Sapienza Università di Roma Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale – DICEA SESSIONE PARALLELA E2 - Esercizio ferroviario: aspetti ambientali Chairman: Prof. G. R. Corazza Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Chiacchiari Laura Giuseppe Loprencipe Presentato da III Convegno Nazionale SICUREZZA ED ESERCIZIO FERROVIARIO Chiacchiari Laura Dottoranda laura.chiacchiari@uniroma1.it

Oggetto della ricerca USURA ONDULATORIA, Tipica corrugazione ad andamento periodico, Proc IME F JRRT 2009 223: 581 Stazione S. M. Novella 2013 USURA ONDULATORIA, il singolare degrado delle rotaie ferroviarie: misura, analisi e valutazione Riconoscimenti Iniziativa di studio e progetto: Prof. Giuseppe Loprencipe (DICEA) 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

Difettosità geometrica dei binari Infrastrutture ferroviarie urbane Motivazioni e obiettivi Difettosità geometrica dei binari vulnerabilità intrinseca del contatto ruota-rotaia concorso di più fattori di criticità nell’interazione dinamica Generazione rumore e vibrazioni Infrastrutture ferroviarie urbane individuazione tratti più critici Metodologie di misura dell’irregolarità eccellenti sistemi a contatto e non valutazioni e analisi dei risultati Tra analisi e mitigazione CAT, Rail Measurement ancora assenti le soglie d’intervento 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

Sommario IL DANNEGGIAMENTO DELLE ROTAIE AD OPERA DELL’USURA ONDULATORIA meccanismi di generazione, tipologie, riconoscimento, misura e valutazione I - FENOMENI DINAMICI AL CONTATTO RUOTA-ROTAIA II - TECNICHE DI IDENTIFICAZIONE AREE COLPITE III - MISURA DELLE IRREGOLARITÀ DELLE ROTAIE IV - ANALISI DEI DATI PROFILOMETRICI Bulletin de l‘A.I. du Congres des Chemins de Fer Aout 1958 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

SPECIFICITÀ TIPO DI CONTATTO Interazione ruota-rotaia SPECIFICITÀ TIPO DI CONTATTO FENOMENI DINAMICI nel treno nella sovrastruttura Proto87, duegieditrice.it RUMORE E VIBRAZIONI nell’ambiente esterno riduzione vita utile componenti strutturali disturbo ricettori sensibili decadimento comfort passeggeri Passaggio sala montata in curva, su irregolarità puntuale, X. Jin, Z. Wen, K. Wang, W. Zhang 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

Interazione ruota-rotaia Correlazione tra entità di usura e rumore espresso in dB EFFETTO ACUSTICO DI UNA ROTAIA DANNEGGIATA AD OPERA DELL’USURA ONDULATORIA Emissioni di vari mezzi di trasporto 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

ROTAIA DANNEGGIATA NEI SISTEMI DI TRASPORTO FERROVIARI URBANI Usura ondulatoria ROTAIA DANNEGGIATA NEI SISTEMI DI TRASPORTO FERROVIARI URBANI posizione rotaie in sede promiscua presenza criticità plano altimetriche difettosità puntuali per continue variazioni di velocità il materiale rotabile, per adeguandosi alle criticità, deve subire continui cicli di manutenzione binario è posizionato nelle immediate vicinanze di ricettori sensibili accentua favorisce vanifica amplifica 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

Usura ondulatoria Usura ondulatoria a onda lunga e corta, X. Jin, X. Xiao, Z. Wen, Z. Zhou 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

Riconoscimento USURA ONDULATORIA Campi di variabilità della lunghezza d’onda λ 10-30 mm 30-100 mm 100-300 mm 300-1000 mm CORTISSIMA CORTA MEDIA LUNGA Ambito delle difettosità superficiali USURA ONDULATORIA Componente microscopica rispetto alle ondulazioni longitudinali 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

a lunghezza d’onda fissa Danneggiamento superficiale Meccanismi generazione azioni dinamiche lunghezza d’onda fissa meccanismo di danno DIPENDONO DA CAUSE INELIMINABILI trazione, attrito ecc profilo iniziale meccanismo a lunghezza d’onda fissa cambio profilo meccanismo di danno 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

