Giovanni Solari - Andrea Freda

Giovanni Solari - Andrea FredaDipartimento di Ingegneria delle Costruzioni, dell’Ambiente e del Territorio (DICAT)

Università degli Studi di Genova

GRUPPO FERROVIE DELLO STATO

Università degli Studidi Genova

Background

Progetto AOA – Analisi del vento lungo la linea AV/AC Roma-Napoli – Firenze 20/02/2009

Giugno 2005 Analisi dei venti che interessano la linea AV/AC Roma-Napoli, per l’individuazione dei siti più idonei a istallare strumenti finalizzati al monitoraggio dei venti che potrebbero condizionare il transito dei treniAnalisi dei dati acquisiti dagli strumenti istallati lungo la linea, per la valutazione predittiva dei venti che potrebbero condizionare l’esercizio ferroviarioSupporto alla scelta degli apparecchi di rilevamento, alla posa in opera e ai parametri da rilevare

22 Novembre 2005Stipula di un contratto di collaborazione fra Rete Ferroviaria Italiana (RFI) e il Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica (DISEG) con la partecipazione del Dipartimento di Fisica (DIFI) dell’Università degli Studi di Genova


11 Gennaio 2006Emissione dell’Ordine di Servizio n. 2, relativo all’estensione del precedente contratto per inglobare le attività del Progetto AOA:

1.Analisi probabilistica del vento lungo la linea2.Analisi predittiva del vento lungo la linea3.Supporto alle scelte inerenti la rete di monitoraggio

Background

Analisi probabilistica del vento lungo la linea


OBIETTIVI:oScelta dei siti più idonei per istallare strumenti di rilevamento e trasmissione dati, e per il monitoraggio dei venti intensi che possano condizionare l’operatività della lineaoValutazione della probabilità di occorrenza della velocità e della direzione del vento lungo la linea, nella prospettiva di svolgere successive analisi di rischio



D – Methodology assessment

C -Probabilistic model

B – Wind simulation

A - Line, stations and territory modelling

1 Cartography and characteristics of the railway line

4 N u m e r i c t e r r i t o r y m o d e l l i n g

14 Weighting coefficients

15 Probabilistic analysis of simulated wind speed and direction at the line

10 Transmission coefficients from reference site to the line

9 Transmission coefficients from stations to reference site

2 Selection of long term AF/ENAV meteorological stations

3 Short-term RFI meteorological

monitoring system

6 Mean wind speed at AF/ENAV stations

7 M e a n w i n d speed at the line

8 Turbulence simulation at the line

11 Analysis of measured data at AF/ENAV stations

12 Analysis of simulated data at reference si te

13 Analysis of simulated data at the line from each station

16 Analysis of measured data at RFI stations 17 Comparison between simulated data and data recorded at the line

5 Territorial mean wind speed simulation

A1 – Linea ferroviaria




913 punti di discretizzazione lungo 196 km di linea ( un punto di discretizzazione ogni 150 m)



Coordinate punto sulla linea

Coordinate terreno alla sinistra della linea

Coordinate terreno alla destra della linea

Progressiva (km)

V=viadotto T=tunnel

R=rilevato

Nomelocalità

X (m)

Y (m)

Z (m)

X (m)

Y (m)

Z (m)

X (m)

Y (m)

Z (m) Hs (m) Hd

(m) Azimut Nome viadotto

13.000 R xxx yyy zzz xxx yyy zzz xxx yyy zzz 1.66 0.07 94.048

13.193 R xxx yyy zzz xxx yyy zzz xxx yyy zzz 0.7 -1.110 94.048

13.375 T collatina_f xxx yyy zzz xxx yyy zzz xxx yyy zzz 0.43 0.810 94.048

13.567 V xxx yyy zzz xxx yyy zzz xxx yyy zzz 6.51 7.400 94.048 cave_i



14.038 T cave_i xxx yyy zzz xxx yyy zzz xxx yyy zzz -14.77 -6.500 86.145

14.230 T cave_f xxx yyy zzz xxx yyy zzz xxx yyy zzz -7.110 -7.470 83.310

14.291 V xxx yyy zzz xxx yyy zzz xxx yyy zzz 8.300 6.840 80.520 benzone_i

14.384 V xxx yyy zzz xxx yyy zzz xxx yyy zzz 9.350 9.640 80.520 benzone_i

14.448 T lungh1_i xxx yyy zzz xxx yyy zzz xxx yyy zzz 3.130 -5.490 80.520

14.760 T lungh1_f xxx yyy zzz xxx yyy zzz xxx yyy zzz 0.830 0.810 80.520















monitoring system









A2 - Stazioni meteorologiche AM/ENAV




Nome AeroportoEnte di

appartenenzaAnni misure (inizio/fine)

