3° CONVEGNO NAZIONALE SICUREZZA ED ESERCIZIO FERROVIARIO: TECNOLOGIE E REGOLAMENTAZIONE PER LA COMPETIZIONE Roma, 7 Giugno 2013 VALUTAZIONE DEL DEGRADO DELLA SEDE FERROVIARIA IN FUNZIONE DEL TRAFFICO Dott. Ing. Laura Moretti Prof. Ing. Paola Di Mascio Prof. Ing. Giuseppe Loprencipe (Sapienza, Università di Roma) SESSIONE PARALLELA E1 Facoltà Ingegneria – San Pietro in Vincoli

Funzioni del corpo stradale Ridurre le tensioni trasmesse al sottofondo ad un livello compatibile con la sua capacità portante in modo che il terreno non subisca deformazioni eccessive Formare una struttura stabile nel tempo, regolare e poco deformabile in grado di sopportare i carichi di esercizio Garantire la sicurezza della circolazione mantenendo costante la quota del piano del ferro Moretti, Di Mascio, Loprencipe, Valutazione del degrado della sede ferroviaria in funzione del traffico, SEF2013 Sessione P1

Composizione del corpo stradale Il corpo stradale è formato da una successione di strati costituiti da materiali di caratteristiche fisiche e meccaniche diverse, a seconda della funzione che tali strati assolvono all’interno della struttura e a seconda del tipo di sollecitazione prevalente cui sono sottoposti. Tale composizione deriva da valutazioni multicriteria: ogni strato è costituito dal materiale più idoneo a rispondere alle sollecitazioni indotte dal traffico. Moretti, Di Mascio, Loprencipe, Valutazione del degrado della sede ferroviaria in funzione del traffico, SEF2013 Sessione P1

Adeguato livello di servizio nella vita utile Criteri decisionali COSTRUTTIVI (materiali, tecniche di posa, velocità di esecuzione dei lavori) STRUTTURALI (carichi di esercizio, sollecitazioni termiche) PRESTAZIONALI (vita utile, livello di servizio, requisiti minimi richiesti) MANUTENTIVI (tipologia e impatto degli interventi) ECONOMICI (costi di primo impianto e di manutenzione) GESTIONALI (livello di operatività) ⇓ Adeguato livello di servizio nella vita utile Moretti, Di Mascio, Loprencipe, Valutazione del degrado della sede ferroviaria in funzione del traffico, SEF2013 Sessione P1

Esempio di sede ferroviaria in una linea AV su sede naturale Il corpo stradale CORPO STRADALE SOVRASTRUTTURA FERROVIARIA SEDE OPERA D’ARTE Esempio di sede ferroviaria in una linea AV su sede naturale Moretti, Di Mascio, Loprencipe, Valutazione del degrado della sede ferroviaria in funzione del traffico, SEF2013 Sessione P1 Pagina 5

Modelli di valutazione del degrado del corpo stradale CRITERI DI DIMENSIONAMENTO STRUTTURALE ⇓ Fatica (materiali legati) Ormaiamento (materiali non legati) Moretti, Di Mascio, Loprencipe, Valutazione del degrado della sede ferroviaria in funzione del traffico, SEF2013 Sessione P1

Calcolo tensioni e deformazioni Caratteristiche veicoli Dati di input Materiali Calcolo tensioni e deformazioni Clima Sottofondo Traffico Caratteristiche veicoli Incremento dinamico Volume traffico Moretti, Di Mascio, Loprencipe, Valutazione del degrado della sede ferroviaria in funzione del traffico, SEF2013 Sessione P1

Caso di studio: variazione della mix e incremento del traffico Materiali Ballast 35 cm Coefficiente di Poisson Modulo elastico (MPa) Inverno Primavera/Autunno Estate Sub-ballast 12 cm 0.35 6000 3000 700 Super compattato 30 cm 0.40 80 Sottofondo 0.45 40 Traffico Passe (kN) Pruota (kN) mix traffico0 mix traffico1 225 15.8 10% 190 13.3 25% 40% 180 12.6 15% 20% 125 8.8 50% 30% Moretti, Di Mascio, Loprencipe, Valutazione del degrado della sede ferroviaria in funzione del traffico, SEF2013 Sessione P1

Calcolo del numero di passaggi legge di fatica dei conglomerati bituminosi N=f1 εt-f2E-f3 legge di ormaiamento dei materiali granulari N=f4 εv-f5 Moretti, Di Mascio, Loprencipe, Valutazione del degrado della sede ferroviaria in funzione del traffico, SEF2013 Sessione P1 Pagina 9

Analisi della vita utile Vita utile del sub-ballast Vita utile del supercompattato ⇓ 120 treni/anno,0 N0,anni = 55 120 treni/anno,1 N1,anni = 44 132 treni/anno,1 (+10%) N1,anni = 40 (-10%) N0 5.32E+07 N1 4.40E+07 N0 2.39E+06 N1 1.93E+06 Le proprietà di distribuzione del carico di una pavimentazione non legata dipendono dalla sovrapposizione degli aggregati, dagli effetti del mutuo incastro e dall’assenza di movimenti fra gli aggregati. Ogni particella è in contatto con quelle sotto e il carico genera delle forze di compressione che vengono trasmesse direttamente dalle particelle superiori a quelle inferiori con una distribuzione laterale del carico dovuta solo alla compressione diretta (fig in alto a sinistra). Se gli elementi granulari sono legati, il carico si distribuisce su un’area molto più grande (fig in alto a destra). Inoltre se in un punto della pavimentazione è applicato un carico, si generano delle forze di taglio all’interfaccia con il materiale adiacente. Nei materiali legati un momento flettente contrasta queste forze di taglio. Ma se le forze di taglio e di trazione indotte dal momento flettente sono troppo alte per un certo materiale, come può accadere per esempio nei materiali non legati, la sezione sotto carico tende a deformarsi. Moretti, Di Mascio, Loprencipe, Valutazione del degrado della sede ferroviaria in funzione del traffico, SEF2013 Sessione P1

Conclusioni Entrata in servizio di nuovi competitors Variazione input progettuali Conseguenze strutturali Interventi di manutenzione Costi diretti e indiretti per gestore e utenza Riduzione vita utile ⇓ Definizione nuovo piano di manutenzione Moretti, Di Mascio, Loprencipe, Valutazione del degrado della sede ferroviaria in funzione del traffico, SEF2013 Sessione P1