I DIFETTI E LA MANUTENZIONE DELL`INFRASTRUTTURA

Corso di Progettazione
di Sistemi ed Infrastrutture di Trasporto
I DIFETTI E LA MANUTENZIONE DELL’INFRASTRUTTURA
FERROVIARIA - parte 1
Appunti a cura di
Sergio d’Elia
Demetrio Festa
Giuseppe Guido
(BOZZA)
Testi di riferimento
Lucio Mayer, Impianti ferroviari, 1° Volume, Ultima edizione.
Cantarella G. E. (a cura di), Sistemi di trasporto: tecnica ed economia,
UTET, 2007, capitolo 2 Trasporto ferroviario, di G. Malavasi
(testo generale già consigliato per il corso di Fondamenti di trasporti).
Le slide non sostituiscono il libro di testo, possono solo
costituire un riepilogo degli argomenti trattati.
La gestione e la manutenzione dell’ infrastruttura ferroviaria è
affidata a RFI, società nata nel 2001
Al febbraio 2006, la rete ferroviaria italiana è
composta complessivamente da 15.974 km di
strada ferrata, per il 60% a binario unico e per il
70% elettrificata. La Valle d’Aosta ha solo 109
km di ferrovie disponibili, interamente a binario
unico e non elettrificate. L'alimentazione è
solamente diesel per tutta la Sardegna. Invece la
Lombardia ha ben 1.650 km di strada ferrata di
cui solo il 40% a binario doppio, in linea con la
media nazionale. È anche la regione con il
maggior traffico ferroviario muovendo 300.000
passeggeri al giorno attraverso 1.130 treni.
La Liguria ha il 97% della linea ferroviaria
elettrificata (l’ Umbria il 91%) e le linee a doppio
binario coprono il 67% della rete.
In Sicilia si ha la più bassa velocità commerciale
dei treni di circa 30 km/orari.
ITER DI INTERVENTO
Analisi dei difetti che possono interessare l’intera infrastruttura
Modalità di intervento a carattere ordinario
Modalità di intervento a carattere straordinario
Analisi delle tecniche e dei materiali innovativi atti a garantire
una funzionalità maggiore dell’infrastruttura
Analisi della tecnologia utilizzata nella diagnosi dei difetti e nei
lavori di manutenzione
LA QUALITA’ DEL BINARIO
La qualità del binario deve essere definita sulla base della funzionalità dello stesso.
In particolare un binario può dirsi che ha una qualità elevata se su di esso sono
garantite la sicurezza, l’affidabilità e il comfort di marcia per gli utenti.
La qualità strutturale, cioè la tipologia e le condizioni dei singoli elementi tecnici
costituenti il binario è di difficile misurazione ed è comunemente frutto di
valutazioni soggettive.
Al contrario la qualità geometrica è di semplice misurazione e informatizzazione.
Tutti i sistemi di misura, che oggi sono in commercio, forniscono dati dettagliati e
precisi dai quali si parte per capire lo stato di degrado del binario e la successiva
pianificazione degli interventi di manutenzione che su esso devono essere previsti.
In funzione degli obiettivi specifici da raggiungere, ci deve essere una
differenziata valutazione della qualità geometrica del binario.
Per esempio, se si vuole analizzare un singolo difetto geometrico sviluppatosi su
una parte limitata della linea ferroviaria, è opportuno utilizzare tutti i dati
registrati dal sistema di rilievo ( 1 dato ogni 25 cm per ogni parametro geometrico)
che consentono di determinare l’ampiezza, la lunghezza, la forma e le altre
caratteristiche del difetto preso in analisi.
I DIFETTI DELL’INFRASTRUTTURA FERROVIARIA
BINARIO
DIFETTI
ESTERNO
MASSICCIATA
FERROVIARIA
DIFETTI DEL BINARIO
• SCARTAMENTO IRREGOLARE
•
Tecnologia:
Laser + telecamera
SGHEMBO
• USURA DELLA ROTAIA
• ALLENTAMENTO,
ROTTURA
DEGLI ATTACCHI
• DIFETTI DI SCAMBI E TRAVERSE
Tecnologia:
Ottica non a contatto
Tecnologia:
Telecamera
installata
al di sotto dei treni
diagnostici.
