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Norme e conformità per le barriere di sicurezza ferroviarie internazionali e relative distanze
Linee guida per l’allineamento della distanza tra i binari e il gioco laterale per le ferrovie europee
I sistemi ferroviari europei rispettano rigorose linee guida relative al gioco laterale, specificate nelle norme UIC 712 e EN 15273-3. Tali linee guida stabiliscono i requisiti minimi per il gioco laterale tra le rotaie di protezione e le rotaie di corsa, che devono essere compresi tra 40 e 60 mm. Queste distanze vengono modificate in base alle curve e ai profili di velocità del tratto di binario considerato. Di conseguenza, gli ingegneri devono garantire che i componenti rientrino entro una tolleranza di ±1,5 mm rispetto alla dimensione specificata, al fine di prevenire il fenomeno del sollevamento della ruota sulle rotaie, in particolare nelle sezioni caratterizzate da variazioni di velocità. Per garantire la conformità, gli ispettori della linea sono tenuti a misurare, ogni sei mesi, tutti gli elementi di un dato tratto di binario mediante dispositivi laser di misurazione. Qualora alcuni elementi risultino fuori specifica, l’intero tratto di binario viene ritirato dal servizio.
Confronto tra l’approccio statunitense (FRA) e quello europeo per l’interasse delle rotaie di protezione nei traversi e per la guida delle ruote
Per evitare che le ruote dei treni si stacchino e per garantirne una corretta guida durante il transito attraverso i deviatoi, le norme europee prevedono una minore distanza tra le rotaie di protezione e le punte di incrocio (frog), fissata tra 42 e 48 mm. Le norme europee prevedono un’interasse più ridotto tra le rotaie di protezione e le punte di incrocio al fine di assicurare una guida adeguata delle ruote dei treni. Tale interasse previsto dalle norme europee è più restrittivo rispetto a quello stabilito dalle norme nordamericane; ad esempio, l’Amministrazione Federale delle Ferrovie statunitensi (Federal Railroad Administration, FRA) consente aperture fino a 57 mm per i deviatoi a bassa velocità (ovvero deviatoi con velocità massima di 25 km/h o inferiore). Esiste una differenza significativa tra le due regolamentazioni: gli standard europei EN 15273-3 sono più restrittivi in questo ambito, mentre la norma statunitense Rule 213.135 lo è maggiormente in altri aspetti. Curiosamente, i paesi europei ottengono un vantaggio del 30% nell’assorbimento delle forze d’urto grazie all’impiego di rotaie di protezione rastremate, rispetto al Nord America, dove vengono utilizzate rotaie di protezione rettilinee, con conseguenze diverse nel controllo delle forze laterali applicate alla punta di incrocio.
Nozioni fondamentali di ingegneria ferroviaria relative alle rotaie di protezione e al loro interasse
Calcolo Dinamico della Clearance Considerando il Rialzo Laterale, lo Sporgenza e il Raggio di Curvatura
Oltre alla geometria di base del binario, quali altri aspetti deve considerare l’ingegnere nel determinare la distanza tra le barriere di sicurezza? È necessario comprendere le caratteristiche operative del binario e del veicolo, in particolare il comportamento del veicolo sul binario lungo le curve orizzontali e verticali. Tre dei fattori più importanti che influenzano tale distanza sono: il sopraelevazione, lo sporgenza della parte anteriore del veicolo e il raggio della curva verticale. I treni sono soggetti a forze centrifughe che li spingono verso il binario esterno quando percorrono una curva, aumentando così la forza di contatto tra il bordino della ruota e il binario. Ad esempio, su una curva con raggio di 200 m e sopraelevazione di 150 mm, la distanza tra i binari deve essere incrementata del 15–20 % rispetto a un tratto rettilineo. Devono inoltre essere considerate le variazioni termiche: ad esempio, i metalli si espandono di circa 1,2 mm per ogni aumento di temperatura di 10 °C. Questo è il motivo per cui nei moderni software di simulazione viene inclusa la dilatazione termica, al fine di prevenire incidenti causati da elevate velocità operative o da temperature ambientali estreme.
Interazione tra ruota e rotaia di protezione: distanza di innesto, forma del contatto con il bordino e trasferimento della forza
Un buon contatto tra ruota e rotaia di protezione favorisce una guida efficace. Il contatto del bordino a un angolo compreso tra 30° e 45° è ottimale, poiché contribuisce a distribuire le forze laterali e riduce il rischio di deragliamento. I fattori principali sono:
- Distanza di innesto: 1,8× il diametro della ruota garantisce una distanza sufficiente dalla rotaia di protezione per assorbire le forze laterali
- Inclinazione del bordino: un angolo compreso tra 55° e 65° è ottimale per deviare le componenti verticali del carico laterale verso la rotaia di protezione
- Efficienza del trasferimento della forza: dal 70% all’85% dell’energia d’urto viene trasmessa ai traversini con un’interasse ottimale
Un allineamento inadeguato comporta il contatto con la superficie di rotolamento della ruota e assorbe meno del 40% delle forze laterali, compromettendo la sicurezza del deviatoio in caso di variazione di direzione.
