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) (Sapienza, Università di Roma) (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 Pagina 2 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 Pagina 3 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 Pagina 4 Il corpo stradale SOVRASTRUTTURA FERROVIARIA SEDE STRADALE CORPO STRADALE 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 Pagina 6 Dati di input Materiali Clima Calcolo tensioni e deformazioni Sottofondo Traffico Volume traffico Incremento dinamico Caratteristiche veicoli Moretti, Di Mascio, Loprencipe, Valutazione del degrado della sede ferroviaria in funzione del traffico, SEF2013 Sessione P1 Pagina 7 Caso di studio: variazione della mix e incremento del traffico Materiali Modulo elastico (MPa) 35 cm Coefficiente di Poisson Inverno Primavera/Autunno Estate Sub-ballast 12 cm 0.35 6000 3000 700 Super compattato 30 cm 0.40 80 80 80 0.45 40 40 40 Ballast Sottofondo Traffico Passe (kN) Pruota (kN) mix traffico0 mix traffico1 225 15.8 10% 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 Pagina 8 Calcolo del numero di passaggi congl. bit. Inverno Prim./Aut. Estate Passe (kN) 225 190 180 125 225 190 180 125 225 190 180 125 εt E N0 1/N0 N1 1/N1 9.34E-05 7.78E-05 7.50E-05 5.09E-05 1.00E-04 8.36E-05 8.06E-05 5.47E-05 6.66E-05 5.55E-05 5.35E-05 3.63E-05 6000 6000 6000 6000 3000 3000 3000 3000 700 700 700 700 1.23E+07 2.25E+07 2.53E+07 9.08E+07 1.78E+07 3.21E+07 3.61E+07 1.29E+08 2.35E+08 4.28E+08 4.83E+08 1.73E+09 Σ 1/N0 2.03E-09 2.78E-09 1.48E-09 1.38E-09 2.81E-09 3.90E-09 2.07E-09 1.93E-09 1.07E-10 1.46E-10 7.77E-11 7.23E-11 1.88E-08 1.23E+07 2.25E+07 2.53E+07 9.08E+07 1.78E+07 3.21E+07 3.61E+07 1.29E+08 2.35E+08 4.28E+08 4.83E+08 1.73E+09 Σ 1/N1 2.03E-09 4.45E-09 1.97E-09 8.26E-10 2.81E-09 6.24E-09 2.77E-09 1.16E-09 1.07E-10 2.34E-10 1.04E-10 4.34E-11 2.27E-08 N0 5.32E+07 N1 4.40E+07 •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 N0 5.32E+07 N1 4.40E+07 •Vita utile del supercompattato N0 2.39E+06 N1 1.93E+06 ⇓ 120 treni/anno,0 N0,anni = 55 120 treni/anno,1 N1,anni = 44 132 treni/anno,1 (+10%) N1,anni = 40 (-10%) Moretti, Di Mascio, Loprencipe, Valutazione del degrado della sede ferroviaria in funzione del traffico, SEF2013 Sessione P1 Pagina 10 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 Pagina 11