Totale anni disponibili

Coppie di dati (intensità+direzione)

teoricamente disponibili

% dati misurati

Napoli Capodichino ENAV 1951/2004 51 149024 95.63

Roma Ciampino ENAV 1951/2005 55 160712 98.79

Civitavecchia AM 1951/2005 54 157792 68.69

Roma Fiumicino ENAV 1958/2004 47 128568 92.09

Frosinone AM 1951/2005 55 160712 77.84

Guidonia AM 1962/2005 44 128568 89.66

Caserta-Grazzanise AM 1961/2005 45 131488 73.73

Latina AM 1961/2005 45 131488 83.01

Pratica di Mare AM 1960/2005 46 134416 84.65



Stazione Meteorologica di Roma Fiumicino















monitoring system









A3 – Sistema di monitoraggio RFI




Matricola Centralina

Denominazione (località)

Progressive - Tipologia di installazione Data Avvio Data Arresto

7656 Anagni Km 62+710 - rilevato dato non disponibile 21/04/06

7657 Mignano 2 Km 145,500 b.d. - trincea 2005/12/02 in funzione

7658 Capua 1 Km 183,550 b.p. - rilevato 2005/12/02 in funzione

7659 Capua 2 Km 184,015 b.p. - viadotto 2005/12/02 in funzione

7665 Rio Ponticello Km 165,180 b.p. - viadotto 2006/02/28 in funzione

7670 Tora-Piccilli Km 152,570 b.p. - viadotto 2005/12/05 in funzione

7671 Mignano 1 Km 145,700 b.p. - viadotto 2005/12/05 in funzione

7672 S. GiovanniIncarico

ex: km 112+225 b.p. - rilevato

attuale: Km 112,180 b.p. - rilevato

ex 06/12/2005

attuale 18/10/2006

in funzione

7673 Sgurgola Km 68,790 b.p. - rilevato 2005/12/19 in funzione

7674 Ceccano 1 Km 88,360 b.d. - rilevato 2005/12/05 in funzione

7675 Castellana Km 85,280 b.d. - rilevato 2005/12/05 instabile dal 10/2006















monitoring system









A4 – Modellazione numerica del territorio


12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0

Longitudine (gradi)

40.5

41.0

41.5

42.0

42.5

La

titu

din

e (g

rad

i)

100

300

500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

2100

2300

2500

(m )

1

23

4

5



12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0

Longitud ine (grad i)

40.5

41.0

41.5

42.0

Latit

udin

e (g

radi

)

0

100

300

500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

2100

2300

2500

2700

(m )

Macro-area discretizzata con passo di griglia pari a circa 920 m



12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0


40.5

41.0

41.5

42.0

Latit

udin

e (g

radi

)

0

100

300

500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

2100

2300

2500

2700

(m )

12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8

Longitudine (gradi)

41.6

41.7

41.8

41.9

42.0

42.1

La

titu

din

e (

gra

di)

0

100

300

500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

2100

2300

2500

2700

(m )

Operazione di zoom

Macro-area discretizzata con passo di griglia pari a circa 920 m

Micro-area discretizzata con passo di griglia pari a circa 230 m



12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0


40.5

41.0

41.5

42.0

Latit

udin

e (g

radi

)

0

100

300

500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

2100

2300

2500

2700

(m )

Orografia del terreno

Micro-area 1



12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0

Longitudine (gradi)

40.5

41.0

41.5

42.0

La

titu

din

e (

gra

di)

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

520

Copertura del terreno

Micro-area 1

12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0

Longitud ine (gradi)

40.5

41.0

41.5

42.0

Latit

udin

e (g

radi

)

0

0 .05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

(m )A4 – Modellazione numerica del territorio


Rugosità del terreno

Micro-area 1



Spostamento del piano zero

12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0

Longitudine (gradi)

40.5

41.0

41.5

42.0L

atit

ud

ine

(gr

adi)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15(m )



Discretizzazione verticale del volume di calcolo - Superfici conformi















monitoring system









B5 – Simulazione territoriale della velocità media del vento


Metodo 1: WINDS – determinazione di campi di vento coerenti con una velocità media e con una direzione uniforme, quindi ideale, alla sommità dello strato limite atmosferico

Metodo 2: BOLAM + WINDS – determinazione di campi di vento coerenti con scenari meteorologici reali accuratamente selezionati fra quelli verificatisi nell’area in esame



Metodo 1 - WINDS



Metodo 2 – BOLAM + WINDS



Metodo 2 – BOLAM + WINDS

modulo e direzione del vento a 10 m s.l.t.















monitoring system









B6 – Estrazione della velocità media presso le stazioni




Stazione Meteorologica di Frosinone – Mappa locale di rugosità



Stazioni Meteorologiche di Ciampino e Frosinone – Velocità media del vento

10 20

30

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0reference ground (25.1 m/s)

Ciampino

Frosinone















monitoring system









B7 – Estrazione della velocità media lungo la linea




METODO “AOA”

La velocità media del vento è estratta:• alla quota di 2 m sui binari, per i tratti di linea su viadotto• alla quota convenzionale di 4 m sul suolo, per tutti gli altri tratti di linea

Questa scelta comporta:• l’uso di CWC su terreno piano per i viadotti• l’uso di CWC comprensive di rilevate e trincee altrove


