Cosa sono e perché si usano le pese in ferrovia
Verso la fine del 2009 l’Agenzia Ferroviaria Europea (ERA) venne incaricata dalla Commissione Europea di effettuare uno studio per la riduzione dei rischi legati al deragliamento dei treni merci, ovvero quali misure e soluzioni efficaci era possibile adottare per la loro prevenzione.
Nel 2012 European Railway Agency ha elaborato il report “Prevenzione e mitigazione dei deragliamenti dei treni merci a breve e medio termine“.
Nel 2011 la Commissione Europea ha finanziato il progetto di ricerca “Sviluppo del futuro sistema di trasporto ferroviario di merci per ridurre i casi e l’impatto del deragliamento” denominato D-RAIL.
Ebbe quindi inizio il progetto D-Rail che vide la cooperazione di gestori dell’infrastruttura ed imprese ferroviarie di diversi paesi europei, conclusosi poi nel 2014 con l’emissione di una serie di raccomandazioni dirette all’intera industria ferroviaria europea riguardo l’utilizzo dei sistemi di monitoraggio. Fra questi, emerse la necessità di utilizzare sistemi di verifica del carico assiale per ridurre in maniera incisiva il verificarsi di deragliamenti.
Seguendo tali raccomandazioni l’impiego delle pese in ambito ferroviario ha subito un deciso incremento negli ultimi anni, così come gli sforzi dell’industria nel proporre sistemi sempre più tecnologicamente avanzati. Una pesa ferroviaria di ultima generazione permette infatti non soltanto di poter misurare con affidabilità e precisione il carico trasportato da un convoglio, ma soprattutto consente la valutazione della forza verticale che ogni ruota trasmette alla rotaia, attraverso la quale si possono estrapolare informazioni riguardo sia il corretto assetto del rotabile che eventuali difetti della superficie di rotolamento delle ruote.
Attraverso un monitoraggio della corretta distribuzione dei carichi e dello stato di salute del rodiggio è possibile, agendo in maniera preventiva tramite imposizione di operazioni di verifica e correzione, incrementare la sicurezza della marcia contro fenomeni di svio o deragliamento dei treni e al contempo preservare l’integrità delle infrastrutture di rete soggette ad usura causa forza di contatto ruota-rotaia.
Generalmente si distinguono due tipologie di pese in ambito ferroviario, che differiscono tra loro principalmente per la capacità di eseguire la pesatura di un treno con o senza la necessità di un fermo: le pese statiche e le pese dinamiche.
Pese in Ferrovia: pese statiche
La pesa statica, frequentemente indicata anche come pesa a ponte ferroviario, storicamente rappresenta la prima tipologia di pesa impiegata in ambito ferroviario. Come punto di forza principale possiamo annoverare per questa tipologia di pesa l’elevata accuratezza delle misurazioni effettuate.
Generalmente richiede l’impiego di una base dotata di celle di carico e di una piattaforma, di tipo fisso o rimovibile, sopra la quale vengono disposti i mezzi oggetto della misurazione. Per ottenere un’informazione del peso quanto più attendibile tali carri vengono misurati singolarmente, con la conseguenza che la pesatura deve avvenire prima della composizione del treno merci oppure provvedendo ad uno sgancio dei singoli vagoni, operazione che richiede ulteriori manovre e probabilmente anche ulteriori mezzi d’opera e personale addetto
Pese in Ferrovia: pese dinamiche
Le pese dinamiche rappresentano per certi versi l’evoluzione delle pese statiche. L’obiettivo che ci si è posti di raggiungere con il loro utilizzo è stato quello di ottenere risultati paragonabili per accuratezza ad una pesa statica ma ottenibili al contempo con una maggior efficienza, ovvero ottenere una misurazione del peso del rotabile quando questi è in movimento lungo linea o in prossimità dei punti di smistamento o immissione nella rete, senza richiesta di un fermo.
Anche in questo caso esistono ad oggi diverse tipologie di pese dinamiche, sia di tipo fisso che rimovibile, che prevedono l’impiego di celle di carico o sensori direttamente accoppiati alle strutture dell’armamento oggetto della sollecitazione dovuto al carico verticale trasmesso dalla ruota in transito. Tali punti di misura vengono dislocati in quantità e posizione opportuna lungo il tracciato, a seconda del grado di precisione che si intende raggiungere e della velocità del convoglio in transito.
Vantaggi della Pesa Dinamica
Una pesa di tipo dinamica offre diversi vantaggi rispetto ad una pesa statica.
Specialmente in ambito trasporto merci dove il tempo è una variabile direttamente proporzionale ai costi, la possibilità di monitorare i carichi e la loro corretta distribuzione senza la necessità di un fermo e quindi a zero impatto sulla circolazione ferroviaria rappresenta un valore aggiunto di notevole entità: maggior numero di treni monitorabili a parità di tempo, nessuna operazione di sgancio vagoni e quindi manovre aggiuntive, non necessario l’impiego di ulteriore personale (per altro opportunamente addestrato nel caso di utilizzo di pese statiche rimovibili).
Nel caso di pese statiche fisse molto spesso si rendono necessarie opere murarie per la realizzazione della base o della piattaforma in calcestruzzo, non necessarie nel caso di pese dinamiche, e che richiedono una fase di progettazione e realizzazione dai costi a volte elevati e non facilmente adattabili alle peculiarità dei siti di installazione.
