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3° CONVEGNO NAZIONALE SICUREZZA ED ESERCIZIO FERROVIARIO: TECNOLOGIE E REGOLAMENTAZIONE PER LA COMPETIZIONE Propagazione delle vibrazioni ferroviarie:

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Presentazione sul tema: "3° CONVEGNO NAZIONALE SICUREZZA ED ESERCIZIO FERROVIARIO: TECNOLOGIE E REGOLAMENTAZIONE PER LA COMPETIZIONE Propagazione delle vibrazioni ferroviarie:"— Transcript della presentazione:

1 3° CONVEGNO NAZIONALE SICUREZZA ED ESERCIZIO FERROVIARIO: TECNOLOGIE E REGOLAMENTAZIONE PER LA COMPETIZIONE Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità S. Curcuruto 1, D. Atzori 1, R. Betti 1, G. Marsico 1, E. Mazzocchi 1, E. Monaco 2, V. Limone 2, F. Amoroso 2, G. Loprencipe 3, P. Zoccali 3 1 ISPRA, Via Vitaliano Brancati 48, Roma 2 Sonora S.r.l., Via dei Bersaglieri 9, Caserta 3 DICEA – Sapienza, Università di Roma, Via Eudossiana 18, Roma

2 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 2 CONTENUTI Introduzione Modello semplificato di attenuazione Misure sperimentali e confronti: Treni a Bassa velocità Vibrazioni indotte da tram Vibrazioni indotte da treni AV viaggianti a bassa velocità (leggi di attenuazione bi-lineari) Vibrazioni indotte da treni AV: Misure sperimentali Modello previsionale WavePrevision software

3 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 3 INTRODUZIONE Recentemente, lincremento della sensibilità nei riguardi della percezione delle vibrazioni generate dai vari sistemi di trasporto ha comportato limpiego di risorse tecniche ed economiche nella definizione di opportuni strumenti di previsione. Nellambito di un contratto di ricerca stipulato tra ISPRA e Sonora S.r.l. e con il contributo dei ricercatori del DICEA, è stato implementato un software allo scopo di: valutare limpatto delle vibrazioni indotte durante lesercizio ferroviario; ottimizzare gli interventi di mitigazione in funzione degli effetti prodotti; riduzione dei costi.

4 Pagina 4 INTRODUZIONE La problematica delle vibrazioni in ambito ferroviario è considerata da più parti come uno dei principali limiti allo sviluppo dellinfrastruttura ferroviaria. Per tale motivo, negli ultimi anni, tecnici specialisti del settore si sono adoperati nella ricerca di opportuni modelli previsionali. Previsione delle vibrazioni ferroviarie: modelli teorici e agli E.F. SEF13 MODELLO PREVISIONALE Fornire risultati affidabili Adattarsi alla variabilità delle situazioni di studio (sovrastruttura, veicoli, condizioni al contorno, interventi mitigazione, etc.) Onere computazionale contenuto (risoluzione in tempi ragionevoli)

5 Pagina 5 Previsione delle vibrazioni ferroviarie: modelli teorici e agli E.F. SEF13 Inoltre la complessità del fenomeno e la sua dipendenza da numerosi parametri richiedono generalmente la sua suddivisione in tre fasi : CONFIGURAZIONI SEDE FERROVIARIA sede in rilevato e in trincea in galleria su viadotto generazione propagazione valutazione del disturbo sui ricettori

6 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 6 Nella descrizione del fenomeno vibratorio generato dal sistema treno/sovrastruttura/terreno concorrono diverse tipologie di onde elastiche: Onde di volume (compressione e taglio) Onde superficiali (Rayleigh, Love) Ciascuna di tali onde presenta diverse caratteristiche, funzioni delle proprietà meccaniche del mezzo in cui avviene la propagazione, in termini di: Attenuazione geometrica; Dissipazione anelastica.

7 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 7 MODELLI DI ATTENUAZIONE PER TRENI A BASSA VELOCITÀ Il transito dei treni genera sia onde di volume (compressione e taglio) sia onde superficiali (Rayleigh and Love), le cui caratteristiche sono legate al tipo di infrastruttura. In particolare, lequazione utilizzata per il calcolo del livello delle vibrazioni, espressa in dB, lungo una direttrice di propagazione, è: L c, L t, L s sono, rispettivamente, I livelli trasmessi dalle onde di compressione, di taglio e superficiali. L ed L 0 livelli vibrazionali alla velocità V di transito e V 0 di riferimento; Rdistanza plano-altimetrica del ricettore; R 0 posizione plano-altimetrica della sorgente (punto di riferimento) V c velocità di propagazione delle onde di compressione; V t velocità di propagazione delle onde di taglio; V s velocità di propagazione delle onde superficiali; αcoefficiente di dissipazione anelastica; βfattore che tiene conto del differente contributo fornito dalle varie tipologie di onde elastiche; Kcoefficiente di attenuazione geometrica; c,t,sindici di riferimento per le onde di compressione, di taglio e superficiali. MODELLO SEMPLIFICATO DELLA LEGGE DI ATTENUAZIONE [dB]

8 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 8 VIBRAZIONI INDOTTE DA TRAM Tramite appositi accelerometri, sono stati eseguiti dei rilievi strumentali a Piazza Galeno, a Roma, al fine di caratterizzare nel dominio della frequenza le vibrazioni indotte dal transito dei tram. Tali misure sono quindi state impiegate per validare e verificare il modello di attenuazione proposto. Le misure sono state condotte simultaneamente in prossimità della sorgente, ed in corrispondenza di una distanza prefissata. La differenza degli spettri così ottenuti ha permesso di ottenere una stima dellattenuazione del fenomeno vibratorio.

