Manutenzione ordinaria

È una tipologia d'intervento sistematica nel tempo che varia la sua cadenza a seconda degli elementi su cui si deve intervenire.

Questa manutenzione periodica permette di evitare il nascere di alcuni difetti e garantisce una vita media dell'infrastruttura maggiore. Di seguito verranno trattati i difetti comunemente risolti con la manutenzione ordinaria.

3.1.1.1 Livellamento

Con livellamento si intende l'insieme di azioni atte a ristabilire il corretto livello longitudinale e trasversale del binario.

Per ripristinare questo fattore occorre essere a conoscenza della posizione altimetrica, tanto longitudinale quanto trasversale, a cui deve essere riportato il binario.

Se ci troviamo in rettifilo, il livellamento longitudinale di un qualsiasi punto intermedio situato tra due punti sicuramente in posizione corretta risulta un'operazione di topografia elementare facilmente eseguibile. È sufficiente spostare in alto il punto da livellare fino a che non si trova sulla linea di collimazione tra un cannocchiale ed una biffa posizionati nei due estremi già livellati.

Il livellamento è eseguito tramite macchine livellatrici: una fune metallica tesa lungo la macchina su di una base di determinata lunghezza materializza l'allineamento tra due punti. Il cavo è sostenuto ai due estremi da sostegni il cui livello è determinato da palpatori poggiati sulla rotaia. Nel punto da livellare un altro palpatore regge una banderuola che, toccando la fune metallica, ferma il meccanismo di forza che solleva il binario nel punto intermedio.

Si ha un possibile errore di livellamento realizzato nel punto intermedio se esiste già un errore in uno dei due punti estremi della base. È opportuno, quindi, scegliere con cura e

precisione la lunghezza della base e della posizione lungo di essa del punto intermedio da livellare.

Generalmente si hanno basi di una decina di metri. Lunghezze maggiori implicano si una riduzione dell'errore sopra esposto ma esalterebbero un altro errore capace di divenire presto intollerabile, per il cosiddetto effetto cono, in presenza di una differenza pendenza, come avviene nelle curve, tra l'una e l'altra rotaia.

Utilizzando questa metodologia di misura si genera un altro tipo di errore: la freccia lungo la corda adoperato per l'allineamento. Per compensare questo problema deve essere fissata con cura l'altezza della banderuola, sul suo palpatore, rispetto a quella analoga dei due estremi. Le macchine livellatrici più moderne sono dotate di raggio infrarosso che viene intercettato dalla banderuola.

Per il livellamento trasversale si usano, montandoli sulla stessa macchina, dispositivi a pendolo che possono anch'essi asservire il meccanismo di forza.

Esistono, anche, le livellatrici a base prolungata che, attraverso sistemi articolati, permettono il livellamento su basi più lunghe e quindi affetto da minori errori, compensando l'errore dovuto all'effetto cono.

Alla base di tutte queste macchine il principio risulta essere lo stesso: si procede spostando la macchina e considerando man mano come punto sicuro quello su cui si è appena finito di effettuare il livellamento.

3.1.1.2 Sghembo

Le rotaie si trovano in una configurazione di due rette sghembe nel momento in cui il binario non si trova più su di un piano o almeno su di una superficie troncoconica. In questo caso si parla di sghembo come variazione lungo l’asse del binario della pendenza trasversale e si calcola con:

y=

(

)

cioè la differenza del livello trasversale rapportata su una base di misurazione definita (L).

La configurazione a rette sghembe del binario è voluta quando esso non si trova né in rettifilo, né in curva circolare: in questo caso lo sghembo di costruzione è una

caratteristica geometrica del binario. Negli altri casi è scaturito da un’alterazione del progetto e quindi si parla di difetto del binario.

Il difetto di sghembo è una delle principali cause di svio. Questo perché, considerando un semplice carrello, i punti d’appoggio non saranno più quattro ma addirittura 3 o 2 causando delle variazioni della distribuzione dei carichi e, in casi estremi, anche eventuale ribaltamento del veicolo.

3.1.1.3 Allineamento

Con allineamento si definisce la posizione planimetrica del binario. Il ragionamento è analogo a quello visto per il livellamento: disponendo di tre punti in posizione sicura lungo una circonferenza, ovvero di due punti lungo una circonferenza di cui sia stabilito il raggio, risulterebbe facile allineare sulla circonferenza un qualsiasi altro punto intermedio.