Tipologie di usura ondulatoria RUTTING PINNED-PINNED RISONANZA P2 si verifica principalmente nei tratti in curva (sulle rotaie interne) e in rettifilo nei tratti spesso soggetti a manovre di accelerazione e frenatura; rapporto di trazione su una ruota vicino all’attrito limite si verifica soprattutto nei tratti in rettilineo dei tracciati (indifferentemente sulle due rotaie) e nelle rotaie alte delle curve di ampio raggio in conseguenza della vibrazione della rotaia vincolata alle due traverse continui spostamenti verticali della sala montata, eccitata per via delle diverse rigidezze che le masse non sospese percepiscono attraversando un tratto di binario in conseguenza delle sue discontinuità costruttive Risonanze torsionali della sala montata , S. L. Grassie 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

Strumentazioni per la misura LETTURA USURA ONDULATORIA Strumenti a contatto SUPERATI NEL TEMPO CON NUOVE E PIÙ SOFISTICATE TECNOLOGIE Odometro carrellato per lettura usura ondulatoria, spinto manualmente ,GEISMAR Carrello a trazione elettrica per misura parametri del binario, GEISMAR Strumenti non a contatto Lettura usura ondulatoria mediante il regolo, IF n. 3 Marzo 1971, F. de Falco, G. R. Corazza Cursore per lettura usura ondulatoria, POUGET DTK performs track measurements Sistema di triangolazione laser 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

Il CAT Corrugation Analysis Trolley Trasduttore di contatto Accelerometro Calibro su ruote PC-compatibile con supporto raccolta dati integrato Carrello misuratore delle irregolarità longitudinali delle rotaie, S. L. Grassie et Al. Device weight about 7 kg + Carrying box, (800 mm x 220 mm x 250 mm) about 13 kg Speeds v = 0,5 ± 1,5 m/s 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

RCA & HSRCA Rail Corrugation Analyser High Speed Trasduttore di contatto Telecamere sui lati Sistema inerziale al centro PC-compatibile con supporto raccolta dati integrato Rail corrugation analyser (RCA) montato su vagone di misura, Railmeasurement Speeds v = 5 ± 50 km/h High Speed Rail Corrugation Analyser Speeds v = 50 ± 150 km/h Treno strumentato con High Speed Rail corrugation analyser (HSRCA), Railmeasurement 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

Analisi risultati profilometrici Misure di rugosità prima e dopo la molatura, Grassie S. L., Proc IME F JRRT 2009 223:581 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

Analisi risultati profilometrici Campione di dati di eccedenza da un sistema HSRCA, Railmeasurement 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe

Conclusioni Rotaia & UO Misure & strumenti a contatto Il tema delle irregolarità superficiali periodiche delle rotaie e la loro prevenzione interessa attivamente la ricerca in numerosi paesi, anche in Italia, per una migliore comprensione del problema in termini di frequenze di accadimento e cause che le generano. Misure & strumenti a contatto DLR, Robotik und Mechatronik Zentrum Si individuano due macrocategorie di strumenti di misura: a contatto e senza contatto. Sebbene la seconda sia capace di restituire letture in continuo, si predilige l’utilizzo degli strumenti a contatto per l’elevata sensibilità, stabilità e accuratezza delle misure e elaborazione dati controllata. Molatura, rumore & vibrazioni Si attende che vengano messe a punto normative specifiche, linee guida e codici per determinare il “momento” più appropriato per effettuare la levigatura delle rotaie, in termini di limite geometrico di accettabilità associato agli effetti vibroacustici. 20/09/2018 Misura e valutazione dell’irregolarità delle rotaie nei sistemi ferroviari urbani Laura Chiacchiari Giuseppe Loprencipe