ARMAMENTO FERROVIARIO: stato dell’arte Seminario CIFI – Milano, 26 maggio 2017 Tipologie armamento metro in relazione a vibrazioni e rumore Giorgio Diana, Andrea Collina Dpartimento di Meccanica, Politecnico di Milano

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• L’esercizio del trasporto su rotaia comporta necessariamente la generazione di un disturbo più o meno avvertibile arrecato a coloro che risiedono nell’intorno di una linea.

• Tale disturbo è percepito principalmente in termini di rumore e di vibrazioni.

• L’importanza della valutazione e dello studio dell’impatto vibroacustico di una linea di trasporto urbano è accresciuta nel tempo.

• Scopo di queste brevi note è semplicemente di richiamare i alcuni aspetti legati alla possibilità di attenuare l’impatto vibrazionale agendo sull’armamento.

Vibrazioni e rumore associate all’esercizio del traffico su rotaia

Vibrazioni e rumore associate all’esercizio del traffico su rotaia

La maggior parte del disturbo vibro-acustico può essere addebitato al contatto ruota-rotaia. Le principali modalità sono:

– Vibrazioni trasmesse all’ambiente per effetto del moto dell’infrastruttura indotto dal passaggio del convoglio

– Rumore di rotolamento (rolling noise) – Stridio in curva (Squeal) – Rumore dovuto ai freni meccanici – Rumore secondario (rumore strutturale e/o riemesso) – Rumore e vibrazioni associato a singolarità del binario

(giunto, scambio) o della ruota (wheel-flat) o alla formazione di marezzatura sulla testa del binario.

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• Il transito di un rotabile in superficie induce: – moto vibratori trasmessi al terreno (onde di superficie) – rumore aereo dalle diverse fonti (ausiliari), rotolamento delle ruote,

stridio nelle curve, rumore d’impatto delle ruota con wheel-flat o in corrispondenza del passaggio su giunti

Vibrazioni e rumore associate all’esercizio del traffico su rotaia

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• Il transito di un rotabile in galleria induce: – moto vibratori trasmessi tramite la galleria al terreno e

successivamente alle abitazioni (onde di compressione e taglio) – rumore aereo attraverso le prese di ventilazione – rumore aereo secondario riemesso dalle pareti e dalle solette degli

edifici circostanti, poste in vibrazione

Vibrazioni e rumore associate all’esercizio del traffico su rotaia

Vibrazioni e rumore associate all’esercizio del traffico su rotaia

• La percezione da parte dei residenti è variabile anche a livello soggettivo.

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Stato delle ruote (ovalizzazione,sfaccettatura, poligonalizzazione, …)

Contatto ruota-rotaia

Rotabile

GalleriaAmbiente

circostante/Abitazioni

Terreno

Armamento

( )

Stato del binario (irregolarità, usuraondulatoria, giunti,…)

Tipologia: attacco diretto, ballast,traversina su supporto elastico,

massivo, ...

Sospensioni, carico/asse, velocità

Il ruolo dell’armamento come elemento moderatore tra veicolo e ambiente circostante

Il “percorso” delle vibrazioni

Parete tunnel

Piano strada

Parete al piano

Soletta al piano

Il “percorso” delle vibrazioni

• Giunti al piano vi possono essere amplificazioni da parte della soletta, in misura dipendente anche dall’età e dell’edificio.

Il ruolo dell’armamento nell’attenuazione delle vibrazioni trasmesse

Modelli con diversi gradi di sofisticazione consentono di impostare una valutazione della capacità di attenuazione delle vibrazioni

Il ruolo dell’armamento nell’attenuazione delle vibrazioni trasmesse

La combinazione (interazione) tra rotabile e armamento definisce un nuovo sistema dinamico complessivo. L’uso di un (buon) armamento massivo è il sistema più efficace per attenuare le vibrazioni

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Un esempio di armamento massivo: Milano massivo

Sviluppato in collaborazione tra MM, ATM e Politecnico

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0

20

40

60

80

100

120

140

160

10 100 1000[Hz]

Lv [d

B]

Spettri a bande:

Azione dei diversi stati di sospensione come filtro lungo il percorso delle vibrazioni

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Confronto accelerazione in parete galleria

Milano Massivo

Vienna Milano tradizionale

Stazione S. Agostino

Vienna

Attacco diretto massivo

Il ruolo dell’armamento nell’attenuazione delle vibrazioni trasmesse

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Il ruolo dell’armamento nell’attenuazione delle vibrazioni trasmesse

Accelerazione misurata in parete in diversi siti con diversi armamenti, in presenza di marezzatura

Utilizzo del sub-ballast mat

Installation of High-Performance Ballast Mats in an Urban Railway Tunnel in the City of Berlin. Proceedings EuroNoise´01 (on CD-ROM), Patras, Greece, January 2001 (R.G. Wettschureck, W. Daiminger

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• Un particolare problema è costituito dall’usura ondulatoria che si manifesta sulla testa della rotaia, la “marezzatura”

• In ambito tramviario e di linee metro si manifesta nei tratti con elevate forze di contatto nel piano di contatto ruota-rotaia: – in rettilineo nei tratti di forte accelerazione, decelerazione

ed in salita – nelle curve strette (R<250-300m)

La marezzatura in curva

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La marezzatura in curva: un’ampia varietà di lunghezze d’onda

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prima dellamolatura

dopo lamolatura

• 0.1 mm ampiezza usura ondulatoria• 6-10 cm lunghezza d’onda• 120-200 Hz

• 0.1 ampiezza usura ondulatoria• 3 cm lunghezza d’onda• 360-450 Hz

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

1

2

3

4

5

6

7x 10

-6

Hz(m

/s2 )2 /(r

ad/s

)

S .Babila a4S .Babila be fore

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

1

2

3

4

5

6

7x 10

-6

Hz(m

/s2 )2 /(r

ad/s

)

S .Babila a4S .Babila be foreS .Babila a fte r

prima dellamolatura

dopo lamolatura

=3cm

0.1mm

BallastAttacco diretto

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2x 10

-4

Hz

(m/s

2 )2 /(rad

/s)

P iola tunne l wall

P iola be fore

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2x 10

-4

Hz

(m/s

2 )2 /(rad

/s)

P iola tunne l wall

P iola be foreP iola a fte r

=8cm

0.1mm

La marezzatura in curva: molatura delle rotaie

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La marezzatura in curva e l’armamento

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La marezzatura in curva: rumore aereo in particolari situazioni

Limite di ammissibilità

Pressione sonora

Pressione sonora ponderata (A)

fonometro

accelerometri

Alcune considerazioni

L’impatto vibroacustico dell’esercizio ferroviario in ambito urbano è inevitabile Può essere però positivamente governato e gestito con opportune e corrette scelte progettuali che tengono conto della situazione locale (linea, e recettori) sono in grado di mitigare il problema La manutenzione rotabile e linea concorre in maniera rilevante a mitigare alla fonte il disturbo Sarebbe auspicabile però evitare in sede di progetto scelte inopportune per quanto riguarda, ad esempio, il tracciato al fine di evitare (o almeno limitare) la necessità di interventi ex-post.

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