L’analisi del rischio sulla linea AV Roma-Napoli

1. L’analisi del rischio sulla linea AV Roma-Napoli G. Tomasini

2. RICERCA EUROPEA SUL VENTO TRASVERSALE Normative e progetti • Normative internazionali su treni: • TSI: Technical Specification for interoperability – Cross wind • EN 14067-6Railway applications — Aerodynamics • Progetti internazionali: • AOA: Aerodynamics in Open Air – WP2 Metodologia per la caratterizzazione dei veicoli ferroviari al vento trasversale Metodologia per la caratterizzazione delle linee ferroviarie al vento trasversale

3. Progetto AOA – Work Package 2 Obiettivo atteso Messa a punto di una metodologia robusta e di semplice applicazione per l’analisi del rischio al vento trasversale Obiettivi ‘raggiunti’ • Confronto tra differenti metodi di analisi del rischio sviluppati dai partner con applicazione a sample comuni (pilot studies) • Valutazione della robustezza e delle criticità associate a ciascun metodo • Identificazione di ‘punti ancora aperti’ che richiedono approfondimenti in future ricerche

4. Progetto AOA – Work Package 2 4 metodologie sono state sviluppate e confrontate fra loro: • AGM: AOA German Method • AFM: AOA French Method • ITM: Italian Method • GBM: Great Britain Method Macro-schema comune 1. Database infrastruttura Definizione delle caratteristiche della linea 3. Calcolo delle CWC Definizione del comportamento al vento trasversale del veicolo ferroviario • Analisi meteo • Definizione della distribuzione del vento trasversale lungo la linea 4. Analisi del rischio Definizione del rischio di ribaltamento del veicolo ferroviario al vento trasversale

5. INDICE Presentazione delle attività sviluppate Introduzione al problema Italian methodology per l’analisi del rischio Risultati dell’applicazione alla linea RM-NP Conclusioni

6. Introduzione al problema Linea interoperabile Una linea è dichiarata interoperabile se equipaggiata con un sistema di protezione atto a garantire la sicurezza di circolazione dei treni interoperabili. Il mantenimento delle condizioni di sicurezza può avvenire: • con riduzione locale e temporanea di velocità in presenza di venti superiori alle CWCs • installando protezioni nelle tratte di binario soggette a forti venti

7. Introduzione al problema Obiettivo Messa a punto di una metodologia di analisi delle linee ferroviarie per la definizione del rischio di ‘superamento della CWC’ (incipiente ribaltamento) ANALISI DEL RISCHIO DI RIBALTAMENTO AL VENTO TRASVERSALE è legata a: • Caratteristiche del veicolo ferroviario • Caratteristiche infrastrutturali della linea Variabili deterministiche • Distribuzione del vento sulla linea • Interazione treno-vento Variabili stocastiche

8. Italian methodology 1. Database infrastruttura Definizione delle caratteristiche della linea 3. Calcolo delle CWC Definizione del comportamento al vento trasversale del veicolo ferroviario • Analisi meteo • Definizione della distribuzione del vento trasversale lungo la linea 4. Analisi del rischio Definizione del rischio di ribaltamento del veicolo ferroviario al vento trasversale

9. Italian methodology 3. Calcolo delle CWC L’interazione vento-treno è un processo random Le CWC sono definite con una metodologia stocastica: la storia temporale dei carichi aerodinamici è ricostruita riproducendo correttamente le caratteristiche fisiche del fenomeno Metodo stocastico Metodo TSI

10. Italian methodology 3. Calcolo delle CWC Metodologia stocastica numerico-sperimentale CWC media e banda di incertezza (Umedia 3sCWC) 2. Definizione del vento turbolento 1. Test galleria del vento 5. CWC CFy 3. Funzione di ammettenza Forze aerodinamiche F(t,x,y,z) 4. Modello multi body della dinamica del veicolo

11. Italian methodology 3. Calcolo delle CWC: effetto infrastruttura Le CWC dipendono, per effetto dei coefficienti aerodinamici, da: • Tipologia di infrastruttura (viadotto, rilevato, ecc.) • Caratteristiche geometriche del treno Misura dei coefficienti aerodinamici con tutti gli scenari presenti sulla linea ESTREMAMENTE COSTOSO

12. RILEVATO/TRINCEA VIADOTTO UH treno UH treno Mroll Mroll Mroll Usopravento 2m 2m Usopravento Italian methodology 3. Calcolo delle CWC: effetto infrastruttura • calcolo delle CWC con i coefficienti aerodinamici misurati su flat ground • misura/calcolo della velocità del vento in corrispondenza della posizione del treno (2m sopra il binario) FLAT GROUND Mroll Uupstream Coefficiente di overspeed

