Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI
FACULATATEA DE CĂI FERATE, DRUMURI ŞI PODURI
ING. POŞTOACĂ RĂZVAN
CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: CONF. DR. ING. STOICESCU GEORGE
2006
CUPRINS
CAP. I - CALEA DE RULARE PE BALAST VIZAVI DE CALEA DE
RULARE FĂRĂ BALAST.
CAP. II - SOLUŢII MODERNE, PENTRU CALEA DE RULARE,
APLICATE ÎN ŢĂRI DIN VESTUL EUROPEI.
CAP. III - SOLUŢII MODERNE, PENTRU CALEA DE RULARE,
APLICATE ÎN MUNICIPIUL BUCUREŞTI.
CAP. IV - MĂSURI ÎN VEDEREA REDUCERII ZGOMOTELOR ŞI
VIBRAŢIILOR PRODUSE DE CIRCULŢIA
TRAMVAIELOR.
BIBLIOGRAFIE
- 1-
- 2-
Problema generală care apare la calea de rulare cu balast este deteriorarea lentă
a balastului datorată circulaţiei. Balastul constă din materiale granulare necoezive, a
căror granule se deplasează, se uzează şi se desprind cauzând creşterea
neuniformităţii geometriei căii şi obturarea patului de balast prin particule fine care
cauzează probleme de drenare. Totuşi întreţinerea obişnuită periodică este necesară
pentru restabilirea direcţiei căii.
La suprastructurile de cale cu balast, traversele susţin şina la fiecare 60 80
cm. Fiecare traversă poate cauza abateri în geometria căii de rulare. În cazul căii de
rulare cu dale, reazemele şinei sau elementele de prinderea şinei au poziţia fixă.
Este clar că o cale de rulare cu dale asigură de departe cea mai mare stabilitate
laterală şi longitudinală şi că abaterile la direcţia căii sunt mai mici iar producerea lor
e mai puţin probabilă, având în vedere faptul că dalele repezintă o fundaţie bună.
Starea geometriei căii este prin urmare foarte bună şi va rămâne aceeaşi,
îmbunătăţind confortul călătorilor şi reducând considerabil volumul de muncă alocat
pentru întreţinere.
În comparaţie cu calea de rulare cu dale, dezavantantajele căii de rulare cu
balast sunt:
tendinţa cadrului şine-traverse de a se deplasa după o perioadă de timp, atât
lateral cât şi longitudinal;
acceleraţie laterală necompensată limitată în curbe, impusă de rezistenţa
laterală limitată furnizată de balast;
transformarea în praf a granulelor de balast din patul de balast;
permeabilitate redusă datorată contaminării, uzării balastului şi pătrunderii
de particule fine din corpul terasamentelor în prisma căii;
o structură a căii de rulare relativ grea şi cu înălţime de construcţie
mare.
Ritmul la care calea de rulare se deteriorează este strâns legat de calitatea
componentelor căii de rulare şi de modalitatea prin care aceste componente sunt
asamblate (la construcţie), de geometria căii de rulare, de omogenitatea straturilor
- 3-
de sub prisma căii (fundaţiei) şi capacitatea portantă a platformei căii (de
susţinere a substratului de balast).
În cazul folosirii căii de rulare cu balast pe poduri, trebuie realizată o
elasticitate suplimentară prin:
aplicarea covoarelor elastice pentru balast;
creşterea elasticităţii prinderilor şinei.
În comparaţie cu calea de rulare cu balast, avantajele căii de rulare cu
dale (sau cale fără balast) sunt în general referitoare la reducerea volumului
lucrărilor de întreţinere a căii şi la o mai mare stabilitate a căii:
Calea de rulare este în mare măsură lipsită de întreţinere;
Creşterea duratei de viaţă şi posibilitatea înlocuirii aproape totale la sfârşitul
duratei de viaţă;
Disponibilitatea maximă a liniei şi deranjarea minimă a rezidenţilor
datorită lucrărilor rare de întreţinere în timp de noapte;
Corecţiile simple de poziţie în plan vertical şi în plan orizontal pot contracara
deformaţiile mici;
Înălţime redusă de construcţie şi greutate redusă.
