SISTEMI DI DIAGNOSTICA MOBILI

RILIEVO DEI DIFETTI SUI RIVESTIMENTI DELLE GALLERIE FERROVIARIE

16 ottobre 2015

Ing. Gaetano Pitisci

Direzione Tecnica S.O. «Standard Infrastruttura Civile e Sperimentali»

Normativa di riferimento

Consistenza e tipologia delle gallerie di Rete Ferroviaria Italiana

Attuale sistema di sorveglianza/ispezione delle gallerie

Tipologie di difetti presenti in galleria

Sperimentazione di alcuni sistemi di diagnostica mobile

Prima fase di sperimentazione

Seconda fase di sperimentazione: sperimentazione allargata

Prime conclusioni sugli esiti della sperimentazione

INDICE

NORMATIVA DI RIFERIMENTO

DM 28/10/2005 «Sicurezza nelle gallerie ferroviarie»

Istruzione 44 C

«Visite di controllo ai ponti, alle gallerie ed alle altre opere d'arte dell’infrastruttura ferroviaria»

Allegato 3 all’Istruzione 44 C «Catalogo difetti galleria»

Metodologia Operativa RFI-DPR-MO-ISF 424 - B «Compilazione dei verbali di visita per le opere d’arte»

Art. 12 Ispezione periodiche 1. «Il Gestore della infrastruttura effettua ispezioni periodiche al fine di

garantire che tutte le gallerie contemplate nel presente Decreto siano mantenute conformi alle disposizioni dello stesso».

2. «Il periodo intercorrente fra due ispezioni consecutive di una determinata galleria è stabilito dal Gestore dell'infrastruttura e comunque non deve superare i tre anni. Delle singole ispezioni effettuate verrà redatto un rapporto che sarà trasmesso al Ministero».

Requisito minimo 1.1.5 di cui all’allegato II del DM «Devono essere previste visite ispettive delle gallerie e dei relativi impianti ferroviari nonché delle predisposizioni di sicurezza eventualmente previste all’esterno (strade, locali tecnici, ecc). Tali visite andranno effettuate a cadenze prestabilite, secondo le modalità di cui all’art. 5 comma 3 del Decreto».

NORMATIVA DI RIFERIMENTO

DM 28/10/2005 «Sicurezza nelle gallerie ferroviarie»

NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Istruzione 44 C - 07/08/2013 «Visite di controllo ai ponti, alle gallerie ed alle altre opere d'arte dell’infrastruttura ferroviaria»

II.2 FREQUENZA DELLE VISITE DI CONTROLLO

Le visite di controllo si distinguono in:

• Visite periodiche ordinarie

• Visite periodiche speciali ai ponti, viadotti e sottovia, ad arco o a impalcato

• Visite straordinarie

II.2.1 VISITE PERIODICHE ORDINARIE «Le visite periodiche dovranno essere eseguite annualmente per quelle opere riscontrate nell'ultima precedente visita perfettamente integre per quanto può avere riflessi nei riguardi della sicurezza e della regolarità della circolazione dei treni; almeno semestralmente per quelle opere in cui sono state riscontrate anomalie o deficienze o che sono tenute in esercizio con particolari limitazioni e cautele».

Straordinarie a seguito di eventi eccezionali (terremoti, alluvioni, etc.)

Straordinarie specialistiche su opere con caratteristiche strutturali o ammaloramenti che richiedono un giudizio specialistico adeguato

NORMATIVA DI RIFERIMENTO

VERDE

4 Difetti generici in galleria (G)

GIALLO 18 Difetti in elementi in

muratura (M) GRIGIO

20 Difetti in elementi in c.a./

c.a.p. (C)

ROSA 10 Difetti in elementi in

spritzbeton (SB)

Classifica e codifica tutti i difetti riscontrabili nelle gallerie suddividendoli in funzione della tipologia di rivestimento.

Allegato 3 all’Istruzione 44 C «Catalogo difetti galleria»

Scopo «Fornire indicazioni sulle modalità di verbalizzazione delle visite alle Opere d’arte, sulle attività preliminari, sulle strumentazioni e sui mezzi d’opera necessari per l’esecuzione delle visite stesse e sulla gestione della documentazione tecnica e di supporto della stessa visita nel rispetto di quanto disposto dall’Istruzione 44 C»

Metodologia Operativa RFI-DPR-MO-ISF 424-B «Compilazione dei verbali di visita per le opere d’arte»

Gli esiti delle visite effettuate sulle opere d’arte vengono registrati in apposti verbali detti “avvisi V1” successivamente archiviati nei data base aziendali.