DIFETTO DELLO SCARTAMENTO
• La funzione di guida che il binario esercita sul veicolo ferroviario si realizza
tramite il contatto tra il bordino della ruota e il fianco interno del fungo della rotaia.
Tale superficie assume un ruolo di riferimento per tutte le distanze all’interno e
all’esterno del binario.
• Lo scartamento è definito come la distanza fra i bordi interni dei funghi delle due
rotaie costituenti il binario, misurata normalmente all’asse del binario, alla quota di
14 mm al di sotto del piano del ferro.
Le tolleranze di manutenzione sono meno restrittive di quelle di costruzione, per
tenere conto dell’usura dei componenti del binario in esercizio.
Tuttavia l’impiego delle traverse in c.a.p. ha reso poco significativa la tolleranza di
manutenzione, essendo impossibile l’operazione di correzione dello scartamento
che al contrario era usuale per le traverse in legno.
Al valore teorico dello scartamento del binario presso attribuite le seguenti tolleranze:
· tolleranza di costruzione: -1mm, + 3mm;
· tolleranza di manutenzione: -3mm, + 7mm per V<200 km/h -1mm,+5mm per
V>200 km/h);
· tolleranze di esercizio: -5mm,+15mm o -7mm,+20mm o -9mm,+30mm a
secondo del livello di qualità dell’ armamento.
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DIFETTO DELLO SGHEMBO
• La sicurezza nei confronti dello svio è funzione del rapporto tra la forza di guida che agisce sulla
ruota ed il carico verticale che grava su di essa.
In particolare la diminuzione del carico verticale su una ruota, causata dallo sghembo e dalla
sopraelevazione non deve in realtà superare determinati limiti caratteristici del veicolo.
Infatti oltre questi limiti, in relazione all’entità dello sforzo di guida sulla stessa ruota, si verifica
quello che è il sormonto della rotaia da parte del bordino, e tutto questo a svantaggio della
sicurezza del moto ferroviario.
• In particolare si definisce sghembo (g) su base b espressa in metri, il rapporto tra la variazione
della sopraelevazione su due sezioni di binario distanti b e b.
Lo sghembo rappresenta un difetto particolarmente insidioso che può portare al deragliamento dei
rotabili. Si manifesta come una differente pendenza delle due rotaie che portano i rispettivi piani
di rotolamento a non essere più complanari.
curva circolare valori di sghembo, che sono connessi esclusivamente alla sola
• Il rilievo può essere fatto con strumenti manuali (livelli, calibri), e i relativi valori
rilevati vengono detti per l’appunto “a binario scarico”. Oppure si possono avere strumenti di
rilievo con carrozze o carrelli registratori; in questo caso i valori rilevati dello sghembo sono detti
“a binario carico”.
• Se il binario si trova in normale esercizio e non è soggetto a lavorazioni il limite
ammesso per lo sghembo prende il nome: limite di esercizio.
• Se invece il binario si trova in una condizione di normale esercizio, durante quello che è il periodo
nel quale permane l’obbligo contrattuale dell’appaltatore di eliminazione dei difetti , in questa
condizione prende il nome di: limite di accettazione del lavoro di livellamento.
• L’ultimo caso è quello in cui il binario si trova in una condizione di esercizio, ma ci sono in corso
dei lavori che rallentano il normale traffico ferroviario; il limite relativo a questa condizione prende
il nome di: limite per binari in lavorazione.
DIFETTI DELLA ROTAIA
Il difetto maggiore a cui può essere soggetta la rotaia, è l’usura, che si può
manifestare in diverse forme.
Usura ondulatoria
(short pitch corrugation o
marezzatura)
Interessa esclusivamente la testa della rotaia. E’ molto frequente
nelle curve di raggio stretto R<300m ed in alcuni casi specifici
delle linee ad alta velocità.
In questi casi si forma un’usura (facilmente visibile) con
carattere periodico, e lunghezza d’onda nel campo 3cm-20cm.
In particolare la lunghezza d’onda può essere più o meno intensa,
e questo dipende da diversi fattori del contesto del moto
ferroviario, i quali sono: la velocità, il tipo di armamento, e la
tipologia del rotabile
Questa tipologia di usura che interessa il fungo è superiore
in curva, e cresce al diminuire del raggio della curva stessa, a
causa proprio dell’incremento delle forze laterali ruota-rotaia.
