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MASTER UNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO IN MASTER UNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO IN INGEGNERIA DELLE INFRASTRUTTURE E DEI SISTEMI INGEGNERIA DELLE INFRASTRUTTURE E DEI SISTEMI

FERROVIARIFERROVIARI

Franco AccattatisFranco Accattatis

Modulo VIFModulo VIF

VIA E IMPIANTI FISSIVIA E IMPIANTI FISSI

4. Gli apparecchi di comunicazione 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari fra i binari

Tipologia e geometriaTipologia e geometria

Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari

4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

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Definizione degli apparecchi di comunicazione

Gli apparecchi di comunicazione fra i binari sono i dispositivi che consentono il collegamento fra due binari o il loro attraversamento reciproco.

Classificazione funzionale degli apparecchi di binario

Scambi o deviatoi semplici: consentono il collegamento fra due binari

Scambi o deviatoi multipli: consentono il collegamento fra tre binari

Intersezioni: consentono il semplice attraversamento di due binari che si intersecano

Scambi intersezione semplici o doppi: consentono l’attraversamento di due binari che si intersecano ed il loro collegamento da un solo lato o da entrambi i lati

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Scambi semplici: il telaio degli aghi

Il deviatoio è costituito da una parte mobile (il telaio degli aghi) e da una parte fissa (il dispositivo di incrocio o cuore).

Gli aghi sono incernierati elasticamente uno ad una rotaia del ramo deviato e l’altroad una rotaia del ramo di corretto tracciato (principale).

Le parti estreme degli aghi sono le punte che vengono a contatto con le rotaie delcorretto tracciato.

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Il tratto di rotaia dalla cerniera elastica alla punta è realizzato mediante alleggerimento prima della suola, poi anche del fungo e del gambo per facilitarne ladeformabilità senza creazione di cuspidi.

Il telaio degli aghi può assumere due posizioni: quella di continuità col ramo di corretto tracciato quella di continuità col ramo deviato

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Modalità di impegno di uno scambio.Il deviatoio è impegnato di punta quando è percorso nel verso dal telaio degli aghi al cuore; viceversa è impegnato di calcio.

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Tallonabilità di uno scambio.

Nello scambio percorso di calcio, anche se non è disposto per il tracciato dal quale proviene il treno, il bordino può forzare il telaio modificandone la posizione, cioètallonando lo scambio.

Lo scambio è tallonabile se, una volta impegnato di calcio e aver subito modifica della posizione, ritorna automaticamente nella posizione primitiva.

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Scambi semplici: il cuore.Nel dispositivo di incrocio vi è una interruzione nella continuità di due rotaie per poter far passare il bordino della ruota che vi transita.Si instaura così uno spazio non guidato al quale sopperiscono le due controrotaie opposte al cuore, che devono impedire lo spostamento verso l’interno del binario della ruota che non transita sul cuore.Il cuore è realizzato con rotaie lavorate o fuso in monoblocco, con acciaio al manganese resistente all’usura.

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Geometria dello scambioLa curva del ramo deviato è costituita da un arco di cerchio o da un arco di curva a raggio variabile.L’angolo di deviazione è espresso attraverso la tangente trigonometrica dell’angolo che il ramo deviato forma rispetto al ramo principale all’uscita in corrispondenza del cuore.Il ramo deviato può essere totalmente curvo per semplici deviate oppure curvo fino al cuore e poi retto per comunicazioni tra binari paralleli.

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Sigla del deviatoioE’ costituita da 3 elementi numerici e 2 letterali:S 60 /250/0,12 d| | | | |———— definisce la direzione del ramo deviato: d = destra; s = sinistra | | | |—————— è la tangente dell’angolo di deviazione all’uscita | | |———————— è il raggio in [m] del ramo deviato | |—————————— è la massa lineica delle rotaie che costituiscono lo scambio |——————————— indica il tipo di deviatoio: S = semplice; D = doppio

Raggio di deviata R [m]Raggio di deviata R [m] Scartamento [mm]Scartamento [mm]

R ≥ 245R ≥ 245 14351435

150 ≤ R ≤ 244150 ≤ R ≤ 244 14451445

110 ≤ R ≤ 149110 ≤ R ≤ 149 14601460

70 ≤ R ≤ 10970 ≤ R ≤ 109 14651465

Scartamento delle rotaie negli scambi

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Scambi semplici. Geometria dello scambio. Profili della rotaia.

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Velocità di percorrenza e comfort di marcia sugli scambi

La velocità di percorrenza del ramo di corretto tracciato è la stessa del tratto di linea di cui fa parte.

La velocità sul ramo deviato non beneficia della compensazione del sovralzo perché tutti gli elementi dello scambio sono posti senza l’inclinazione di 1/20 e sullo stesso piano orizzontale.

