Sistema di armamento ralizzato su platea in c.a. con rotaie a gola

Il progetto preliminare prevede alcune varianti destinate a differenti condizioni progettuali, in particolare si prende in considerazione l’armamento in sede promiscua realizzato su platea in c.a., che offre il notevole vantaggio della stabilità geometrica, con conseguente beneficio nei riguardi della manutenzione e rappresenta una soluzione particolarmente valida dove il binario è posato su sede stradale; esso prevede in alcuni casi anche l’appoggio della piastra in c.a. su un materassino antivibrante, realizzando un sistema “a massa flottante”.

Tale sistema è quello di gran lunga più efficace nei riguardi del taglio delle emissioni sonore per via solida, delle vibrazioni e garantisce un buon livello di isolamento al fine di evitare il nefasto fenomeno delle correnti vaganti. Questa soluzione viene in generale adottata nei tratti in cui la natura e/o la distanza degli edifici impongono una salvaguardia vibro-acustica; nel caso particolare del sistema di trasporto di Parma sarà adottata la soluzione “a massa flottante” ed inoltre il binario sarà, nella zona a traffico promiscuo, completato con una pavimentazione in conglomerato bituminoso, per garantire la carrabilità dello stesso ai mezzi gommati.

Le rotaie a gola in rettilineo sono del tipo Ri 60 ed il passo tra gli appoggi è di 0,75 m; in curva le rotaie sono del tipo Ic ed il passo fra gli appoggi è di 0,67 m; esse, inoltre, sono connesse a una platea in c.a. gettata in opera (solettone di regolamento) tramite attacchi elastici, comprendenti piastre in acciaio, ramponi tipo SKL3 e sottosuola in materiale resiliente. Ciascuna piastra di attacco è vincolata al solettone di regolamento tramite due bulloni in acciaio.

Fra le piastre di attacco e il solettone è interposto un massello di sabbia di quarzo e resina epossidica, dello spessore di circa 30 mm (di fatto questo spessore varia nei limiti della tolleranza della quota di getto del solettone di regolamento).

Questo tipo di armamento realizza un funzionamento del tipo cosiddetto “a massa flottante”.

Questa è costituita dalla piastra in c.a. gettata in opera (solettone di regolamento); lo stadio elastico è costituito da un materassino elastomerico, interposto fra la piastra e la fondazione. La piastra è totalmente isolata dal supporto cementizio di base; l’appropriata flessibilità del materassino e l’assenza di qualunque ente di collegamento rigido garantiscono un efficace taglio delle vibrazioni.

L’elastomero del materassino antivibrante possiede le seguenti caratteristiche:

• elevata resistenza agli agenti chimici e biologici;

• piccola deformazione permanente (“compression set”);

• modulo di elasticità dinamico il più possibile vicino a quello statico, con rigidità dinamica bassa in valore assoluto;

• elevato smorzamento;

• elevata resistenza ai carichi dinamici e ai picchi di sollecitazione.

• Buon isolamento elettrico tra Terra di Trazione e Terra di Struttura, come imposto dalla Norma CEI.

Il sistema armamento si completa con profili estrusi in gomma, disposti sui fianchi delle rotaie a gola e interposti fra le rotaie stesse e la pavimentazione, migliorando anche l’isolamento elettrico del binario, con beneficio nei riguardi della protezione contro le correnti disperse.

Si prevede l’applicazione dei profili estrusi anche nel caso di realizzazioni con binario inerbito, onde prevenire i potenziali problemi di questo tipo di armamento: i profili, mantenendo il manto erboso discosto dalle superfici di rotolamento, evita il possibile degrado dell’aderenza e assicura un adeguato isolamento elettrico.

La figura seguente illustra la sezione tipica in esame

Volendo identificare meglio la parti compoennti il sistema di attacco, ed in particolare gli elementi isolanti elettrici, si può osservare una versione del suddetto poarticolare sviluppata con maggior, essa è riportata di seguito:

Sebbene si comincino ad individuare correttamente gli elementi isolanti elettrici relativi all’attacco nabla, costituiti dai guanciali laterali, dalla piastra sottorotaia e dai piastrini isolanti posti sotto alla piastrina metallica sagomata di fissaggio della rotaia, è opportuno fare riferimento ai disegni riportato nelle figure in allegato C, realizzati da Coopsette Traverse; seppur non sono previste traverse biblocco in questa variante, il sistema di isolamento utilizzato per esse può essere tranquillamente impiegato anche nella soluzione in esame che prevede un ancoraggio diretto delle rotaie alla platea.

Le figure in allegato C evidenziano i seguenti particolari di isolamento elettrico:

2 – suola sottorotaia in gomma RI 60/59 6 – piastrino isolante NABLA RNTC 150 7 – cuneo di regolazione TC 150

La presenza di tali tre elementi garantisce la completa assenza di contatto elettrico fra la rotaia e gli organi d’attacco.

E’ ovvio comunque come, nelle zone estranee agli attacchi sulle traverse, la rotaia corra completamente avvolta nel conglomerato bituminoso della superficie stradale. In tali zone l’isolamento elettrico è affidato unicamente ai guanciali laterali, e ad uno strato sottorotaia che evita il contatto nella parte inferiore della stessa.

Va anche notato che, sempre per evitare che la realizzazione degli strati di pavimentazione stradale vada a collegare a terra la rotaia in corrispondenza degli attacchi, questi ultimi sono coperti da cuffie in materiale plastico.

La mostra un particolare di tale soluzione, realizzata avvolgendo completamente la rotaia prima della realizzazione degli strati di pavimentazione stradale, e collocando il cappuccio in materiale plastico (in bianco nella foto in allegato D) al di sopra dell’organo di attacco Nabla.