Anche questo tipo di usura può essere pericolosa per la sicurezza
del moto ferroviario, e comunque questo tipo di usura è anche
visibile ad occhio nudo.
Usura a 45°.
Usura bordo interno
del fungo.
consiste nella mancanza di materiale espressa in mm,
uniformemente estesa sul fianco del fungo della rotaia, rispetto a
quello che è il profilo teorico della rotaia stessa, misurata sulla
retta passante in corrispondenza del raggio di raccordo tra il
fianco del fungo e la superficie superiore del fungo della
rotaia ed inclinata di 45° rispetto all’asse delle rotaie.
DIFETTI DELLA LUNGA ROTAIA SALDATA
I difetti che si possono incontrare in una l.r.s. sono:
 Dissesti dovuti a una diminuzione della resistenza laterale del binario a causa di lavori
in corso, oppure di eccesso di sollecitazioni trasmesse dal materiale rotabile, oppure di
altre cause eccezionali e ben determinabili;
 Slineamenti dovuti più che altro ad accumuli di tensioni interne nel binario;
 Rottura di rotaie con taglio pressoché verticale;
 Rottura di rotaie fuori saldatura o con taglio ad andamento non verticale;
 Usura irregolare della rotaia in curva.
Nel caso in cui la l.r.s presenta difetti di questo tipo, bisognerà intervenire
tempestivamente con soluzioni atte a ristabilire il corretto funzionamento di questa
particolare tipologia di rotaia; soluzioni che spesso appaiono anche un po’
complicate.
DIFETTI DEGLI ATTACCHI
La tenuta meccanica tra la rotaia e gli appoggi è garantita dagli attacchi. Gli
attacchi possono essere di due tipi diretti o indiretti.
I due tipi di attacco possono avere dei difetti, che se al tempo stesso non
vengono risolti, creano dei seri problemi alla sicurezza del moto ferroviario.
Infatti uno dei difetti più comuni presente negli attacchi è quello del relativo
allentamento degli stessi, e quindi della connessione tra rotaia e traversa, con il
rischio che non sia garantito più il corretto scartamento del binario.
Però gli attacchi oltre all’allentamento, possono essere soggetti ad un altro tipo di difetto
grave che è quello della rottura a fatica.
Per questo specifico tipo di difetto l’attacco è completamente rotto, e non svolge nemmeno
il minimo necessario della sua funzionalità. In questo caso, a maggior ragione, si dovrà
provvedere subito ad intervenire con la manutenzione.
DIFETTI DEGLI SCAMBI
Il difetto più classico e frequente negli scambi, è quello relativo alla scarsa lubrificazione degli
elementi meccanici che li costituiscono. Questo tipo di difetto comporta sicuramente un
funzionamento non corretto dello scambio, con successivo rallentamento dell’operazione di
deviazione.
Almeno due volte alla settimana nei suddetti tipi di scambi, deve essere prevista la visita a piedi del
funzionario. Questo ha il compito di diagnosticare e successivamente qualora ci fosse il bisogno di
intervenire ripristinando la giusta lubrificazione dello scambio stesso.
Un altro difetto frequente che potrebbe venire alla luce nell’analisi settimanale fatta dall’addetto
riguardo il funzionamento dello scambio, è quello relativo alla presenza di neve e ghiaccio nelle
trasmissioni e nei meccanismi di manovra degli scambi.
DIFETTI DELLA MASSICCIATA FERROVIARIA
• CEDIMENTO PLASTICO NEL TEMPO
• DRENAGGIO NON CORRETTO
EFFETTI DEL DRENAGGIO NON SUFFICIENTE
Gli effetti del drenaggio insufficiente della massicciata sono per
esempio:
·formazione di sacche causate dall'assestamento del terreno di
sottofondo;
· spalle di massicciata intasate da materiali fini di degrado o di
deposito;
· terreni aventi bassa permeabilità situati ai bordi della massicciata che
impediscono il naturale deflusso;
· formazione di pozze ai lati del rilevato per mancanza di canali per la
rimozione dell'acqua proveniente dalla massicciata;
· inadeguata inclinazione laterale della superficie del sottoballast per
dirigere l'acqua ai lati del rilevato.
DIFETTI MINORI DELL’INFRASTRUTTURA
• Per assicurare il libero transito
dei veicoli lungo una linea
ferroviaria deve essere sempre
garantito un franco minimo.