L’accelerazione non compensata ammessa è pertanto di 0,65 m/s2:anc = 0,65 = (V/3,6)2/R

e la velocità di percorrenza della deviata è espressa dalla formula:V = 2,91√R [km/h]

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Velocità di percorrenza e comfort di marcia sugli scambi

Nei deviatoi con ago costruito con pialle, con curva a raggio costante, l’accelerazione varia linearmente con contraccolpo costante nel tempo t necessario perché sul ramo deviato entri o esca l’intero veicolo rappresentato dal passo p degli assi (nei veicoli a due assi) o dall’interperno dei carrelli (nei veicoli a carrelli). Il contraccolpo vale:c = anc/t = ancV/3,6p [m/s3]Nei deviatoi costruiti con frese a controllo numerico la curva può essere realizzata con raggio variabile con continuità sia in ingresso che in uscita e quindi l’accelerazione può variare con continuità da 0 a 0,65 m/s2 e viceversa.

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Velocità di percorrenza e geometria degli scambi

Sigla del Sigla del deviatoiodeviatoio

V [km/h]V [km/h] CuoreCuore Angolo di Angolo di uscitauscita

S60/170/0,1S60/170/0,122

3030 RettoRetto 6°50’34”6°50’34”

S60/250/0,0S60/250/0,09292

3030 RettoRetto 5°15’30”5°15’30”

S60/250/0,1S60/250/0,122

3030 CurvoCurvo 6°50’34”6°50’34”

S60/400/0,1S60/400/0,122

6060 RettoRetto 4°13’46”4°13’46”

S60/400/0,0S60/400/0,07474

6060 CurvoCurvo 5°21’55”5°21’55”

S60/1200/S60/1200/

0,0400,040100100 RettoRetto 2°17’26”2°17’26”

S60/3000-∞/ S60/3000-∞/ 0,0220,022

160160 RettoRetto 1°15’23”1°15’23”

S60/6000-∞/S60/6000-∞/

0,0150,015220220 RettoRetto 0°51’26”0°51’26”

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Scambi in curva

Quando il corretto tracciato si svolge in curva di raggio R il raggio di curvatura r del ramo deviato (calcolato rispetto al corretto tracciato rettilineo R = ∞) deve variare per conservare lo stesso angolo di deviazione, assumendo il valore r’:r’ < r se il ramo deviato è interno rispetto al corretto tracciato curvor’ > r se il ramo deviato è esterno rispetto al corretto tracciato curvo

DefinizioniCorretto tracciato rettilineo = angolo di deviatar = raggio di curvatura del ramo deviatot = lunghezza della tangente dell’angolo di deviata = rtg(/2)

Corretto tracciato curvilineo = angolo di deviazione del corretto tracciato’ = angolo di deviazione della deviata rispetto al corretto tracciato rettilineo’ = ± + nel caso di scambio curvato verso l’interno- nel caso di scambio curvato verso l’esterno

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Scambi per corretto tracciato curvoRelazione fra raggio di curva del corretto tracciato, raggio di curva della deviazionecon il corretto tracciato rettilineo ( r ) e raggio di curva della deviazione con il corretto tracciato curvo ( r’ ):r’ = [r –/+ (t2/R)]/[1 ± (r/R)]Segno superiore = per lo scambio curvato verso l’internoSegno inferiore = per lo scambio curvato verso l’esterno

Scambio simmetricoE’ il caso di un bivio con corretto tracciato curvo di raggio R. La deviata esterna con curvatura esterna ha un raggio r’ = R, in modo che l’ipotetico corretto tracciato rettilineo si inserisce come bisettrice dell’angolo fra corretto tracciato curvo e deviata.

Scambi multipliScambio doppio asimmetricoE’ costituito da due dispositivi semplici, uno destro e l’altro sinistro, che si seguono con parziale compenetrazione.Scambio doppio simmetrico o scambio triploE’ la versione simmetrica dello scambio doppio, in cui c’è un cuore centrale e due cuori laterali gemelli.

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Tipologia degli scambi curvati

Curvatura Deviazione

Scambio Relazione fra gli angoli di deviazione

Relazione fra i raggi

Interna Interna Destro ’ = + r’ = (rR – t2) (R + r)

Interna Interna Sinistro ’ = + r’ = (rR – t2) (R + r)

Interna Esterna Destro ’ = – r’ = (rR + t2) (r – R)

Interna Esterna Sinistro ’ = – r’ = (rR + t2) (r – R)

Esterna Esterna Destro ’ = – r’ = (rR + t2) (R – r)

Esterna Esterna Sinistro ’ = - r’ = (rR + t2) (R – r)

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Scambi semplici.Geometria dello scambio.Scambio su tracciato curvo.Scambio curvato verso l’internodella curva.

Scambi semplici.Geometria dello scambio.Scambio su tracciato curvo.Scambio curvato verso l’esterno della curva.