Metodo 1 – WINDS – Vento geostrofico: velocità 50 m/s, direzione 0°



METODO “RFI”

La velocità media del vento è estratta:• alla quota di 2 m sui binari, per qualunque tratto di linea (viadotti, terreno piano, rilevati, trincee)

Questa scelta comporta:• l’uso di CWC su terreno piano per qualunque tratto di linea

La valutazione della velocità media del vento sui viadotti coincide con quella del Metodo AOA

La valutazione della velocità media del vento sui rilevati e nelle trincee richiede che i risultati prodotti dal codice WINDS siano corretti per tenere conto degli effetti locali delle alterazioni del suolo


METODO “RFI” - RILEVATO


E E 0

2 2E 0 E 0

15

E

V V

cos C sin

C 0,94 1,63H 10 0,49

0 2 4 6 8 10 12 14 16 181

1.2

1.4

CE

; W

= 3

m

CE ; H

d = H

u

ESDUAOA

AOAcorr

0 2 4 6 8 10 12 14 16 181

1.2

1.4

Hu [m]

CE

; W

= 9

m

ESDU

AOA


METODO “RFI” - TRINCEA


-18-16-14-12-10-8-6-4-200.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Hu [m]

CC

CC (Hd

= Hu)

W = 3mW = 9mfit

C C 0

2 2C 0 C 0

4 2 5 3C

V V

cos C sin

C 1 0.0215H 4.55 10 H 2.29 10 H



Metodo 1 – WINDS – Vento geostrofico: velocità 50 m/s, tutte le direzioni

FrascatiColleferro Ceprano-Pontecorvo

TeanoFrascati

Colleferro Ceprano-Pontecorvo

TeanoFrascati

Colleferro Ceprano-Pontecorvo

Teano



Metodo 2– BOLAM +WINDS – Tutti gli eventi selezionati

Valmontone

VallecorsaS. Lucia

Teano

Sparanise

Marcianise

Valmontone

VallecorsaS. Lucia

Teano

Sparanise

Marcianise

Valmontone

VallecorsaS. Lucia

Teano

Sparanise

Marcianise















monitoring system










B8 – Simulazione della turbolenza atmosferica lungo la linea

Intensità di turbolenza:

Scale integrali della turbolenza:

0

0 0

u v w

0.4I ;

ln z / z

6 1.1arctg ln z 1.75 (z in m)

I I ; I 0.75I ; I 0.75I

0 0

u v w

zL 300 ;

200

0.67 0.05ln(z ) (z in m)

L L ; L 0.25L ; L 0.10L

(Solari e Piccardo 2001)


Progressiva (km) TIPO z0 (m) d (m) Iu Iv Iw Lu Lv Lw

13 R 0.35 0 0.429757 0.322318 0.214878 22.43063 5.607656 2.243063

13.19257 R 0.35 0 0.429757 0.322318 0.214878 22.43063 5.607656 2.243063

13.37464 T 0.35 0 0.429757 0.322318 0.214878 22.43063 5.607656 2.243063

13.56674 V 0.35 0 0.289341 0.217005 0.14467 42.70262 10.67566 4.270262

13.76049 V 0.35 0 0.270785 0.203089 0.135393 48.87617 12.21904 4.887617

13.93581 V 0.35 0 0.26738 0.200535 0.13369 50.20452 12.55113 5.020452

14.038 T 0.35 0 0.429757 0.322318 0.214878 22.43063 5.607656 2.243063

14.23 T 0.35 0 0.429757 0.322318 0.214878 22.43063 5.607656 2.243063

14.29121 V 0.35 0 0.273008 0.204756 0.136504 48.04528 12.01132 4.804528

14.38369 V 0.1 0 0.216436 0.162327 0.108218 61.05671 15.26418 6.105671

14.44796 T 0.1 0 0.30111 0.225832 0.150555 29.18016 7.29504 2.918016

14.76046 T 0.1 0 0.30111 0.225832 0.150555 29.18016 7.29504 2.918016

B8 – Simulazione della turbolenza atmosferica lungo la linea


B8 – Simulazione della turbolenza atmosferica

uG 1 gIVelocità di picco del vento su terreno piano: V̂ GV



uG 1 gIVelocità di picco del vento su terreno piano:

Metodo AOA: OVUNQUE ug 2.84 G 1 2.84I

V̂ GV



Velocità di picco del vento su terreno piano:

10

0

0 010 0.74 1.44

0 u u

Pg P 1.175 2ln T

P

TV VP1 0.032P ; ; T ;

1 0.56 P L L

Metodo AOA: OVUNQUE

Metodo RFI:

uG 1 gI

ug 2.84 G 1 2.84I

V̂ GV



Velocità di picco del vento su terreno piano:

Metodo AOA: OVUNQUE

Metodo RFI:

E E

EE

1 G 1G

2

C C

CC

1 G 1G

2

RILEVATO:

TRINCEA:

VIADOTTO: VG G

10

0

0 010 0.74 1.44

0 u u

Pg P 1.175 2ln T

P

TV VP1 0.032P ; ; T ;

1 0.56 P L L

uG 1 gI

ug 2.84 G 1 2.84I

V̂ GV















monitoring system



8 T u r b u l e n c e simulation at the line







B9/B10 – Coefficienti di trasferimento

Per ogni stazione meteorologica (I = 1,2,...M=7) e per ogni punto della linea (J = 1,2,...N=913), sono ricavate tabelle dei “coefficienti di trasferimento”.