Si hanno così macchine allineatrici funzionanti su due o tre punti.

Queste macchine sono accessoriate con funi metalliche o raggi luminosi per materializzare i tre punti di binario sui quali vengono posizionati dei palpatoti. Nel punto intermedio da allineare si dispone un meccanismo di forza che entra in azione su comando e si ferma automaticamente quando viene raggiunta la freccia voluta.

3.1.1.4 Rincalzatura

La rincalzatura è una delle attività basi eseguite affinché il binario riesca a garantire le caratteristiche di portanza volute. Grazie a questa lavorazione, il binario viene riportato nella sua posizione geometrica corretta disponendo il pietrisco in maniera da reagire elasticamente alle sollecitazioni trasmesse dal passaggio dei treni.

È proprio il transito dei convogli che con il tempo porta alla compattazione del pietrisco sotto le traverse riducendone il volume fin tanto che le traverse non risultano più portanti. Sotto le traverse si creano dei nuclei rigidi che devono essere distrutti e sostituiti da nuovi inerti capaci di reagire in maniera elastica.

Inizialmente le operazioni venivano effettuate a mano, a mezzo di picconi e successivamente il pietrisco veniva spinto sotto le traverse attraverso una rincalzatura per compressione.

Le prime apparecchiature che nacquero per questo scopo erano dotate di attrezzi simili a martelli pneumatici tali da esercitare una forza d’urto necessaria per l’abbattimento degli ammassi. Tale forza era limitata per evitare di frantumare il pietrisco in pezzature non più idonee.

Le moderne esigenze di eseguire un lavoro sempre più complesso ma in tempi di interruzione sempre minori e il bisogno di elevati standard qualitativi, hanno dato vita a macchine rincalzatrici con:

- brevi tempi di approntamento e smontaggio; - valori di correzione e precisione millimetrica;

- elevata velocità di trasferimento con marcia autonoma; - guida automatica computerizzata dei sistemi di rilevamento. Queste, e tante altre necessità, hanno portato alla creazione inizialmente di macchine rincalzatrici per vibrazione: una batta in rapida oscillazione pone in movimento il pietrisco nelle vicinanze delle traverse, il quale andrà a riempire i vuoti.

Si arriva successivamente alle vere e proprie macchine rincalzatrici fondate secondo il sistema di rincalzatura per vibro-compressione. Una rincalzatura effettuata con coppie di batte che, agendo ai lati della traversa, effettua un movimento di stringimento ed un’azione di vibrazione. Seguendo questo principio sono stati prodotti dei veri e propri gruppi rincalzatori formati da più utensili riuniti in coppie contrapposte che consentono la lavorazione di una o due traverse contemporaneamente. La lavorazione è divisa in: una prima fase in cui le batte vibrando vengono abbassate in modo da penetrare nella massicciata fino alla profondità desiderata e una seconda fase nella quale, una volta raggiunta la quota voluta, ha inizio il movimento di stringimento di una batta verso l’altra. Le due batte sono poste a distanza di 60 cm o di 80 cm in base alla tipologia di traversa a cui deve essere fatta la manutenzione.

Nelle prime macchine rincalzatrici le batte venivano infisse a gravità e finivano col dipendere dallo stato in cui si trovava la massicciata. In quelle successive, l’infissione è definita a proprio piacimento tramite un dispositivo automatico o idraulico.

Generalmente le macchine rincalzatrici lavorano con il metodo ciclico e, nella fase di trasferimento da una traversa a quella successiva, la macchina deve essere accelerata interamente.

Esistono anche le rincalzatrici che lavorano con il metodo continuo e ciò comporta i seguenti vantaggi rispetto alle macchine convenzionali:

- un rendimento maggiore fino al 40%;

- vantaggi per il personale in quanto viene meno l'accelerazione di macchina e la relativa frenatura;

- minori vibrazioni e rumorosità;

- minori costi energetici, in quanto non deve essere accelerata l'intera macchina per l'avanzamento da traversa a traversa ma solamente il satellite di rincalzatura;

- minore usura per la poca sollecitazione del telaio, degli organi di trazione di marcia e dei freni;

- la grande possibilità di integrare ulteriori processi di lavoro continuo sulla macchina come la profilatura del pietrisco e la stabilizzazione del binario.