L’impatto di un’errata distanza tra le rotaie di protezione ferroviaria: insegnamenti tratti da eventi specifici
Derby Junction (Regno Unito, 2019): l’impatto di un’eccessiva distanza laterale di 22 mm sulla protezione del deviatoio
L'incidente verificatosi a Derby Junction nel 2019 ha evidenziato come piccoli problemi non trattati possano portare a conseguenze rilevanti. Gli investigatori hanno accertato che in uno dei componenti era presente un eccesso di spaziatura pari a 22 mm rispetto allo standard EN 15273-3. Questo valore corrisponde allo spessore di una matita standard. Tale gioco ha generato un'instabilità nel movimento delle ruote del treno in transito attraverso i deviatoi, provocando di conseguenza una perturbazione nella distribuzione normale delle forze alla punta fissa (frog), con una perdita di efficacia del 40% del sistema di guida. È così che la punta fissa (sistema di guida) è diventata in grado di causare movimenti laterali pericolosi e deragliamenti. Il problema di spaziatura era, ovviamente, invisibile ad occhio nudo: per rilevarlo durante le normali operazioni di manutenzione era necessario ricorrere a specifici strumenti di allineamento laser. Questo incidente ha dato origine a un nuovo fenomeno nell’ambito dell’esercizio ferroviario, in cui lo spazio in millimetri viene attentamente esaminato nel Regno Unito e nell’Unione Europea.
Hanno bisogno di sistemi di misurazione automatizzati, in particolare alle intersezioni con rischi accresciuti, considerando questi spazi ristretti come ostacoli insormontabili piuttosto che semplici impedimenti.
Innovazioni nella progettazione dell’interasse adattivo dei dispositivi di protezione ferroviari
Le barriere di sicurezza semplicemente distanziate hanno costantemente fallito nel risolvere i problemi derivanti dalle variazioni di temperatura, dall’usura e dai carichi elevati. Sistemi più avanzati stanno iniziando a integrare sensori in tempo reale e algoritmi di apprendimento automatico, consentendo, in alcuni casi, regolazioni con un’accuratezza di pochi millimetri per quanto riguarda il gioco laterale. Queste regolazioni vengono generalmente effettuate sulla base di misurazioni termiche effettuate nella parte centrale del binario, dell’usura dei bordi di guida e delle misurazioni dei carichi laterali. Tali regolazioni evitano infine la deformazione del binario. Nel caso di ondate di calore, i sensori termici per l’espansione hanno storicamente causato incidenti pericolosi di deformazione del binario. In studi di caso controllati, le barriere di sicurezza intelligenti hanno ridotto del quaranta percento il rischio di deragliamento nei punti di deviamento rispetto alle installazioni precedenti. In sostanza, questi sistemi hanno il potenziale di rinnovare completamente il modo in cui i sistemi ferroviari vengono progettati e costruiti, grazie a soluzioni più intelligenti e sofisticate, in grado di anticipare i problemi e di apportare autonomamente le necessarie modifiche.
Domande Frequenti
Quali norme si applicano all'interasse delle barriere di sicurezza ferroviarie in Europa?
Le norme che si applicano all'interasse delle barriere di sicurezza in Europa includono la UIC 712 e la EN 15273-3, che definiscono le distanze minime a cui le barriere di sicurezza devono essere posizionate rispetto ai binari di corsa e le distanze in relazione alla curvatura del tracciato e alla velocità dei treni.
In che modo l'interasse delle barriere di sicurezza per i punti di deviazione in Europa differisce da quello degli Stati Uniti?
L'interasse delle barriere di sicurezza per i punti di deviazione in Europa è più ridotto, compreso tra 42 e 48 mm, mentre negli Stati Uniti tale interasse è di 57 mm per i deviatoi a bassa velocità e consente la disconnessione temporanea di alcune ruote.
Perché l'interazione tra rotaia e barriera di sicurezza è importante?
L'interazione tra rotaia e barriera di sicurezza è fondamentale per ottimizzare gli angoli di contatto, l'efficienza complessiva del trasferimento di forza e la distribuzione efficace delle forze laterali, al fine di ridurre il rischio di deragliamento.
Qual è stata l'importanza dell'incidente avvenuto alla Derby Junction nel 2019?
A seguito dell'incidente avvenuto al Derby Junction, gli operatori ferroviari del Regno Unito e dell'Unione Europea hanno iniziato a utilizzare sistemi di misurazione automatizzati per identificare e correggere le distanze critiche che potrebbero causare deragliamenti.
Che cosa fanno i sistemi più recenti per le rotaie di protezione?
I sistemi più recenti utilizzano sensori in tempo reale e l'intelligenza artificiale (AI) per valutare la distanza tra le rotaie di protezione e regolarla al fine di prevenire incidenti correlati a tali rotaie, riducendo così la probabilità di deragliamenti causati dall'usura e dalle variazioni termiche della rotaia.