Alte motive pentru implementarea căii de rulare cu dale sunt:
Lipsa materialului de balast adecvat;
Calea de rulare este accesibilă vehiculelor rutiere;
Scăderea (atenuarea) zgomotului şi, în particular, a efectului supărător al
vibraţiilor:
În comparaţie cu calea de rulare cu balast, dezavantajele căii de rulare cu
dale (sau căii de rulare fără balast) sunt în general:
Costuri de construcţie mai mari;
Reflexia mai mare a zgomotului purtat de aer;
Modificări mari ale poziţiei căii de rulare şi ale nivelului căii pot fi posibili
numai prin creşterea substanţială a volumului de muncă;
- 4-
În cazul deraierii, lucrările de reparaţie vor necesita mai mult timp şi mai mult
efort;
Zona de trecere de la aclea de rulare cu balast şi calea de rulare cu dale necesită
atenţie.
Implementarea căii de rulare cu dale poate necesita măsuri vaste în ceea ce
priveşte pregătirea fundaţiei. Substraturile trebuie să fie omogene şi capabile să
suporte încărcări impuse fără tasări semnificative. Costurile mari de construcţie
rezultate au împiedicat utilizarea pe scară largă până acum a căii de rulare cu dale.
- 5-
2.1. -Şină înglobată.
2.2. -Structuri de cale de rulare cu şine prinse şi susţinute continuu.
2.3. Polistirena expandată (EPS) ca material în fundaţia structurilor de cale
cu dale.
2.4. Elasticitatea căii şi cerinţe pentru infrastructură.
- 6-
Există o mare diversitate de tipuri constructive pentru sistemele de cale de
rulare cu dale, fiecare cu trăsături specifice.
Sistemele de cale de rulare cu dale sunt clasificate în tipuri principale de soluţii
care pot fi aplicate ca dale, cu diferite rigidităţi la încovoiere (ridicată sau redusă).
Sistemele de cale de rulare cu dale cu rigiditate la încovoiere scăzută depind
numai de capacitatea portantă şi de rigiditatea terenului. Suprastructura căii, atât la
dalele prefabricate cât şi la cele turnate pe loc poate să fie sever expusă la forţe de
încovoiere. În cazul unui teren nesigur şi moale, o dală din beton armat rigidă la
încovoiere poate furniza o rezistenţă suplimentară, funcţionând ca un pod (ca o punte)
peste punctele de teren mai slabe şi peste deformaţiile locale din infrastructură. În
cazul dalelor din beton armat turnat pe loc este posibilă utilizarea şinei înglobate.
2.1. Şină înglobată
Caracteristicile şinei înglobate
Structura şinei înglobate (Embedded Rail Structure - ERS) implică un suport
continuu al şinei cu ajutorul unui amestec alcătuit de exemplu din plută şi poliuretan.
Şinele sunt fixate pe poziţie cu ajutorul acestui amestec elastic care înconjoară
aproape în întregime profilul şinei cu excepţia ciupercii şinei. Caracteristic acestei
alcătuiri (ERS) este lipsa elementelor suplimentare pentru asigurarea lărgimii căii.
Metoda de prindere a şinei este caracterizată de următoarele principii:
Suport continuu al şinei pe banda elastică;
Ghidarea şinei prin fixare elastică în jgheab;
Realizarea geometriei căii prin metoda "de sus în jos";
Fixarea profilului şinei printr-un amestec elastic turnat;
Optimizarea proiectului pentru dimensiunile jgheabului, amestecurile elastice
de umplere şi benzile elastice, pentru a obţine elasticitatea dorită.