4.2.1 Caratteristiche dei materiali per l’isolamento delle rotaie (Terra Trazione e Terra di Struttura)

Vengono qui presentate le carateristiche elettriche dei materiali che sono stati individuati al fine di ottemperare alle prescrizioni tecniche evidenziate nel precdente capitolo.

Si parte dalla piastra sottorotaia in gomma scanalata, per la quale si fa riferimento ad un prodotto sviluppato dalla SOGO su specifica CSA/Coopsette, il cui disgeno tecnico è visibile in figura in allegato D.

Le caratteristiche di isolamento elettrico di questa piastra in gomma sottorotaia sono state certificate dal produttore, la ditta SOGO di Frosinone. La figure in allegato D riportano il testo di tale certificazione e le caratteristiche del prodotto.

Si osserva come il requisito di una resistenza elettrica maggiore di 100 MΩ viene sistematicamente superato; vengono poi presi in esame i due elementi in Nylon situati sotto il piastrino metallico di fissaggio della rotaia.

In maggior dettaglio, si tratta del piastrino forato isolante e del cuneo di regolazione dello scartamento, questi due componenti sono prodotti dalla ditta Bear Plast di Reggio Emilia, su disegno e specifica tecnica della C.S.A..

La prestazione isolante elettrica di questi elementi deriva sia dalla loro resistività di volume (misurata in Ω·m), sia dalla resistività di superficie (misurata in Ω).

I valori forniti dal costruttore sono i seguenti:

Prodotto Resistività di Volume Resistività di Superficie (Ω)

Piastrino Isolante 1·10¹¹ Ω·m 1·10¹³ Ω

Cuneo di Scartamento 1·10¹¹ Ω·m 1·10¹² Ω

In allegato A viene riportato il fax inviato dal costruttore, che contiene le schede tecniche dei due prodotti.

Volendo valutare la resistenza effettivamente offerta da un attacco montato, occorre osservare che la conduttanza totale è data dalla somma delle conduttanze della piastra sottorotaia e del piastrino isolante (il cuneo di scartamento non partecipa direttamente, in quanto essp è situato fra due strutture equipotenziali, cioè il bullone di fissaggio e l’estradosso del blocchetto di armamento).

Per valutare la conduttanza complessiva del piastrino isolante, si possono sommare il contributo legato alla conduttanza di volume a quello dato dalla conduttanza di superficie. Si ottiene così:

In cui A è la superficie del piastrino ed s il suo spessore, p è il perimetro della sua faccia superiore e d la distanza fra essa e la rotaia (in sostanza, pari ancora al suo spessore s).

Assumendo A = 0.15·0.03 = 0.0045 m2, s = d = 5 mm, p = 0.35 m, si ottiene

Ed infine, considerando che per ciascun attacco ci sono due piastrini ed una piastra sottorotaia, si ottiene la conduttanza di un attacco completo:

S

In sostanza dunque la conduttanza dominante è quella della piastra sottorotaia; occorre poi prendere in considerazione la conduttanza del rivestimento della rotaia nei tratti fra attacco ed attacco. Essa viene realizzata con cuscinetti in materiale gommoso realizzati sempre dalla SOGO, che fornisce questo valore delle proprietà elettriche:

m 10

1

V

= ⋅ Ω ⋅

ρ

In questo caso per il calcolo della conduttanza occorre considerare l’intera superficie laterale della rotaia a gola, che, per un interasse L fra gli appoggi pari a 750mm, risulta pari a:

m2

Considerando infine uno spessore s pari mediamente a 15 mm, si ottiene:

S

Si osserva come in curva l’ interasse L fra gli appoggi sia pari a 670mm, riducendo così ulteriormente il valore di conduttanza:

s S

Si va ora a valutare la conduttanza complessiva per km di binario, supponendo che in 1 km ci sono 1333 traversine, e dunque 2666 attacchi e 2666 cuwscinetti di avvolgimento rotaia:

[ ^{G G} ] ²⁶⁶⁶ [ ^{6 . 67 10 3 . 67 10} ] ^{0.017792 S/km}

2666

G

= ⋅

+

= ⋅ ⋅

+ ⋅

=

Si osserva che il valore ottenuto è ampiamente inferiore del limite previsto dalla norma CEI, che riporta come valore più restrittivo 0.05 S/km.

Si conclude quindi che il sistema isolante descritto sopra, e riferito all’isolamento fra rotaie e terra di Struttura, è efficace e conforme alle prescrizioni.

4.2.2 Caratteristiche dei materiali per l’isolamento della sottostruttura (soluzione antivibrante, Terra di Struttura a Terra Comune esterna)

Rimane infine da valutare la prestazione della guaina isolante ed antivibrante prevista al di sotto del getto di CLS che sosterrà le traversine.

Il produttore di un materiale idoneo a questa applicazione ha fornito il seguente valore di resistività volumica:

In Allegato B viene riportato il certificato di prova del materiale in oggetto, denominato

“Gummiflex 4 PL Super 33”.

Onde valutare la conduttanza complessiva di 1 km di linea, si deve osservare che è prevista l’installazione di una guaina isolante con spessore s di almeno mm 15, e che la superficie totale A vale, nei tratti a doppio binario:

6900

Si ottiene quindi la seguente stima della conduttanza G:

km

per quanto riguarda le tratte a singolo binario si avrà

km

Si osserva tuttavia che il valore di resistenza elettrica misurato in laboratorio su campione secco è ben poco rappresentativo della reale resistività del materiale installato in opera, e che di conseguenza ci saranno da attendersi valori della conduttanza complessiva senz’altro più elevati di quelli derivanti da questo calcolo, anche se pur sempre rispettosi del limite delle norme.