Essi trasformano la velocità e la direzione del vento dalla stazione I al punto J della linea:

J I I

J I I

V Vk

J

VJJ

I

VI

IStazione meteorologica

linea


B9/B10 – Coefficienti di trasferimento

Stazioni AM/ENAVLinea ferroviaria

Condizioni di riferimentoDati simulati

(terreno piano e omogeneo, Z0=0.05m)

Vantaggi del passaggio al riferimento:•il passaggio a condizioni di riferimento rende più omogenei i dati delle stazioni AM/ENAV, facilitandone il confronto;•devono essere calcolati meno coefficienti.















monitoring system










C11 – Analisi probabilistica presso le stazioni AM/ENAV

3 FASI

Controllo e correzione

delle basi datiAnalisi della

popolazione dei dati

Analisi delle distribuzioni di

estremoAnalisi direzionali + Analisi adirezionali

(Weibull)

1. Distribuzione Asintotica del I tipo (Gumbel)2. Analisi di Processo3. Distribuzione generalizzata di Pareto



Controllo e correzione delle basi dati

04/11/1961 05/11/1961 06/11/1961 07/11/19610

100

200

300

dire

ctio

n [d

eg]

04/11/1961 05/11/1961 06/11/1961 07/11/1961990

1000

1010

1020

date

pres

. [m

bar]

04/11/1961 05/11/1961 06/11/1961 07/11/19610

10

20

30

40w

ind

spee

d [m

s-1]

05-Nov-1961 12:00:00

time series

averaged [6hh] time series

examined data

neighbouring time intervals

contiguous data

daily max



Controllo e correzione delle basi dati

31/03/1988 01/04/1988 02/04/1988 03/04/19880

100

200

300

direction [

deg]

31/03/1988 01/04/1988 02/04/1988 03/04/19881000

1010

1020

1030

date

pre

s.

[mbar]

31/03/1988 01/04/1988 02/04/1988 03/04/19880

10

20

30

40w

ind s

peed [

ms-1

]

01-Apr-1988 03:00:00

time series averaged [6hh] time series

examined data

neighbouring time intervals

contiguous data daily max



Analisi della popolazione dei dati

Stazione di Roma Fiumicino - Popolazione delle misure



Analisi della popolazione dei dati

Stazione di Roma Fiumicino – Distribuzione dei valori correnti

1.E-61.E-5

1.E-4

0.001

0.010.02

0.05

0.1

0.2

0.5Pro

babi

lità

di s

uper

amen

to

504030201052

Velocità media (m/s)

Probabilità di superamento

302010 40

N

Distribuzione polare



Analisi delle distribuzioni di estremo

Stazione di Roma Fiumicino – Distribuzione del massimo annuale

Vel

ocit

à m

edia

(m

/s)

40

35

30

25

20

Periodo medio di ritorno (anni)100020050201052

15

45

10

5

I tipoProcessoPareto

Vel

ocit

à m

edia

(m

/s)

40

35

30

25

20

Periodo medio di ritorno (anni)100020050201052

15

45

10

5



Analisi delle distribuzioni di estremo – correzione per dati mancanti, calme di vento e discontinuità delle acquisizioni

iniziale

corretto

Stazione di Roma Fiumicino – Distribuzione del massimo annuale



Sintesi dei risultati

Va

Stazione(m/s)

R = 50 anni(Analisi di Processo)

(0.1% probabilità di superamento)

(1% probabilità di superamento)


Capodichino 26.56 - 27.11 14.98 10.28 5.16

Ciampino 26.98 - 27.33 15.91 11.24 6.02

Civitavecchia 27.63 - 27.8 16.8 12.35 7.19

Fiumicino 23.81 - 24.01 14.97 11.15 6.62

Frosinone 23.6 - 24.02 12.91 8.68 4.08

Grazzanise 23.12 - 23.46 13.92 10.06 5.52

Guidonia 21.32 - 21.68 12.19 8.46 4

Latina 21.84 - 22.35 12.4 8.62 4.29

Pratica di Mare 25.85 - 26.34 14.15 10.7 6.54

V















monitoring system





12 Analysis of simulated data at reference site





C12 – Analisi probabilistica presso il sito di riferimento

Stazione di Roma Fiumicino – Distribuzioni polari

Velocità media misurata Velocità media di riferimento

302010 40

N

302010 40

N

Stazione

(m/s)

R = 50 anni(Analisi di Processo)

(0.1% probabilità di superamento)