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Scambi semplici.Geometria dello scambio.Geometria del tracciato in deviata per uno scambio destro da corretto tracciato in rettilineo.

Geometria del tracciato in deviata per uno scambio destro da corretto tracciato curvilineo destro.

Geometria del tracciato in deviata per uno scambio sinistro da corretto tracciato curvilineo sinistro.

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Scambi semplici.Geometria dello scambio.

Geometria del tracciato in deviata per uno scambio destro da corretto tracciato curvilineo con deviazione esterna rispetto al centro della curva.

Geometria del tracciato in deviata per uno scambio sinistro da corretto tracciato curvilineo con deviazione esterna rispetto al centro della curva.Geometria del tracciato in deviata per uno scambio destro da corretto tracciato curvilineo sinistro con deviazione esterna rispetto al centro della curva.

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Scambi semplici. Geometria dello scambio.Geometria del tracciato in deviata per uno scambio sinistro da corretto tracciato curvilineo destro con deviazione esterna rispetto al centro della curva.

Scambiosimmetrico

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Scambi multipli.

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Le intersezioni.L’intersezione è un dispositivo che consente il semplice incrocio fra due binari che interferiscono.E’ classificata con una sigla con 1 elemento letterale e 2 elementi numerici:I/60/0,12| | |—————————è la tangente dell’angolo di deviazione| |——————————— è la massa lineica delle rotaie dell’intersezione|———————————— è la I iniziale di intersezione

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Lo scambio intersezione

E’ detto anche scambio inglese. Consente l’intersezione fra due binari ed il passaggiofra due binari giacenti solo da un lato rispetto all’asse dell’intersezione (scambio intersezione semplice) o da entrambi (scambio intersezione doppio).

Nel cuore doppio aumenta notevolmente lo spazio non guidato, in cui la guida è affidata alla controrotaia.

L’altezza della controrotaia è quindi maggiorata di 60 mm per aumentare la lunghezzaguidata.

La lunghezza non guidata è tanto maggiore quanto minore è l’angolo di deviazione.

Poiché la controrotaia non può superare i 60 mm per motivi di sagoma, la tangenteminima dell’angolo di deviazione può essere 0,12.

A causa dei costi di manutenzione si preferisce sdoppiare le intersezioni anzicché usaregli scambi intersezione.

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Scambio intersezione o scambio inglese.

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Il cuore dello scambio e la controrotaia.

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Lo sdoppiamento di una intersezione.

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Le comunicazioni.

Comunicazioni semplici

Consentono il collegamento fra due binari paralleli di interasse i mediante due scambi semplici montati con le deviate in prosecuzione con l’interposizione di un tratto rettilineo ls detto serraglia se i > 3,555 m:ls = (i – 3,555)/tg

Poiché per il riassetto della cassa nella marcia fra due curve di opposta concavità occorrono almeno 1,5 s per il riassetto della cassa, si deve interporre un tratto rettilineo l ≥ Vt = V1,5/3,6 = 0,42V [m] aumentando la distanza tra i cuori ovverosi deve ricorrere agli scambi a curvatura variabile per graduare la variazione dellaaccelerazione trasversale.

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Le comunicazioni semplici: Geometria e cinematica di una comunicazione semplice.

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Le Comunicazioni successiveSi ricorre a tali dispositivi, distanziati di l, quando occorre mettere in comunicazione due binari una volta verso destra e poi verso sinistra.Comunicazione doppia (a forbice)Le due comunicazioni successive vengono sovrapposte a costituire la comunicazione a forbice in cui l’intersezione centrale dei quattro rami deviati realizza una tangente circa doppia rispetto a quella dei deviatoi semplici componenti.

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Gli scambi per linee ad alta velocità.

Il cuore a punta mobile.La guida tramite la controrotaia provoca spostamento trasversale della ruota e quindi accelerazioni trasversali. Per velocità superiori a 200 km/h le sollecitazioni che ne conseguono non sono accettabili e bisogna ripristinare la continuità della guida di bordino attraverso il cuore a punta mobile, in cui la punta può attestarsi sull’una o l’altra rotaia.

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Scambi ad alta velocità.

Il cuore a punta mobile.

Cuore a punta flessibile.

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Scambi ad alta velocità. Il cuore a punta mobile. Cuore a punta articolata.

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Scambi per linee ad alta velocità.La posa inclinata di 1/20La posa verticale della rotaia riduce la velocità critica dei carrelli, cioè la velocità limite alla quale si manifesta instabilità laterale di marcia, con necessità di ridurre la velocità di percorrenza dello scambio.Per evitare ciò, si ricorre alla posa inclinata del solo contrago. Per l’ago, che deve scorrere necessariamente su un piano orizzontale, si può adottare l’inclinazione del solo fungo.

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