee AV la traversa è in cap ed ha una lunghezza di 260 cm. Le traverse sono sempre distanziate tra loro di 60 cm. TRAVERSA IN CEMENTO ARMATO PRECOMPRESSO Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 24  Convogli ferroviari Diametro delle ruote: d Trattore (dMAX = 1,8 m, normalmente 1 m): - locomotive a vapore - locomotori diesel - locomotori elettrici Carri merci (d = 1 m) - locomotori combinati Vagoni passeggeri (d = 1 m) 130 kN < P < 225 kN Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 25  Convogli ferroviari Esposizione di fronte alle OGR per i 150 anni dell’unità d’Italia. 940.030 E404.002 Locomotiva a vapore del 1922 Tra le prime locomotrici dei convogli sperimentali In servizio fino al 1975 per superare grandi pendenze ETR 500, nel 1989 record 316 km/h Strade, Ferrovie e Aeroporti Lezione #2 26