Capodichino 29.92 – 30.54 16.77 11.48 5.73

Ciampino 29.47 – 29.84 17.37 12.27 6.57

Fiumicino 23.5 – 23.71 14.73 10.94 6.47

Frosinone 26.55 – 27.01 14.13 9.47 4.42

Grazzanise 25.71 – 26.1 15.24 10.88 5.84

Guidonia 25.44 – 25.87 14.43 9.96 4.65

Latina 25.28 – 25.89 14.2 9.78 4.80

Pratica di Mare 22.17 – 22.34 14.16 10.73 6.59


C12 – Analisi probabilistica presso il sito di riferimento

Sintesi dei risultati

refV















monitoring system










C13 – Analisi probabilistica presso la linea da ogni stazione

stazione AM/ENAV

N° 1

stazione AM/ENAV N° 1 trasferita al riferimento



stazione AM/ENAV

N° 2

stazione AM/ENAV

N° 7


stazione AM/ENAV

N° 1


stazione AM/ENAV trasferita dal riferimento

al punto 1 della linea



stazione AM/ENAV trasferita dal riferimento al punto 913 della linea



stazione AM/ENAV

N° 2

stazione AM/ENAV

N° 7



stazione AM/ENAV

N° 1




valori medi

valori max.

valori medi

valori max.

valori medi

valori max.






stazione AM/ENAV

N° 2

stazione AM/ENAV

N° 7



stazione AM/ENAV

N° 1




valori medi

valori max.

metodo AOA

metodo RFI

valori medi

valori max.

valori medi

valori max.






stazione AM/ENAV

N° 2

stazione AM/ENAV

N° 7

metodo AOA

metodo RFI

metodo AOA

metodo RFI

metodo AOA

metodo RFI

metodo AOA

metodo RFI

metodo AOA

metodo RFI



stazione AM/ENAV

N° 1




valori medi

valori max.

metodo AOA

metodo RFI

valori medi

valori max.

valori medi

valori max.






stazione AM/ENAV

N° 2

stazione AM/ENAV

N° 7

metodo AOA

metodo RFI

metodo AOA

metodo RFI

metodo AOA

metodo RFI

metodo AOA

metodo RFI

metodo AOA

metodo RFI7 stazioni meteorologiche x 913 punti della linea x 2 tipi di velocità (media/picco) x2 tipi di analisi (RFI/AOA) = 25564 analisi probabilistiche !!!!!



5 10 15 20

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

Metodo RFI - valori medi (P = 10-6

) - j = 445

5 10 15 20

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

Metodo AOA - valori medi (P = 10-6

) - j = 445

CAPODICHINO

CIAMPINO

FIUMICINO

FROSINONE

GUIDONIA

GRAZZANISE

LATINA

Punto 445 della linea ferroviaria – Distribuzioni polari



Punti 1-34 della linea – Velocità con data probabilità di superamento (RFI)

13 14 15 16 17 18 19

-10

0

10

Progressiva [km]

H.a

.g. [

m]

V

E

E/C

C

T

20

30

40

50

V -

MA

SSIM

I [m

/s]

Analisi pop.ne

- trasporto dati anemometrici alla linea - P=10-6

- metodo RFI - analisi ADIREZIONALI

CAPODICHINO

CIAMPINO

FIUMICINO

FROSINONE

GUIDONIA

GRAZZANISE

LATINA

10

15

20

25

30

35

V -

ME

DI

[m/s

]



Punti 1-34 della linea – Velocità con data probabilità di superamento (AOA)

13 14 15 16 17 18 19

-10

0

10

Progressiva [km]

H.a

.g. [

m]

V

E

E/C

C

T

20

30

40

50

60

V -

MA

SSIM

I [m

/s]

Analisi pop.ne

- trasporto dati anemometrici alla linea - P=10-6

- metodo AOA - analisi ADIREZIONALI

CAPODICHINO

CIAMPINO

FIUMICINO

FROSINONE

GUIDONIA

GRAZZANISE

LATINA

10

15

20

25

30

35

V -

ME

DI

[m/s

]
















monitoring system










C14 – Coefficienti ponderali

Punti 445 della linea – Velocità media (P = 10-6) - Metodo RFI

5 10 15 20

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0


) - j = 445

5 10 15 20

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0


) - j = 445

CAPODICHINO

CIAMPINO

FIUMICINO

FROSINONE

GUIDONIA

GRAZZANISE

LATINA



5 10 15 20

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0


) - j = 445

5 10 15 20

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0


) - j = 445

CAPODICHINO

CIAMPINO

FIUMICINO

FROSINONE

GUIDONIA

GRAZZANISE

LATINA

ottima convergenza

notevole dispersione




5 10 15 20

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0


) - j = 445

5 10 15 20

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0


) - j = 445

CAPODICHINO

CIAMPINO

FIUMICINO

FROSINONE

GUIDONIA

GRAZZANISE

LATINA

ottima convergenza

notevole dispersione

i ii

ii

V PV P




2ij 0

rij 0

ij ij ij ij ija00

1; d 0.90

e

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

distanza dall'anemometro [km]

Peso della stazione anemometrica vs. distanza

0 20 kma 0.00035

r ?