9 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 9 Misura in corrispondenza della sorgente: R 0 =1.4 m dallasse del binario Misura nel punto di osservazione: R=8.5 m dallasse del binario Ampiezza accelerazione alla sorgente (blu) e al ricettore (rosso) per tutti gli eventi registrati – in nero il valore medio dellampiezza dellaccelerazione per i due punti di misura.

10 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 10 La differenza tra lo spettro ottenuto in corrispondenza della sorgente e del ricettore fornisce la legge di attenuazione in frequenza, misurata per una data distanza R. Attenuazione media del terreno calcolata tramite misure in sito Best-fitting law: Frequency [Hz] Attenuation [dB] 0.125*Fc+5.09 Attenuation Linear Interpolation Approssimando la legge di attenuazione del terreno tramite limpiego dellequazione della retta di regressione lineare esposta in precedenza, in cui (R-R 0 ) e (R/R 0 ) sono parametri noti, è possibile ricercare linterpolazione migliore variando i coefficienti a e b.

11 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 11 CONFRONTO RISULTATI NUMERICI E SPERIMENTALI Nel caso proposto i risultati migliori si ottengono impiegando una legge lineare di attenuazione in frequenza con i seguenti parametri: R=8.5, R 0 =1.4, a= and b=6.44 Eccitazione spettrale e confronto dei livelli di accelerazione numerici e sperimentali nel punto di osservazione – Modello Semplificato.

12 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 12 VIBRAZIONI INDOTTE DA TRENI AV VIAGGIANTI A BASSE VELOCITÀ Per treni AV in moto a basse velocità (circa 50 km/h) sono state eseguite delle misurazioni nellambito di un contratto di ricerca con RFI. Le misure delle vibrazioni sono state condotte fino ad una distanza di 12 m dallasse del binario. Il confronto tra le misure spettrali ha permesso di ricavare una funzione di trasferimento (con andamento spiccatamente bi-lineare) per il quale è stato comunque possibile utilizzare il modello proposto.

13 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 13 Il modello semplificato di attenuazione è stato quindi applicato individuando due differenti andamenti : il primo per un range di frequenza Hz ed il secondo per un intervallo di frequenza Hz. Stima dei parametri di dissipazione per i due range di frequenza.

14 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 14 Confronto tra le forme spettrali misurate e calcolate.

15 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 15 MISURE SPERIMENTALI DELLE VIBRAZIONI INDOTTE DA TRENI AV Obiettivo delle misure eseguite su linee AV è la caratterizzazione della sorgente e la verifica della propagazione delle vibrazioni nel terreno. Di seguito si riportano le misure effettuate sulla tratta Roma-Napoli. Lanalisi dei dati è stata articolata nei seguenti punti: 1.Individuazione eventi dalle time-history attraverso il segnale delle fotocellule; 2.FFT dei segnali accelerometrici misurati nei diversi punti; 3.Individuazione delle armoniche fondamentali e correlazione con I parametri cinematici e geometrici del treno. Le misure sono state eseguite simultaneamente in corrispondenza della sorgente ed in due punti di osservazione posti a 4.5 m e a 9 m dallasse del binario.

16 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 16 I risultati ottenuti mostrano la necessità di utilizzare modelli differenti da quelli proposti in precedenza, in quanto le caratteristiche dei due fenomeni, in termini di materiali rotabili, infrastruttura e velocità di esercizio, sono completamente diversi. Segnale misurato e spettro di un passaggio del treno AV.

17 Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Pagina 17 MODELLO ANALITICO PER TRENI AV Studi presenti in letteratura (V.Krylov, 1994) considerano: a) La rotaia schematizzata come una trave di Eulero-Bernoulli di massa uniforme m 0 poggiante su una fondazione elastica; b) La causa principale di generazione delle vibrazioni, il meccanismo di pressione quasi- statica; b)il solo contributo fornito dalle Onde di Rayleigh. Lo spettro della velocità verticale w del terreno è calcolato a partire dalla deflessione della trave. Il livello della velocità delle vibrazioni in un generico punto (x,y) dipende quindi: a) dalla trasformata di Fourier della forza trasmessa da ciascuna traversa; b) dalle caratteristiche del treno (C(ω)); c) dalle caratteristiche del terreno.

18 Pagina 18 WAVE PREVISION SOFTWARE Possibilità di creare database relativi a diverse tipologie di: Sorgente Terreno È possibile inserire I parametri fisici della sorgente e del terreno in modo da ottenere lo spettro eccitante o le leggi di attenuazione. Basse Velocità Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13 Modello di attenuazione semplificato Alta Velocità Modello previsionale di Krylov

19 Pagina 19 MODULO BASSA VELOCITÀ Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13

20 Pagina 20 MODULO ALTA VELOCITÀ Propagazione delle vibrazioni ferroviarie: implementazione di modelli previsionali per treni a bassa e alta velocità. SEF13

21 Pagina 21 CONCLUSIONI Dalle misure effettuate e dal confronto numerico-sperimentale è emersa lattendibilità dei risultati forniti dal modello semplificato utilizzato per la previsione dei livelli vibrazionali relativi a sorgenti (treni, tram) a bassa velocità. I risultati infatti mostrano una buona accuratezza una volta noto lo spettro medio del livello di vibrazione alla sorgente. Per quanto concerne i modelli utilizzati per le infrastrutture AV, le misure acquisite presentano degli andamenti similari ad analoghe analisi presenti in letteratura. Il modello comunque è ancora in fase di sviluppo e necessita di ulteriore validazione in considerazione della variabilità delle condizioni al contorno.


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