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L’analisi del rischio sulla linea AV Roma-Napoli. G. Tomasini. RICERCA EUROPEA SUL VENTO TRASVERSALE. Normative e progetti. Normative internazionali su treni: TSI : Technical Specification for interoperability – Cross wind EN 14067-6 Railway applications — Aerodynamics - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
L’analisi del rischio sulla linea AV Roma-Napoli
G. Tomasini
G. Tomasini 2
Normative internazionali su treni:• TSI: Technical Specification for interoperability – Cross wind• EN 14067-6 Railway applications — Aerodynamics
Progetti internazionali:
• AOA: Aerodynamics in Open Air – WP2
RICERCA EUROPEA SUL VENTO TRASVERSALE
Normative e progetti Normative e progetti
Metodologia per la caratterizzazione dei veicoli ferroviari al vento trasversale
Metodologia per la caratterizzazione dei veicoli ferroviari al vento trasversale
Metodologia per la caratterizzazione delle linee ferroviarie al vento trasversale
Metodologia per la caratterizzazione delle linee ferroviarie al vento trasversale
G. Tomasini
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
Progetto AOA – Work Package 2
G. Tomasini
4 metodologie sono state sviluppate e confrontate fra loro:• AGM: AOA German Method• AFM: AOA French Method
Progetto AOA – Work Package 2
1. Database infrastruttura
Definizione delle caratteristiche della linea
1. Database infrastruttura
Definizione delle caratteristiche della linea
2. Analisi meteo
Definizione della distribuzione del vento trasversale lungo la linea
2. Analisi meteo
Definizione della distribuzione del vento trasversale lungo la linea
3. Calcolo delle CWC
Definizione del comportamento al vento trasversale del veicolo ferroviario
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
4. Analisi del rischio
Definizione del rischio di ribaltamento del veicolo ferroviario al vento trasversale
•ITM: Italian Method•GBM: Great Britain Method
•ITM: Italian Method•GBM: Great Britain Method
Macro-schema comuneMacro-schema comune
G. Tomasini
INDICE
Presentazione delle attività sviluppate
• Introduzione al problema• Italian methodology per l’analisi del rischio• Risultati dell’applicazione alla linea RM-NP• Conclusioni
G. Tomasini
Introduzione al problema
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
Una Una linealinea è dichiarata è dichiarata interoperabileinteroperabile se equipaggiata se equipaggiata con un sistema di protezione atto a garantire la con un sistema di protezione atto a garantire la sicurezza di circolazione dei treni interoperabili.sicurezza di circolazione dei treni interoperabili.
Una Una linealinea è dichiarata è dichiarata interoperabileinteroperabile se equipaggiata se equipaggiata con un sistema di protezione atto a garantire la con un sistema di protezione atto a garantire la sicurezza di circolazione dei treni interoperabili.sicurezza di circolazione dei treni interoperabili.
Linea interoperabile Linea interoperabile
G. Tomasini
Introduzione al problema
ANALISI DEL RISCHIO DI RIBALTAMENTO AL VENTO TRASVERSALE è legata a:
Messa a punto di una metodologia di analisi delle linee Messa a punto di una metodologia di analisi delle linee ferroviarie per la definizione del rischio di ‘superamento ferroviarie per la definizione del rischio di ‘superamento
della CWC’ (incipiente ribaltamento)della CWC’ (incipiente ribaltamento)
Messa a punto di una metodologia di analisi delle linee Messa a punto di una metodologia di analisi delle linee ferroviarie per la definizione del rischio di ‘superamento ferroviarie per la definizione del rischio di ‘superamento
della CWC’ (incipiente ribaltamento)della CWC’ (incipiente ribaltamento)