2200 2250 2300 2350 2400 2450 25004450

4500

4550

4600

4650

4700

4750

Longitudine (Rif. GB)

Lat

itudi

ne (

Rif

. GB

)

Copertura area - taratura su 50km

Cap

Cia Fiu Fro

Gra

Gui

Lat

Linea ferroviaria

Linea coperta da 2 anemometriLinea coperta da 1 anemometro

0 50 100 150 2000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

progressiva linea [km]

pesi stazione vs. distanza

CapodichinoCiampinoFiumicinoFrosinoneGrazzaniseGuidoniaLatina

Copertura: r = 50 km

0 20 kma 0.00035

r ?

2ij 0

rij 0

ij ij ij ij ija00

1; d 0.90

e



2200 2250 2300 2350 2400 2450 25004450

4500

4550

4600

4650

4700

4750


Lat

itudi

ne (

Rif

. GB

)


Cap

Cia Fiu Fro

Gra

Gui

Lat

Linea ferroviaria

Linea coperta da 2 anemometri

0 50 100 150 2000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45





0 20 kma 0.00035

r ?

2ij 0

rij 0

ij ij ij ij ija00

1; d 0.90

e



2200 2250 2300 2350 2400 2450 25004450

4500

4550

4600

4650

4700

4750


Lat

itudi

ne (

Rif

. GB

)


Cap

Cia Fiu Fro

Gra

Gui

Lat

Linea ferroviaria


0 50 100 150 2000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5





0 20 kma 0.00035

r ?

2ij 0

rij 0

ij ij ij ij ija00

1; d 0.90

e



2ij 0

rij 0

ij ij ij ij ija00

1; d 0.90

e

2200 2250 2300 2350 2400 2450 25004450

4500

4550

4600

4650

4700

4750


Lat

itudi

ne (

Rif

. GB

)


Cap

Cia Fiu Fro

Gra

Gui

Lat

Linea ferroviaria


0 50 100 150 2000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5





0 20 kma 0.00 35r

075km















monitoring system










C15 – Analisi probabilistica del vento alla linea

7

i ij ii 1

j 7

i iji 1

i

XX

ˆ ˆX V P ,V P ,V R ,V R

P:probabilità di superamento,R:periodo di ritorno

i=1 7 indice associato alla stazione anemometricaj=1...913 indice associato al punto lungo la linea

coefficienij

te ponderale della i-esima stazionedistanza tra la i-esima stazione e il j-esimo punto

La velocità del vento simulata alla linea può essere espressa come:



10 20 30 40

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

25 50

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

CAPODICHINO ( = 0.021)

CIAMPINO ( = 0.131)

FIUMICINO ( = 0.043)

FROSINONE ( = 0.311)

GRAZZANISE ( = 0.084)

GUIDONIA ( = 0.124)

LATINA ( = 0.288)

Point 366 (km 89.47)

2300 2350 2400 24504500

4550

4600

4650

CAP (108km)

CIA (70km)

FIU (95km)

FRO (12km)

GRA (81km)

GUI (72km)

LAT (37km)

Point 366

Railway line and distances among the examined point and anemometers

Lat.

(Ref

. G

B)

Lon. (Ref. GB)

MEAN values - P = 10-6 PEAK values - P = 10-6AOA method

0 50 100 150 2000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

(d)

distance from Rome [km]



10 20 30 40

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

25 50

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

CAPODICHINO ( = 0.021)

CIAMPINO ( = 0.131)

FIUMICINO ( = 0.043)

FROSINONE ( = 0.311)

GRAZZANISE ( = 0.084)

GUIDONIA ( = 0.124)

LATINA ( = 0.288)

Point 366 (km 89.47)

2300 2350 2400 24504500

4550

4600

4650

CAP (108km)

CIA (70km)

FIU (95km)

FRO (12km)

GRA (81km)

GUI (72km)

LAT (37km)

Point 366

Railway line and distances among the examined point and anemometers

Lat.

(Ref

. G

B)

Lon. (Ref. GB)

MEAN values - P = 10-6 PEAK values - P = 10-6RFI method

0 50 100 150 2000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

(d)


87 87.5 88 88.5 89 89.5 90 90.5 91 91.5 92-10

0

10


H.a

.g.

[m]

V

E

E/C

C

T

0

10

20

30

40

50

V -

PEA

K v

alue

s [m

/s]

DIRECTIONAL Analyses of population of data - V(P) - RFI method - = 15°

P = 10-2

P = 10-4

P = 10-6

P = 10-8

0

10

20

30

V -

MEA

N v

alue

s [m

/s]



Punto 336



87 87.5 88 88.5 89 89.5 90 90.5 91 91.5 92-10

0

10


H.a

.g.