Una pesa di tipo dinamica è inoltre in grado di monitorare aspetti valutabili tipicamente solo in condizioni di movimento del treno quali ad esempio eventuali sfaccettature e irregolarità geometriche presenti lungo l’intera superficie di rotolamento della ruota, numero di assi totali del treno in transito, velocità assiale, vibrazioni e colpi trasmessi dalla ruota alla rotaia durante il passaggio. Tali peculiarità aprono ad ulteriori scenari di utilizzo di una pesa di tipo dinamica, ad esempio monitoraggio in prossimità di infrastrutture sensibili come i ponti ferroviari.
Lo sviluppo del Sistema di Misura Carichi Verticali
Sempre nel 2009 uno studio proposto dall’International Union of railways (UIC) si pose come obiettivo quello di delineare l’entità degli sforzi fatti dai gestori dell’infrastruttura per la misura dei carichi per asse.
A partire dai risultati evidenziati e da ulteriori ricerche finalizzate all’individuazione delle problematiche emerse nella realizzazione dei vari sistemi di pesatura, RFI in stretta collaborazione con l’Università La Sapienza di Roma (Dipartimento Ingegneria Civile, Edile e Ambientale – DICEA) diede vita ad un progetto di ricerca per lo studio e l’implementazione di un Sistema di Misura dei Carichi Verticali (SMCV) trasmessi dalle ruote alle rotaie durante la marcia.
La ricerca si sviluppò attraverso modelli teorici, simulazioni numeriche, prove svolte in laboratorio ed in linea durante il normale esercizio. I risultati delle simulazioni numeriche misero a disposizione valori simili a quelli attesi sperimentalmente, e guidarono la scelta del miglior metodo di misura tra quelli ipotizzati ed analizzati.
Vennero anche ipotizzate le strategie di taratura più efficaci, calcolate le incertezze, la ripetibilità e la riproducibilità della misura, definite le modalità di elaborazione dei dati grezzi e la presentazione all’utente finale dei dati utili ai fini applicativi.
Nello sviluppare il sistema SMCV venne considerata sia l’esigenza di disporre di un sistema rigoroso da un punto di vista tecnico-scientifico, ma anche robusto e affidabile da un punto di vista pratico, ovvero in grado di rispettare anche le seguenti condizioni:
- installazione non invasiva nei confronti del binario e dei sistemi di segnalamento;
- semplicità di realizzazione, di elaborazione dei dati e di mantenimento in funzione;
- indipendenza dalle caratteristiche del sottofondo;
- elevate caratteristiche metrologiche, di affidabilità e robustezza della misura.
Tenendo conto di questi aspetti la soluzione scelta fu quella di non acquisire direttamente il carico Q, ma il taglio in corrispondenza di determinate sezioni di misura tramite apposizione di estensimetri lungo l’asse neutro della rotaia, analizzando tutti i parametri che potessero influenzare l’incertezza dei risultati acquisiti e la quantificazione dei loro effetti (errato posizionamento degli estensimetri, errato allineamento delle traverse, diversa rigidità del sottofondo, ecc.).
Considerando la singola rotaia appoggiata su due traverse adiacenti ed il carico Q agente su di essa, la differenza tra il valore del taglio a sinistra (T1) e il valore del taglio a destra (T2) del carico Q, è pari al carico Q stesso che si vuole misurare:
Q=T1-T2
Pertanto, nel tratto di rotaia compreso tra due traverse, la misura del carico Q non dipende dalle reazioni verticali delle traverse. Il fatto che nelle singole sezioni di misura all’avvicinamento del carico Q si misuri un valore di taglio diverso da zero, offre la possibilità di comandare l’acquisizione e/o la registrazione dei segnali al passaggio dei treni attraverso l’impostazione di opportuni trigger.
La discontinuità della misura del taglio consente di individuare l’istante di passaggio dei singoli assi e quindi ricostruire sia il loro numero totale che la loro distanza, utile per la determinazione della composizione del treno.
Se sei interessato a conoscere maggiori dettagli sul Sistema di Misura Carichi Verticali (SCMV) segui il webinar in differita e consulta il materiale didattico.
Norme di Riferimento in ambito Italiano ed Europeo
In ambito europeo è stata sviluppata la norma EN 15654 proprio con l’obiettivo di “fornire una procedura operativa comune per la determinazione del carico sull’asse, del carico sulle ruote e della massa dei veicoli ferroviari che operano in Europa, limitatamente alla misurazione delle forze verticali applicate alla ruota e al calcolo delle grandezze derivate”. La norma si suddivide in tre parti, elencate nella tabella che segue.
Oltre alle forze verticali, sempre in ambito europeo va citata la norma EN 14363 che stabilisce il limite delle forze di contatto ruota-rotaia e la necessità di conoscere il coefficiente di svio dei veicoli come rapporto tra forza laterale e verticale (Y/Q).
In ambito RFI, la sperimentazione condotta riguardo il Sistema di Misura dei Carichi Verticali ha portato come risultato alla definizione della Specifica Tecnica di Fornitura RFI TCAR SF AR 12 003 C, con la quale vengono disciplinate le forniture a RFI dei sistemi di misura. Nella Specifica Tecnica sono state definite in modo dettagliato le caratteristiche del dispositivo di misura, delle logiche di funzionamento e dell’elaborazione del dato grezzo.
A seguito dell’installazione e messa in esercizio dei primi impianti SMCV nella rete nazionale è stata quindi emessa la prescrizione di esercizio e procedura di interfaccia RFI-DTC\A0011\P\2020\0002207.