13. Italian methodology 3. Calcolo delle CWC: effetto infrastruttura IPOTESI DI BASE (verificata sperimentalmente): I coefficienti aerodinamici valutati con gli scenari viadotto/rilevato/trincea sono EQUIVALENTI a quelli misurati su flat ground sotto le ipotesi che: • come velocità di riferimento, per il calcolo dei coefficienti, sia utilizzata la velocità misurata all’altezza del treno (sopra lo scenario) • Siano considerati piccoli angoli di incidenza del vento (range di interesse per i veicoli ad alta velocità) L’effetto dello scenario NON è considerato nei coefficienti aerodinamici (e quindi nelle CWC) ma nel calcolo della velocità del vento

14. Italian methodology 3. Calcolo delle CWC: treno Le CWC dipendono, per effetto dei coefficienti aerodinamici, da: • Tipologia di infrastruttura (viadotto, rilevato, ecc.) • Caratteristiche geometriche del treno ETR500

15. z0 xLU IU Italian methodology 3. Calcolo delle CWC: definizione delle classi Definiti i coefficienti aerodinamici, le CWC dipendono solo da: • Caratteristiche del vento (lunghezza di rugosità z0) • Layout del tracciato (raggio di curva, accelerazione non compensata, sopraelevazione, …) In funzione delle proprietà del vento e del layout del tracciato, tutti i punti della linea vengono raggruppati all’interno di classi omogenee Classe 1 Classe 2 … Raggio – velocità del treno Classe 8 a.n.c.

16. Italian methodology 1. Database infrastruttura Definizione delle caratteristiche della linea • Analisi meteo • Definizione della distribuzione del vento trasversale lungo la linea 3. Calcolo delle CWC Definizione del comportamento al vento trasversale del veicolo ferroviario 4. Analisi del rischio Definizione del rischio di ribaltamento del veicolo ferroviario al vento trasversale

17. Italian methodology2. Analisi meteo: output Funzioni di probabilità cumulata della velocità del vento in ogni punto della linea Azimut Velocità del vento: • Altezza:2m sopra pdf • Rilevato/trincea: applicazione di una correzione locale per tener conto dell’accelerazione/ riduzione di velocità dovuta allo scenario • Viadotto:correzione con profilo di velocità per tener conto della quota del viadotto

18. Italian methodology 3. Calcolo delle CWC: output Rappresentazione polare Rappresentazione lineare

19. Italian methodology 4. Analisi del rischio Obiettivo : valutazione della probabilità di superamento della CWC Funzione di probabilità cumulata della velocità del vento La probabilità di superamento della CWC è definita come la probabilità combinata che: • Il vento provenga dal settore angolare s • La velocità del vento sia maggiore di un valore di soglia Distribuzione delle CWC 3. La soglia sia un valore limite della CWC

20. Italian methodology 4. Analisi del rischio Per settore angolare Distribuzione di CWC Distribuzione del vento Ug Per ogni punto della linea

21. Linea RM-NPRisultati Probabilità di superamento della CWC – Vtreno=300 km/h

22. Linea RM-NPRisultati Velocità di picco

23. Linea RM-NPRisultati

24. Linea RM-NPRisultati Posizione degli anemometri

25. LINEA RM-NP: ANALISI LINEA RM-NP: calcolo della CWC riferita all’anemometro CWCA= CWCi * bi

26. Conclusioni • E’ stata messa a punto una metodologia per l’analisi del rischio associato al vento trasversale sulle linee ferroviarie • L’Italian method considera l’interazione vento-treno come un processo stocastico: • le CWC sono valutate con approccio stocastico • L’analisi meteo è realizzata con modelli basati sull’analisi statistica • La probabilità di superamento della CWC è calcolata come probabilità combinata delle due variabili stocastiche rappresentate dalla distribuzione di CWC e dalle funzioni di probabilità cumulata della velocità del vento • Nell’Italian method l’effetto dello scenario infrastruttura è considerato nel calcolo della velocità del vento e non nella definizione delle CWC

27. Conclusioni Punti aperti del progetto AOA • Effetto over-speed su viadotti • Tenerne (AGM) o non tenerne conto (AFM, ITM, GBM) • Effetto over-speed su rilevati • da considerarsi nella velocità del vento (AGM, ITM) o nella derivazione delle CWC (AFM) • CWC su flat ground • Con coefficienti flat ground (AGM, ITM, GBM) o da estrapolarsi dalle CWC su rilevato (AFM) • Analisi del meteo • Diversi livello di complessità e di affidabilità: da mappe dell’Eurocodice (AGM, GBM) o da modelli (IM, AFM) • Necessità di una verifica sulla convergenza dei risultati