[m]

V

E

E/C

C

T

10

20

30

40

50

V -

PEA

K v

alue

s [m

/s]

ADIRECTIONAL Analyses of Extreme Values - V(R) - RFI method

1-3 - R =10

1-2-3 - R =10

1-3 - R =50

1-2-3 - R =50

1-3 - R =100

1-2-3 - R =100

1-3 - R =500

1-2-3 - R =500

10

15

20

25

30

V -

MEA

N v

alue

s [m

/s]



Massimi 100 valori massimi annuali della velocità media con R = 50 anni

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 20023

24

25

26

27

28

29

30

An. ESTREMO (1-2-3) - Metodo RFI - Valori med - rappr.ne 100 valori più intensi (>23.45 m/s) - R = 50


V [

m/s

]

V

E

E/C

C

T



Massimi 100 valori massimi annuali della velocità di picco con R = 50 anni

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 20036

37

38

39

40

41

42

43

An. ESTREMO (1-2-3) - Metodo RFI - Valori max - rappr.ne 100 valori più intensi (>36.24 m/s) - R = 50


V [

m/s

]

V

E

E/C

C

T















monitoring system










D16 – Analisi probabilistica dei dati misurati presso le stazioni RFI

2 FASI


delle basi dati

Analisi della popolazione dei

dati

Analisi direzionali + Analisi adirezionali

(Weibull) +



2 FASI


delle basi dati

Analisi della popolazione dei

dati

Analisi direzionali + Analisi adirezionali

(Weibull) +Analisi spettrale +

Analisi delle distribuzioni



Sintesi dei risultati delle analisi – Valori medi

Anemometro

Parametri della distribuzione

V (5% prob. sup.)

V (1% prob. sup.)

K C

7656 – Anagni - rilevato 1.2475 1.7055 4.11 5.80

7657 - Mignano - trincea 1.0256 1.9143 3.87 5.83

7658 - Capua1 - rilevato 1.2924 1.6742 4.61 6.38

7659 - Capua2 - viadotto 1.2923 1.6742 6.09 8.44

7665 - Rio Ponticello - viadotto 1.0662 1.8675 3.32 4.94

7670 - Tora - viadotto 0.8113 2.2724 6.53 10.99

7671- Mignano - viadotto 0.9486 2.0179 5.11 7.98

7672 - S Giovanni Incarico – rilevato 0.8769 2.1372 1.96 3.17

7673 - Sgurgola - rilevato 1.0555 1.8794 2.64 3.94

7674 - Ceccano - rilevato 1.0231 1.9174 2.17 3.27

7675 - Castellana - rilevato 1.2285 1.7196 2.29 3.22



Stazione di Tora Piccilli – Densità di potenza spettrale

7gg 3gg 1gg 12hh 1hh 20mm10

-2

100

102

104

106

108

Periodo

Anemometro 7670 - PSD

Metodo di Welch

Metodo di Welch (fit)

FFT

FFT (fit)

Periodogram

Periodogram (fit)



Stazione di Tora Piccilli – Valore medio e deviazione standard giornaliera

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 241

2

3

4

V (

med

ia)

Anemometro 7670 - 380 giorni ca.

V

Gaussian, rmse = 0.07

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 240.4

0.6

0.8

1

V (

med

ia)

V


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 241.5

2

2.5

3

V (

anal

isi d

ati)

ore

V




Stazione di Tora Piccilli – Coefficiente di raffica

0 2 4 6 8 10 12 14 16 180

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

V [m/s]

G

7670 - Tora - viadotto - G(V)

G=1.739















monitoring system









Anemometro [m/s] P [m/s] [m/s]