Negli “avvisi V1” vengono registrate, oltre ad una serie di dati identificativi dell’ispezione (data, orario, num. di avviso, etc.), anche le seguenti informazioni: la «parte d’opera», dove è localizzato il difetto; il «modo di guasto», ossia la difettosità riscontrata; la «causa del guasto»; il «codice di giudizio di dettaglio»..

NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Pienamente efficiente nei riguardi della sicurezza e della regolarità della circolazione

Efficiente nei riguardi della sicurezza e della regolarità della circolazione con limitazioni e cautele

NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Metodologia Operativa RFI-DPR-MO-ISF 424-B «Compilazione dei verbali di visita per le opere d’arte»

GALLERIE

Fasce di Lunghezza n° km

100 – 500 m 1025 246

500 – 1000 m 309 224

> 1000 m 366 1098

Totale 1700 1568

~ 780 km a SB ~ 788 km a DB

CONSISTENZA DELLE GALLERIE FERROVIARIE

CONSISTENZA DELLE GALLERIE FERROVIARIE

Impiego dei materiali costitutivi nel tempo

Materiali costitutivi

Prima del decennio 1961-1970, le gallerie vennero realizzate prevalentemente in muratura con picchi di produzione: nel ventennio 1881-1900, nel decennio a cavallo delle due Guerre Mondiali (1921-1930). Dal 1970 in poi, le gallerie vennero realizzate prevalentemente in cemento con picchi di produzione che coincisero con la: costruzione della linea direttissima Roma-Firenze (1971-92), costruzione delle gallerie del sistema AV/AC (ultimi 20 anni).

CONSISTENZA DELLE GALLERIE FERROVIARIE

L’attuale sistema di sorveglianza delle gallerie ferroviarie si basa su ispezioni visive condotte da tecnici specializzati con cadenze e modalità definite dall’Istruzione 44 C. I controlli visivi riguardano: le strutture murarie: rivestimenti, portali d'imbocco e relativi muri, nicchie,

ecc..; le opere accessorie: impermeabilizzazioni, cunette di smaltimento delle

acque, drenaggi, marciapiedi; le pertinenze del manufatto: scarpate delle trincee d'imbocco e i terreni

sovrastanti.

ATTUALE SISTEMA DI SORVEGLIANZA

Inoltre, durante la visita ispettiva viene posta la necessaria attenzione per: accertare l'efficienza delle opere di raccolta ed allontanamento delle

acque di infiltrazione, verificare la presenza di eventuali inquinamenti della massicciata ed

anormalità del piano di piattaforma. L'esame del rivestimento porta ad accertare il tipo e lo stato di conservazione e l'eventuale presenza di ammaloramenti, quali lesioni, fessure, distacchi, degradazioni, restringimenti, rigonfiamenti, infiltrazioni d'acqua e presenza di incrostazioni.

ATTUALE SISTEMA DI SORVEGLIANZA

Lo stato di «conservazione» delle gallerie può subire sensibili variazioni per effetto di manifestazioni di dissesto che interessano l’intera opera o parte di essa. Tali variazioni, che possono trarre origine da molteplici manifestazioni esterne, vengono inquadrate come tipologie di ammaloramento. Di seguito si riportano le principali tipologie di danneggiamento che è possibile rinvenire in galleria.

TIPOLOGIA DI DIFETTI IN GALLERIA

Fessurazione Spostamenti

Espulsione della muratura

Perdita di malta nelle giunzioni ed esfoliazione

Fessurazione spritz-beton e infiltrazioni d’acqua

TIPOLOGIA DI DIFETTI IN GALLERIA

Sfaldatura e distacco del rivestimento

Esposizione e corrosione delle armature

Inquinamento della massicciata per risalita di

acqua e/o terreno

TIPOLOGIA DI DIFETTI IN GALLERIA

L’attuale sistema di sorveglianza delle gallerie ferroviarie si basa su ispezioni visive normalmente condotte a piedi o su carrello ferroviario in regime di interruzione della circolazione. Considerato: l’impegno, in termini di risorse, tempi e uomini, oggi necessario per l’ispezione

visiva dei quasi 2000 km di tunnel presenti sulla rete ferroviaria, la disponibilità sul mercato di tecnologie per il rilievo meccanizzato dei

rivestimenti delle gallerie e dei relativi eventuali ammaloramenti; l’opportunità offerta da tali tecnologie di velocizzare l’esecuzione dei rilievi; nel 2013 RFI ha avviato un progetto di modifica delle modalità esecutive delle ispezioni al fine di migliorare/efficientare l’intero processo di sorveglianza.