• L’inquinamento acustico deve
essere costantemente controllato
tenendo in considerazione la
Legge del 26 ottobre 1995.
MANUTENZIONE ORDINARIA
Per manutenzione ordinaria si intende una tipologia di intervento
sistematica e con intervalli di tempo prefissati, che variano a seconda degli
elementi su cui si deve intervenire.
Una manutenzione cadenzata, inoltre, se realizzata in modo corretto può
evitare il verificarsi di alcuni difetti e garantisce anche una vita media
dell’infrastruttura maggiore.
• Manutenzione della rotaia
• Manutenzione degli attacchi
• Manutenzione delle traverse
• Manutenzione degli scambi
• Manutenzione della massicciata ferroviaria
MANUTENZIONE DELLA ROTAIA
Per correggere il difetto di usura della rotaia, si deve provvedere ad effettuare la
molatura della stessa con l’ausilio del treno molatore.
La molatura viene eseguita a carattere periodico, ad intervalli che possono
andare da due mesi ad un anno a secondo del traffico che interessa la rotaia.
Unità di molatura composta da 16
motori elettrici da 20 cv e da 8
da 15 cv che sono in grado di operare
con curve di raggio fino a 70 mt.
MIGLIORAMENTI DOPO LA MOLATURA
A seguito della molatura il difetto dell’usura ondulatoria viene ripristinato (fig. 5), in
particolare si hanno delle differenze sostanziali tra il grado di usura della rotaia prima
della molatura rappresentata in blu, e quella successiva alla molatura rappresentata in
rosso.
MANUTENZIONE DEGLI ATTACCHI
Gli organi di attacco sono costituiti da tutti quei dispositivi atti ad assicurare l’ancoraggio
della rotaia alla traversa, a mantenere la corretta posizione traversale e longitudinale della
traverse e, se necessario, a garantire l’isolamento elettrico.
Gli attacchi devono, altresì, garantire al binario una adeguata elasticità e capacità dissipativi, e
inoltre devono attenuare i carichi impulsivi dovuti al contatto ruotarotaia.
• diretto: se l’attacco garantisce
anche la posizione della rotaia. E’
il classico applicato su traverse in
legno ormai in disuso;
· indiretto: quando vengono separate
la funzione del collegamento
rotaia-traversa, da quella di
assicurare la posizione della rotaia.
COMPOSIZIONE
CHIMICA
DELL’ATTACCO
ELASTICO.
SOSTITUZIONE DEGLI ATTACCHI
L’attacco viene sostituito quando non è in grado di svolgere il suo
compito, cioè il fissaggio della rotaia alla traversa.
SI DEVE SMONTARE
IL VECCHIO ATTACCO;
POI SI PROVVEDE AD
INSERIRE QUELLO
NUOVO.
UNA VOLTA INSERITI I NUOVI
ATTACCHI IN MODO AUTOMATICO,
CON IL MEZZO ADEGUATO,
L’INTERVENTO DI MANUTENZIONE
E’ CONCLUSO.
MANUTENZIONE DELLE TRAVERSE
La manutenzione ordinaria delle traverse consiste nella rincalzatura
delle stesse, ottenuta introducendo delle lame vibranti nella
massicciata.
La rincalzatura delle
traverse viene eseguita
con un treno chiamato
per l’appunto
treno rincalzatore
A carattere ordinario inoltre può essere prevista la sostituzione delle
traverse, che sono altamente deformate e che quindi presentano dei
difetti.
La sostituzione delle traverse
viene anch’essa eseguita con
mezzi specifici, e può riguardare
sia la sostituzione sistematica
di quelle vecchie legno,
oppure di quelle in c.a.p. ,
che sono altamente deformate
VANTAGGI DELLE TRAVERSE IN C.A.P.
L’impiego delle traverse in c.a.p., rispetto a quelle in legno
presenta numerosi vantaggi tra i quali si possono accennare:
· grande stabilità dell’armamento
ferroviario dovuta al peso del
calcestruzzo sensibilmente più
elevato di quello del legno;
· elevata inerzia nei confronti delle
sollecitazioni verticali prodotte dal
passaggio dei carichi mobili;
· possibilità di armare gli ancoraggi
delle rotaie in officina, garantendo in
tal modo un accurato rispetto allo
scartamento;
· riduzione del tempo di produzione.