Obiettivo Obiettivo
Variabili deterministicheVariabili deterministiche
Variabili stocasticheVariabili stocastiche•Distribuzione del vento sulla linea•Interazione treno-vento
•Distribuzione del vento sulla linea•Interazione treno-vento
•Caratteristiche del veicolo ferroviario•Caratteristiche infrastrutturali della linea
•Caratteristiche del veicolo ferroviario•Caratteristiche infrastrutturali della linea
G. Tomasini
Italian methodology
1. Database infrastruttura
Definizione delle caratteristiche della linea
1. Database infrastruttura
Definizione delle caratteristiche della linea
2. Analisi meteo
Definizione della distribuzione del vento trasversale lungo la linea
2. Analisi meteo
Definizione della distribuzione del vento trasversale lungo la linea
3. Calcolo delle CWC
Definizione del comportamento al vento trasversale del veicolo ferroviario
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
4. Analisi del rischio
Definizione del rischio di ribaltamento del veicolo ferroviario al vento trasversale
G. Tomasini
Italian methodology 3. Calcolo delle CWC
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 300
0.5
1
1.5
2
2.5x 10
5
time [s]
Mov
ertu
rnin
g [
Nm
]
TSI
PoliMi
Metodo stocastico
Metodo TSI
L’interazione vento-treno è un processo randomL’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
Le CWC sono definite con una metodologia stocastica: la storia temporale dei carichi aerodinamici è ricostruita riproducendo correttamente le caratteristiche fisiche del fenomeno
G. Tomasini
Metodologia stocastica numerico-sperimentaleMetodologia stocastica numerico-sperimentale
Italian methodology 3. Calcolo delle CWC
3. Funzione di ammettenza
Forze aerodinamiche F(t,x,y,z)
0
200
400
0
50
100
1500
50
[m][s]
[m/s
]
0 20 40 60 80 100 1200
10
20
30
UT [
m/s
][s]
2. Definizione del vento
turbolento
CFy
1. Test galleria del
vento
4. Modello multi body della
dinamica del veicolo
5. CWC
CWC media e banda di incertezza (Umedia 3
CWC)
0 20 40 60 80 10020
40
60
80
100
120
140
160
180
[deg]
Ug [m
/s]
G. Tomasini
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
Italian methodology 3. Calcolo delle CWC: effetto infrastruttura
G. Tomasini
RILEVATO/TRINCEA
Mroll
2m
UH treno
Usopravento
Mroll
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
VIADOTTO
Usopravento2m
MrollUH treno
Coefficiente di overspeed
Italian methodology 3. Calcolo delle CWC: effetto infrastruttura
G. Tomasini
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:
1. come velocità di riferimento, per il calcolo dei coefficienti, sia utilizzata la velocità misurata all’altezza del treno (sopra lo scenario)
2. 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
Italian methodology 3. Calcolo delle CWC: effetto infrastruttura
G. Tomasini
Le CWC dipendono, per effetto dei coefficienti aerodinamici, da:
Tipologia di infrastruttura (viadotto, rilevato, ecc.)
Caratteristiche geometriche del trenoETR500ETR500
Italian methodology 3. Calcolo delle CWC: treno
G. Tomasini
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
z0
IUxLU
Raggio – velocità del treno
a.n.c.
Classe 1
Classe 2
Classe 8
…
Italian methodology 3. Calcolo delle CWC: definizione delle classi
G. Tomasini
Italian methodology
1. Database infrastruttura
Definizione delle caratteristiche della linea
1. Database infrastruttura
Definizione delle caratteristiche della linea
2. Analisi meteo
Definizione della distribuzione del vento trasversale lungo la linea
2. Analisi meteo
Definizione della distribuzione del vento trasversale lungo la linea
3. Calcolo delle CWC
Definizione del comportamento al vento trasversale del veicolo ferroviario
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