RFI AF/ENAV e % RFI AF/ENAV e %

7656 4.310-2 5.9 5.2 11 9.7 9.7 010-3 7.8 7.7 1 12.8 14.0 -10

7657 3.610-2 5.9 4.9 17 12.5 8.6 3110-3 8.7 8.0 9 18.5 13.7 26

7658 4.410-2 6.4 7.9 -23 10.9 13.6 -2510-3 8.8 11.5 -31 14.6 19.5 -34

7659 5.410-2 8.5 8.7 -3 13.1 14.8 -1310-3 11.6 12.6 -9 17.6 21.1 -20

7665 2.910-2 4.8 7.2 -50 10.0 11.9 -1810-3 7.1 10.6 -49 14.2 17.0 -20

7670 4.810-2 10.7 7.4 31 18.6 11.5 3810-3 17.6 11.3 36 28.8 17.5 39

7671 4.510-2 8.1 3.6 56 15.5 5.9 6210-3 12.4 6.0 52 22.9 9.6 58

7672 2.010-2 3.4 6.6 -95 7.1 11.3 -6010-3 5.3 9.8 -85 10.6 16.5 -56

7673 2.710-2 4.0 4.9 -22 8.1 8.9 -1010-3 5.8 7.6 -29 11.3 13.7 -21

7674 2.110-2 3.3 6.2 -87 8.9 10.7 -2010-3 4.9 9.2 -87 13.4 15.5 -16

7675 2.2 10-2 3.2 4.5 -38 8.6 8.7 -110-3 4.5 6.7 -49 11.5 12.7 -11


D17 – Analisi probabilistica dei dati misurati presso le stazioni RFIV V V̂


Anemometro 7658 – Capua – Rilevato

D17 – Confronto tra le simulazioni e le misure RFI



N

E

S

W

m ea n v a lu es

0 5 1 0

R F I - P = 1 0 -3

R F I - P = 1 0 -2

N

E

S

W

p ea k v a lu es

0 1 0 2 0

A F /E N A V - P = 1 0 -3

A F /E N A V - P = 1 0 -2

A n em o m eter 765 8

Anemometro 7658 – Capua – Rilevato


Anemometro 7670 – Tora Piccilli – Viadotto




Anemometro 7670 – Tora Piccilli – Viadotto

N

E

S

W

m ea n v a lu es

0 1 0 2 0

R F I - P = 1 0 -3

R F I - P = 1 0 -2

N

E

S

W

p ea k v a lu es

0 2 0 4 0

A F /E N A V - P = 1 0 -3

A F /E N A V - P = 1 0 -2

A n em o m eter 76 7 0


• E’ stato sviluppato un procedimento, sotto molti aspetti originale, che fornisce una visione completa e omogenea della probabilità di occorrenza del vento a 2 m di altezza sui binari.

• A differenza del Metodo AOA, il Metodo RFI permette un’interpretazione diretta dei risultati prima ancora di applicare le CWC.

• Il procedimento sviluppato, qui presentato nella sua applicazione alla linea ferroviaria AV/AC Roma-Napoli, è assolutamente generale e può essere applicato a qualunque linea ferroviaria nazionale e straniera

Conclusioni


Ulteriori sviluppi

Dopo il completamento dello studio relativo alla linea AV/AC Roma-Napoli, RFI e ITALCERTIFER hanno chiesto al DICAT di formulare nuove offerte relative alle seguenti attività:1) sviluppo di analoghi studi per altre linee ferroviarie italiane;2) perfezionamento e completamento dello studio precedente.


2 luglio 2008

ITALCERTIFER ha dato incarico al DICAT di svolgere le seguenti attività:a) analisi probabilistica della velocità del vento;b) individuazione dei siti più rappresentativi dei fenomeni locali;c) valutazione di pericolosità eolica;

Ulteriori sviluppi – Analoghi studi per altre linee ferroviarie italiane

2 luglio 2008

ITALCERTIFER ha dato incarico al DICAT di svolgere le seguenti attività:a) analisi probabilistica della velocità del vento;b) individuazione dei siti più rappresentativi dei fenomeni locali;c) valutazione di pericolosità eolica;da sviluppare per le seguenti nuove linee AV/AC:•linea Napoli-Salerno•linea Firenze-Bologna



Orografia significativa

2 luglio 2008

ITALCERTIFER ha dato incarico al DICAT di svolgere le seguenti attività:a) analisi probabilistica della velocità del vento;b) individuazione dei siti più rappresentativi dei fenomeni locali;c) valutazione di pericolosità eolica;da sviluppare per le seguenti nuove linee AV/AC:•linea Napoli-Salerno•linea Firenze-Bologna



Stessa metodologia di analisi qui presentata



2 luglio 2008

ITALCERTIFER ha dato incarico al DICAT di svolgere le seguenti attività:a) analisi probabilistica della velocità del vento;b) individuazione dei siti più rappresentativi dei fenomeni locali;c) valutazione di pericolosità eolica;da sviluppare per le seguenti nuove linee AV/AC:•linea Napoli-Salerno•linea Firenze-Bologna•linea Milano-Bologna•linea Milano-Novara


Orografia trascurabile

Simulazione del vento che non si avvale di WINDS e BOLAM, modellazione numerica del territorio limitata alla copertura del terreno e alla rugosità superficiale



2 luglio 2008

ITALCERTIFER ha dato incarico al DICAT di svolgere le seguenti attività:a) Perfezionamento delle analisi probabilistiche della velocità del vento in corrispondenza della zona Tora-Piccilli nel tratto Mignao-Capua;b) Perfezionamento delle analisi predittive a breve termine della velocità del vento lungo la linea AV/AC Roma-Napoli

Ulteriori sviluppi – Perfezionamento/completamento del presente studio


Ulteriori sviluppi

20 febbraio 2009

Attività completate:•Analisi linea Napoli-Salerno (stessa tipologia di analisi qui presentata, analisi ogni 25 m di linea)•Analisi linea Milano-Bologna (analisi preliminari + analisi nei 7 tratti più esposti + analisi parametriche)Attività in completamento:•linea Firenze-Bologna (stessa tipologia di analisi qui presentata)•linea Milano-Novara (analisi puntuali in corrispondenza dei tratti più a rischio);Attività in fase di elaborazione:•Sviluppo di un metodo di analisi “speditivo” di semplice applicabilità•Completamento analisi linea Roma-Napoli


Grazie!

Giovanni Solari - Andrea Freda

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