SVANTAGGI DELLE TRAVERSE IN C.A.P.
Ma anche se al giorno d’oggi le traverse che vengono utilizzate
sono quelle in c.a.p. per i suddetti vantaggi, le stesse hanno
anche degli svantaggi operativi, che sono :
· impossibilità di recupero degli elementi usurati;
· necessità di ricorrere a particolari provvedimenti per isolare le
rotaie fra loro e la terra nel caso di trazione elettrica.
COMPOSIZIONE DI UN CANTIERE TIPO.
Per lavori come ad es. livellamento, correzione del valore di
scartamento, ed altre tipologie di lavori al binario, il cantiere è
costituito principalmente dai seguenti mezzi:
2 RINCALZATRICI;
1 PALA MECCANICA, 1 ESCAVATORE;
2 CARRELLI AUTOMOTORE;
1 AUTOCARRO;
2 GRU SEMOVENTI;
2 GRUPPI ELETTROGENI.
MANUTENZIONE DEGLI SCAMBI
La manutenzione ordinaria degli scambi è affidata ad i tecnici di RFI
LUBRIFICAZIONE
DEGLI ELEMENTI MECCANICI
(CUSCINETTI ED AGHI)
INTERVENTI SUGLI SCAMBI
SOSTITUZIONE DEGLI ELEMENTI
MECCANICI SOGGETTI AD USURA.
DISPOSITIVI ACCESSORI PER SCAMBI
Per eliminare parte dell’attività di manutenzione degli scambi, si può prevedere il
montaggio di dispositivi accessori di vario tipo per l’ottenimento della prestazione
di autolubrificazione anche su quegli scambi che, essendo già stati costruiti
secondo i vecchi standard, necessitano ancora di operazioni di lubrificazione
cadenzata e sistematica del piano di scorrimento dell’ago costituito dai cuscinetti
di vecchio tipo.
DISPOSITIVO ACCESSORIO A RULLI
APPARECCHI A RULLI FISSATI
AL PIEDE DEL CONTRAGO
MANUTENZIONE DELLA MASSICCIATA FERROVIARIA
Per risolvere i problemi di cedimento della massicciata bisogna provvedere
ad intervenire ordinariamente con il risanamento e la rincalzatura.
Con un treno speciale si provvede a riguarnire
la massicciata ferroviaria con l’aggiunta di
nuovo pietrisco.
MANUTENZIONE DELLA MASSICCIATA FERROVIARIA
Successivamente lo stesso
treno provvede ad effettuare
la compattazione del pietrisco
chiamata in modo tecnico:
Tamping
Infine viene eseguita una
spazzolatura della rotaia
per eliminare le polveri
che si sono accumulate
su di essa durante i
lavori di manutenzione.
SICUREZZA PER I LAVORI AL BINARIO
Durante i lavori a cadenza ordinaria, che comportano inevitabilmente occupazione da
parte di operai nella parte del binario, si dovrà provvedere a seguire la normativa
indirizzata verso l’incolumità delle persone addette ai lavori.
In particolare gli addetti ai lavori, per esempio del taglio degli arbusti, si dovranno
tenere ad una distanza di sicurezza dalla rotaia (fig.1). Questa distanza in particolare
viene fissata in funzione della velocità a cui viaggiano i convogli sul binario attiguo ai
lavori, e questa è fissata dalla normativa del 1996, nella tabella 1.
REIMPIEGO DEI MATERIALI
La metodologia del reimpiego è molto diffusa soprattutto per le rotaie e per le traverse.
Il riciclo del materiale usato è facilitato dal fatto che le Ferrovie dello Stato da molti anni
si sono indirizzate verso l’unificazione dell’armamento sulle rotaie 60 U.I.C. e quindi su
traverse compatibili con detto profilo di rotaia.
Le rotaie usate prima di essere reimpiegate in linea subiscono diversi trattamenti con
mezzi particolari (fig. 1) relativi alla riprofilatura, all’asportazione delle vecchie saldature
alluminotermiche, alle nuove saldature elettriche in barre da 36 m e al controllo ad
ultrasuoni.
In Italia vengono rigenerate ogni anno
qualche migliaia di km di rotaie.
Inoltre c’è da dire che tra gli elementi che
non possono essere riutilizzati ci sono
tutti gli elementi che costituiscono gli
apparecchi di deviazione.