Ora che sappiamo come viene effettuata la rincalzatura dobbiamo considerare i parametri che devono essere garantiti per ottenere un ottimo risultato. I fattori più importanti che influenzano la qualità della rincalzatura sono: la frequenza, l’ampiezza, la pressione di rincalzatura, i tempi di stringimento (0,8 – 1,2 s) e la velocità di stringimento dell’organo di rincalzatura stesso.

Se consideriamo delle frequenze di vibrazione di 35 Hz si determinano una forza di spinta ed un alzamento permanente della traversa, mentre a frequenze più elevate si sviluppa un abbassamento della traversa (causato dal comportamento elasto-plastico del pietrisco). A frequenze molto più basse il movimento del pietrame risulta più difficile. Per la ridistribuzione della struttura dei granuli è necessaria una determinata forza ed un certo tempo. Nella fase del movimento di stringimento e nella spinta della semi-onda sinusoidale viene trasmessa la vera e propria energia di compattazione.

La profondità stessa della rincalzatura risulta essere di fondamentale importanza per ottenere un’elevata qualità di compattazione del pietrisco. A profondità basse, le batte rincalzatrici battono contro le traverse, a profondità più grandi si avrà una compattazione scadente del piano di appoggio delle traverse. La massima qualità si ottiene con 15 mm di spazio libero tra bordo inferiore della traversa e bordo superiore della piastra del martello dell’aggregato di rincalzatura. Nei mezzi più moderni, la

profondità di rincalzatura viene comandata per via elettronica con precisione millimetrica.

La frequenza ottimale di oscillazione delle piastre dei martinelli di rincalzatura è di 35 Hz per ottenere i migliori valori di compattazione e la maggiore durevolezza del piano di posa del binario. Si verificano degli strani effetti al pietrisco oltre i 35 Hz con una successiva non compressibilità, addirittura a frequenze oltre i 40 Hz il pietrisco scorre oltre le piastre dei martelli rincalzatori. Solo a 35 Hz si raggiunge il tempo ottimale di impulso minimo di 5 ms per una ideale distribuzione della struttura dei granuli. A frequenze maggiori sarebbe necessario aumentare notevolmente la velocità di stringimento onde permettere l'azione di un impulso di compattazione adeguatamente lungo, impossibile da realizzare per ragioni meccaniche di resistenza del pietrisco. Possiamo così definire i parametri di lavoro tipici di un gruppo di rincalzatura: frequenza f = 35 Hz, ampiezza martelli A0 = 3-5mm, pressione rincalzatrice p = 115 – 125 bar, tempo di stringimento t = 0,8 – 1,2 s (0,8 s per la posa nuova, 1,2 s standard di manutenzione sistematica), profondità di rincalzatura h = 15-20 mm (spazio libero da bordo inferiore traversa a bordo superiore piastra del martello).

Spesso si parla di sopraelevazione mirata e cioè, dove ci aspettiamo degli assestamenti maggiori, l'idea di sollevare oltre il limite necessario al raggiungimento della posizione zero. Per la costruzione di un piano d'appoggio delle traverse compatto, il pietrisco deve essere compattato sotto alla traversa grazie alla rincalzatura in direzione orizzontale. In direzione verticale abbiamo, invece, le sollecitazioni di carico dovute ai treni. Nella prima fase tra i 0,5-2 milioni di t di carico di esercizio, i granuli continuano a ricollocarsi fino al raggiungimento di una posizione stabile. Posizione caratterizzata da una condizione di equilibrio tale da poter assorbire e trasmettere le sollecitazioni verticali man mano che si penetra nella piattaforma e nella fondazione. Questa prima fase è caratterizzata anche da un andamento di assestamento esponenziale molto veloce, per questo l'idea della sopraelevazione mirata comporta un vantaggio a livello longitudinale molto stabile e duraturo. Vantaggio che può essere ulteriormente migliorato con assestamenti mirati effettuati con l'uso della stabilizzatrice dinamica. Questi benefici sono evidenti in quanto vengono eseguiti, a differenza dell'azione dei treni, assestamenti uniformi e controllati i quali fanno aumentare la durata della vita utile del piano di posa del binario. [3]