SPERIMENTAZIONE SISTEMI DI DIAGNOSTICA

SPERIMENTAZIONE

La sperimentazione avviata si è svolta in due fasi distinte: la prima, avviata nel 2013 e conclusasi nel 2014, ha preso in considerazione

diversi sistemi di diagnostica mobile - basati su differenti tecnologie (laser, telecamere ad alta precisione e raggi infrarossi) - e ha consentito di definire le principali specifiche funzionali che un sistema di diagnostica mobile dovrebbe avere;

SPERIMENTAZIONE SISTEMI DI DIAGNOSTICA

Linea Direttissima Roma - Firenze

Gallerie naturali con struttura con arco rovescio e con rivestimento in cls • Talleto (S.B. ; L=1.884 m) • Tasso (D.B. ; L=2.258 m)

TASSO

TALLETO

DD

LL

Sulmona

Roccaraso

DI RUPO

MACELLO

Gallerie naturali con struttura senza arco rovescio e con rivestimento in muratura mista pietre e mattoni • Di Rupo (S.B. ; L=1.209 m) • Macello (S.B. ; L=728 m)

Linea Sulmona – Carpinone

1° FASE SPERIMENTAZIONE

Caratteristiche dei sistemi di diagnostica mobile testati

Tipologia di laser Statici/Rotanti

Rilievo immagini Telecamere digitali

Impiego congiunto di raggi infrarossi e laser

Velocità di avanzamento Variabili da 2,5 a 25 km/h

Angolo di scansione 360°

Rilievo termografico Presente/Assente

Software per la visualizzazione Presente

Software per il post-processing Presente/Assente

1° FASE SPERIMENTAZIONE

Gli esiti della sperimentazione condotta sulle linee Roma-Firenze DD e sulla Roma-Sulmona hanno: consentito di individuare le principali specifiche funzionali che

deve possedere il sistema di diagnostica mobile da adottare per il rilievo dello stato di conservazione del rivestimento delle gallerie velocità del mezzo diagnostico > 25 km/h, risoluzione delle immagini elevata, post processing semi automatico per l’individuazione e

l’analisi dei difetti del rivestimento.

suggerito l’opportunità di effettuare una sperimentazione allargata sulle gallerie delle Direzioni Territoriali Produzione di Genova e Reggio Calabria, le più rappresentative per tipologia e numerosità.

1° FASE SPERIMENTAZIONE

La sperimentazione avviata si è svolta in due fasi distinte: la seconda, avviata nel 2015 e tutt’ora in corso, sta testando un particolare

sistema di diagnostica mobile, basato su tecnologia laser e telecamere ad alta precisione, per il rilievo dei rivestimenti della gallerie delle Direzioni Territoriali Produzione di Genova e Reggio Calabria. Tale fase si pone l’obbiettivo di valutare: i tempi, i mezzi e le competenze necessari per:

l’installazione e la calibrazione della strumentazione, l’esecuzione dei rilievi, la restituzione dei dati rilevati,

il processo di analisi specialistica dei dati rilevati e di definizione delle azioni conseguenti,

le possibili sinergie con altri processi di vigilanza (ad esempio della TE e dell’armamento);

la convenienza di acquistare il sistema di rilievo meccanizzato e internalizzare l’attività oppure affidarla all’esterno.

SPERIMENTAZIONE SISTEMI DI DIAGNOSTICA

Sperimentazione allargata attualmente in corso Termine previsto per il 2015, porterà al rilievo di

tutte le gallerie a semplice e doppio binario delle DTP di Reggio Calabria e Genova

DTP Genova 332 gallerie circa 240 km

DTP RC 166 gallerie circa 181 km

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Composizione dell’immagine mediante unione di profili (6 unità di rilievo)

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Configurazione per il rilievo delle gallerie a

doppio binario

Configurazione per il rilievo delle gallerie a

semplice binario

Velocità di acquisizione: 2800 profili per

secondo Numero di punti per profilo acquisito dalla

singola unità: 2048

Risoluzione massima per telecamera:

Longitudinale: 1 profilo per ogni 1 mm

Trasversale: 1 point per ogni 1 mm

Radiale (profondità): 0.5 mm

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Principali caratteristiche:

Unità costituite da fotocamera e laser

Misurazione basata sul principio della triangolazione laser

2 tipologie di immagini: (2D e 3D)

Velocità d’esercizio a 25 km/h

Punti chiave:

Raggio laser statico per rilevazione difetti

Referenziare le informazioni per mezzo di un odometro

La misura non è influenzata da vibrazioni o accelerazioni

(presenta un sistema inerziale)

Possibilità di installazione su differenti tipi di veicoli ferroviari (mezzi bimodali, pianali ferroviari o trolley spinti a mano)

Possibilità di integrazione con misura della geometria del binario

Possibilità di integrazione per video-ispezioni

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Immagine della galleria con individuazione dei difetti rilevati

Mappa della galleria con individuazione dei difetti rilevati

Particolare relativo a un fessura rilevata (valori di profondità e apertura fessura misurabili)

2° FASE SPERIMENTAZIONE

5mm

13mm

• Fessurazioni

Restituzione grafica Mappa intensità Profilo della selezione

2° FASE SPERIMENTAZIONE

• Perdita di malta dalle giunzioni

15m

m

30mm

Restituzione grafica Mappa intensità Profilo della selezione

2° FASE SPERIMENTAZIONE

• Distacco di materiale del rivestimento

2° FASE SPERIMENTAZIONE

• Macchie d’umidità

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Tunnel Viewer Analisi sintetica dei risultati

Fessurazione

Distacco materiale

Macchie d’umidità

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Al fine di avere contezza della regione in cui si è cumulato il danno, si è optato per la suddivisione della galleria, lungo l’asse longitudinale, in settori. Per settore si intende la porzione di galleria compresa tra due successive nicchie di ricovero, quindi avente un modulo pari alla distanza tra i punti medi di due nicchie consecutive. I settori vengono numerati in ordine crescente: 1, 2, 3, etc….) nel senso delle progressive chilometriche crescenti e il loro modulo può variare tra una galleria e l’altra.

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Una ulteriore discretizzazione della galleria nella direzione trasversale consente di ottenere maggiore precisione nella localizzazione del degrado.

Sono stati individuati 3 campi (elementi strutturali): I. Calotta; II. Piedritto di sinistra III. Piedritto di destra

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Le superfici definite dall’intersezione tra i settori ed i campi vengono denominate aree. Le aree vengono identificate da una coppia di numeri di cui il primo indica il settore ed il secondo indica il campo di riferimento.

Es.: • piedritto di sinistra • tra l’imbocco e la prima nicchia :

A1-II

2° FASE SPERIMENTAZIONE

DIFETTO

TIPOLOGIA DI RIVESTIMENTO

Muratura Calcestruzzo

Fessure Longitudinali Apertura fessure < 1 cm

1 cm ≤ Apertura fessure ≤ 2 cm Apertura fessura > 2 cm

Apertura fessure < 3 mm 3 mm ≤ Apertura fessure ≤ 5 mm

Apertura fessure > 5 mm

Fessure Trasversali Apertura fessure < 1 cm

1 cm ≤ Apertura fessure ≤ 2 cm Apertura fessura > 2 cm

Apertura fessure < 3 mm 3 mm ≤ Apertura fessure ≤ 5 mm

Apertura fessure > 5 mm

Fessure Diagonali Apertura fessure < 1 cm

1 cm ≤ Apertura fessure ≤ 2 cm Apertura fessura > 2 cm

Apertura fessure < 3 mm 3 mm ≤ Apertura fessure ≤ 5 mm

Apertura fessure > 5 mm

Perdita di Malta tra gli elementi resistenti

Profondità difetto ≤ 3cm Profondità difetto > 3cm

-

Perdita di Rivestimento Profondità difetto ≤ 5 cm Profondità difetto > 5 cm

Profondità difetto ≤ 2 cm Profondità difetto > 2 cm

Superfici umide e infiltrazioni d’acqua

- -

Deformazioni / convergenze

- -

Accorpamento dei difetti per famiglie e classificazione in ordine alla loro intensità

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Calcolo degli indici di estensione: FESSURE:

𝑰𝑰𝑭𝑭,𝑳𝑳 =𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳 𝒇𝒇𝑳𝑳𝒇𝒇𝒇𝒇𝑳𝑳𝒇𝒇𝑳𝑳 𝒍𝒍𝒍𝒍𝑳𝑳𝑳𝑳.

𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳 𝒇𝒇𝑳𝑳𝒔𝒔𝒔𝒔𝒍𝒍𝒇𝒇𝑳𝑳

𝑰𝑰𝑭𝑭,𝑻𝑻 =𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳 𝒇𝒇𝑳𝑳𝒇𝒇𝒇𝒇𝑳𝑳𝒇𝒇𝑳𝑳 𝒔𝒔𝒇𝒇𝑳𝑳𝒇𝒇𝒕𝒕.

𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳 𝒇𝒇𝑳𝑳𝒔𝒔𝒔𝒔𝒍𝒍𝒇𝒇𝑳𝑳

𝑰𝑰𝑭𝑭,𝑫𝑫 =𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳 𝒇𝒇𝑳𝑳𝒇𝒇𝒇𝒇𝑳𝑳𝒇𝒇𝑳𝑳 𝒅𝒅𝒅𝒅𝑳𝑳𝑳𝑳.

𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳 𝒇𝒇𝑳𝑳𝒔𝒔𝒔𝒔𝒍𝒍𝒇𝒇𝑳𝑳

trasversali

longitudinali

diagonali

NATURA INDICE

𝑰𝑰𝑭𝑭,𝑳𝑳 =𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒎𝒎𝟐𝟐𝟐𝟐 𝒎𝒎

= 𝟏𝟏,𝟒𝟒

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Calcolo degli indici di estensione: PERDITA DI MALTA TRA I GIUNTI:

INDICE

DEFORMAZIONI / CONVERGENZE:

INDICE

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Calcolo degli indici di estensione: PERDITA DI RIVESTIMENTO :

INDICE

SUPERFICI UMIDE E INFILTRAZIONI D’ACQUA:

INDICE

𝑰𝑰𝑷𝑷𝑷𝑷 =𝑨𝑨𝒇𝒇𝑳𝑳𝑳𝑳 𝒑𝒑𝑳𝑳𝒇𝒇𝒅𝒅𝒅𝒅𝒔𝒔𝑳𝑳 𝒅𝒅𝒅𝒅 𝒇𝒇𝒅𝒅𝒕𝒕𝑳𝑳𝒇𝒇𝒔𝒔𝒅𝒅𝒎𝒎𝑳𝑳𝑳𝑳𝒔𝒔𝒍𝒍

𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳 𝒇𝒇𝑳𝑳𝒔𝒔𝒔𝒔𝒍𝒍𝒇𝒇𝑳𝑳 ∙ 𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳 𝑪𝑪𝑳𝑳𝒎𝒎𝒑𝒑𝒍𝒍

𝑰𝑰𝑭𝑭,𝑳𝑳 =𝟔𝟔,𝟖𝟖 𝒎𝒎𝟐𝟐

𝟐𝟐𝟐𝟐 𝒎𝒎 ∙ 𝟑𝟑,𝟐𝟐 𝒎𝒎= 𝟏𝟏,𝟏𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Sono state condotte delle verifiche di affidabilità del sistema confrontando i dati di output dello stesso con i risultati delle ispezioni visive in galleria.

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Mappa dei difetti Mappa di intensità

Distacco del rivestimento

Infiltrazioni d’acqua

Perdita di rivestimento

Sono state condotte delle verifiche di affidabilità del sistema confrontando i dati di output dello stesso con i risultati delle ispezioni visive in galleria.

2° FASE SPERIMENTAZIONE

Restituzione 3D dell’area

Distacco del rivestimento

Fotografia dell’area Infiltrazioni d’acqua

Perdita di rivestimento

I primi risultati della sperimentazione sino ad oggi condotta appaiano confortanti. Di fatti: il rilievo meccanizzato dei rivestimenti delle gallerie consente

un’elevata produzione giornaliera. In particolare, con interruzioni della durata di 3-4 h, è possibile effettuare: ̵ circa 40 km di rilievo di gallerie a singolo binario, ̵ circa 20 km di rilievo di gallerie a doppio binario,

il confronto con i risultati di rilievi effettuati con metodo tradizionale (ispezioni visive) ha confermato l’affidabilità del sistema sperimentato.

PRIME CONCLUSIONI ESITI SPERIMENTAZIONE