4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari Tipologia e geometria Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari MASTER UNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO IN INGEGNERIA DELLE INFRASTRUTTURE E DEI SISTEMI FERROVIARI Franco Accattatis Modulo VIF VIA E IMPIANTI FISSI 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari Tipologia e geometria 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Definizione degli apparecchi di comunicazione Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Scambi semplici: il telaio degli aghi Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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’altro ad una rotaia del ramo di corretto tracciato (principale). Le parti estreme degli aghi sono le punte che vengono a contatto con le rotaie del corretto tracciato. 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

deformabilità senza creazione di cuspidi. Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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 la deformabilità 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 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Modalità di impegno di uno scambio. Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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. 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Tallonabilità di uno scambio. Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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, cioè tallonando lo scambio. Lo scambio è tallonabile se, una volta impegnato di calcio e aver subito modifica della posizione, ritorna automaticamente nella posizione primitiva. 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Scambi semplici: il cuore. Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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. 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Geometria dello scambio Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Geometria dello scambio La 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. 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Scartamento delle rotaie negli scambi Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Sigla del deviatoio E’ 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 Scartamento delle rotaie negli scambi Raggio di deviata R [m] Scartamento [mm] R ≥ 245 1435 150 ≤ R ≤ 244 1445 110 ≤ R ≤ 149 1460 70 ≤ R ≤ 109 1465 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Scambi semplici. Geometria dello scambio. Profili della rotaia. Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Scambi semplici. Geometria dello scambio. Profili della rotaia. 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Velocità di percorrenza e comfort di marcia sugli scambi Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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] 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Velocità di percorrenza e comfort di marcia sugli scambi Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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 Dt 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/Dt = 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. 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Velocità di percorrenza e geometria degli scambi Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Velocità di percorrenza e geometria degli scambi Sigla del deviatoio V [km/h] Cuore Angolo di uscita S60/170/0,12 30 Retto 6°50’34” S60/250/0,092 5°15’30” S60/250/0,12 Curvo S60/400/0,12 60 4°13’46” S60/400/0,074 5°21’55” S60/1200/ 0,040 100 2°17’26” S60/3000-∞/ 0,022 160 1°15’23” S60/6000-∞/ 0,015 220 0°51’26” 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Scambi in curva Definizioni Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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 curvo r’ > r se il ramo deviato è esterno rispetto al corretto tracciato curvo Definizioni Corretto tracciato rettilineo a = angolo di deviata r = raggio di curvatura del ramo deviato t = lunghezza della tangente dell’angolo di deviata = rtg(a/2) Corretto tracciato curvilineo g = angolo di deviazione del corretto tracciato g’ = angolo di deviazione della deviata rispetto al corretto tracciato rettilineo g’ = a ± g + nel caso di scambio curvato verso l’interno - nel caso di scambio curvato verso l’esterno 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Scambi per corretto tracciato curvo Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Scambi per corretto tracciato curvo Relazione fra raggio di curva del corretto tracciato, raggio di curva della deviazione con 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’interno Segno inferiore = per lo scambio curvato verso l’esterno Scambio simmetrico E’ 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 multipli Scambio doppio asimmetrico E’ costituito da due dispositivi semplici, uno destro e l’altro sinistro, che si seguono con parziale compenetrazione. Scambio doppio simmetrico o scambio triplo E’ la versione simmetrica dello scambio doppio, in cui c’è un cuore centrale e due cuori laterali gemelli. 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Tipologia degli scambi curvati Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Tipologia degli scambi curvati Curvatura Deviazione Scambio Relazione fra gli angoli di deviazione Relazione fra i raggi Interna Destro g’ = a + g r’ = (rR – t2) (R + r) Sinistro Esterna g’ = g – a r’ = (rR + t2) (r – R) g’ = a – g (R – r) g’ = a - g 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Geometria dello scambio. Scambio su tracciato curvo. Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Scambi semplici. Geometria dello scambio. Scambio su tracciato curvo. Scambio curvato verso l’interno della curva. Scambi semplici. Geometria dello scambio. Scambio su tracciato curvo. Scambio curvato verso l’esterno della curva. 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Geometria dello scambio. Geometria del tracciato in Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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. 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Geometria dello scambio. Geometria del tracciato in Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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. 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Scambi semplici. Geometria dello scambio. Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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. Scambio simmetrico 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Scambi multipli. 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

| | |————————— è la tangente dell’angolo di deviazione Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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 . 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Lo scambio intersezione Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Lo scambio intersezione E’ detto anche scambio inglese. Consente l’intersezione fra due binari ed il passaggio fra 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 lunghezza guidata. 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 tangente minima dell’angolo di deviazione può essere 0,12. A causa dei costi di manutenzione si preferisce sdoppiare le intersezioni anzicché usare gli scambi intersezione. . 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Scambio intersezione o scambio inglese. Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Scambio intersezione o scambio inglese. . 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Il cuore dello scambio e la controrotaia. Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Il cuore dello scambio e la controrotaia. . 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Lo sdoppiamento di una intersezione. Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Lo sdoppiamento di una intersezione. . 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Comunicazioni semplici Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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)/tga 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 ≥ VDt = V1,5/3,6 = 0,42V [m] aumentando la distanza tra i cuori ovvero si deve ricorrere agli scambi a curvatura variabile per graduare la variazione della accelerazione trasversale. . 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Le comunicazioni semplici: Geometria e cinematica di una comunicazione Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Le comunicazioni semplici: Geometria e cinematica di una comunicazione semplice. . 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Le Comunicazioni successive Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Le Comunicazioni successive Si 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. . 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Gli scambi per linee ad alta velocità. Il cuore a punta mobile. Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari 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. . 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Scambi ad alta velocità. Il cuore a punta mobile. Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Scambi ad alta velocità. Il cuore a punta mobile. Cuore a punta flessibile. . 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Scambi ad alta velocità. Il cuore a punta mobile. Cuore a punta articolata. . 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria

Scambi per linee ad alta velocità. La posa inclinata di 1/20 Master Universitario di Secondo Livello in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi Ferroviari Scambi per linee ad alta velocità. La posa inclinata di 1/20 La 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. . 4. Gli apparecchi di comunicazione fra i binari. Tipologia e geometria