4. Analisi del rischio
Definizione del rischio di ribaltamento del veicolo ferroviario al vento trasversale
G. Tomasini
Funzioni di probabilità cumulata della velocità del vento in ogni punto della linea
10 20 30 40 50
30
210
60
240
90270
120
300
150
330
180
0
pw
=10-8
pw
=10-7
pw
=10-6
pw
=10-5
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
Italian methodology2. Analisi meteo: output
G. Tomasini
20 40 60 80 10020
30
40
50
60
70
80
90
w [°]
Ug [m
/s]
Iu=0.2 xL
u=73 m
cant=0.4 m/s2
cant=0.6 m/s2
50 100
150
30
210
60
240
90270
120
300
150
330
180
0
Italian methodology 3. Calcolo delle CWC: output
Rappresentazione lineare Rappresentazione lineare Rappresentazione polare Rappresentazione polare
G. Tomasini
Italian methodology 4. Analisi del rischio
Obiettivo : valutazione della probabilità di superamento della CWC
10 20 30 40 50
30
210
60
240
90270
120
300
150
330
180
0
pw =10-8
pw =10-7
pw =10-6
pw =10-5
50 100
150
30
210
60
240
90270
120
300
150
330
180
0
Distribuzione delle CWC
Funzione di probabilità cumulata della velocità del
vento
50 100
150
30
210
60
240
90270
120
300
150
330
180
0
La probabilità di superamento della CWC è definita come la probabilità combinata che:
1. Il vento provenga dal settore angolare s2. La velocità del vento sia maggiore di un
valore di soglia
3. La soglia sia un valore limite della CWC
U
U
G. Tomasini
0 10 20 30 400
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25 =75°
[m/s]
50 100
150
30
210
60
240
90270
120
300
150
330
180
0
CWCnd gs wi
+
-
pp = p* dU
Distribuzione di CWC
Distribuzione del vento
Per settore angolare
Ug
windp
CWCp
Per ogni punto della linea
12
is
s=1
=P p
Italian methodology 4. Analisi del rischio
G. Tomasini
Linea RM-NPRisultati
Probabilità di superamento della CWC – Vtreno=300 km/h
1.00E-10
1.00E-09
1.00E-08
1.00E-07
1.00E-06
1.00E-05
1.00E-04
1.00E-03
0 50 100 150 200[km]
Pro
babi
lità
di s
uper
amen
to C
WC
Viadotto Rilevato Trincea
G. Tomasini
Linea RM-NPRisultati
Velocità di picco
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 50 100 150 200[km]
V p
icco
[m/s
]Viadotto Rilevato Trincea
G. Tomasini
Linea RM-NPRisultati
0 100 200 3000
20
40
60
80
100
120
w
[°]
[m/s
]
CWC
pw
=10-8
pw
=10-7
pw
=10-6
pw
=10-5
pw
=10-4
Line orient.
0 100 200 3000
20
40
60
80
100
120
w
[°]
[m/s
]
CWC
pw
=10-8
pw
=10-7
pw
=10-6
pw =10-5
pw
=10-4
Line orient.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 50 100 150 200[km]
V p
icco
[m
/s]
Viadotto Rilevato Trincea
1.00E-10
1.00E-09
1.00E-08
1.00E-07
1.00E-06
1.00E-05
1.00E-04
1.00E-03
0 50 100 150 200[km]
Pro
ba
bilità
di su
pe
ram
en
to C
WC
Viadotto Rilevato Trincea
G. Tomasini
Linea RM-NPRisultati
1.00E-10
1.00E-09
1.00E-08
1.00E-07
1.00E-06
1.00E-05
1.00E-04
1.00E-03
1.00E-02
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200[km]
Pro
babi
lità
di s
uper
am
en
to C
WC
ANAGNI SGURGOLA CECCANO S. GIOVANNI MIGNANO TORA PICCILLI
RIO PONTICELLO
CAPUA
Posizione degli anemometri
G. Tomasini
0 50 100 150 200 250 300 350 40030
40
50
60
70
80
90
100
110
120
[deg]
[m/s
]
CWCSi
0 50 100 150 200 250 300 350 40030
40
50
60
70
80
90
100
110
120
[deg]
[m/s
]
CWCSi
CWCA
CWCA= CWCi * i
LINEA RM-NP: calcolo della CWC riferita all’anemometro
LINEA RM-NP: ANALISI
Ai
i
Vβ =
V
G. Tomasini
Conclusioni
1. E’ stata messa a punto una metodologia per l’analisi del rischio associato al vento trasversale sulle linee ferroviarie
2. 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
3. Nell’Italian method l’effetto dello scenario infrastruttura è considerato nel calcolo della velocità del vento e non nella definizione delle CWC
G. Tomasini
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