Avantajele şinei pe suport elastic continuu sunt: absenţa forţelor dinamice cauzate de
încovoierea secundară a şinei între reazemele individuale, reducerea producerii
zgomotului, creşterea duratei de viaţă a şinelor, şi reducerea în plus a întreţinerii căii.
- 7-
Construcţia căii de rulare cu şină înglobată
Şina înglobată necesită un jgheab care să conţină amestecul elastic turnat şi
şina. Un astfel de jgheab poate fi realizat cu ajutorul betonului sau oţelului. Pentru
cale de rulare încomporată în partea carosabilă sau pentru linie pe zonă proprie, o
dală de beton furnizează suportul pentru şina înglobată.
Prin utilizarea maşinii de betoane cu cofraje glisate se poate realiza o dală
continuă de beton. Deoarece există cu greu vreo posibilitate ulterioară de
repoziţionare a şinei, terenul trebuie să fie fără tasări.
Detaliu de şină înglobată în interiorul jgheabului
Dala conţine jgheaburi; poziţia dalei determină în foarte mare măsură
geometria căii în plan, lărgimea şi torsiunea căii. Prin urmare, realizarea dalei
necesită o precizie înaltă.
Maşina de betoane cu cofraje glisante
- 8-
Pe fundul jgheabului este aşezată o bandă elastică deasupra căreia este
poziţionată şina cu plăcuţ elastică ataşată sub talpa şinei şi pene elastice pe părţile
laterale. Şina este reglată pe poziţie cu ajutorul metodei sus – jos.
După reglare, şina este detensionată prin încălzire înainte ca amestecul să fie
turnat în jgheab.
Soluţii de cale de rulare realizate cu şina înglobată
Multe căii de rulare pilot cu şină înglobată au fost utilizate în ultimii 30 ani,
încorporate în partea carosabilă precum şi pe linie pe zona proprie. În apropiere de
Deurne (Olanda) în 1976, a fost construit un tronson experimental pe o linie extrem
de utilizată pentru viteze de până la 160 km/h. Calea de rulare era dintr-un şir dale
prefabricate de 6 m conţinând jgheaburi care cuprindeau vachile şine NP 46.
experienţele au fost calificate ca fiind pozitive. În 1994, şinele au fost reînnoite însă
uzura acestora a fost considerabil mai mică în comparaţie cu calea de rulare
adiacentă.
Un alt mare tronson experimental este reprezentat de 3 km de cale de rulare de
lângă Best (Olanda), care a intrat în exploatare în octombrie 1999 şi este în prezent
monitorizată.
Suprastructura constă dintr-o dală de 42 cm grosime cu armătură longitudinală
ce oferă acestei dale o rigiditate mare la încovoiere. Dala se aşează deasupra patului
de beton şi a terenului stabilizat.
Secţiunea transversală a suprastructurii căii de rulare cu şină înglobată lângă Best
- 9-
Montarea şinelor
Poziţionarea şinelor cu ajutorul penelor
Încălzirea electrică a şinelor
- 10-
Turnarea amestecului în jgheab
Deoarece şinele sunt total înglobate, temperatura maximă din şină rămâne
substanţial mai scăzută decât la o structură fără şine înglobate. Acest lucru, în
combinaţie cu o mare rezistenţă laterală a şinei, a fost motivul pentru a fi
coborâtă temperatura neutră de la valoarea normală de 25 °C la 17 °C.
A fost de asemenea testată, ca parte a acestui proiect, o alcătuire generală
inovatoare pentru şină, utilizând aşa numita cale cu zgomot scăzut. Ca rezultat al
optimizării procesului şi al testării de componente s-a obţinut o reducere a
zgomotului de -5 dB (A). În plus, aceasta alcătuire generală utilizează numai 40%
din amestecul elastic utilizat normal pentru fixarea şinelor UIC54.
În 2000, 256 m de cale dublă de tramvai încorporată în partea carosabilă a
fost construită în Haga (Olanda) deasupra terenului moale. Situaţia locală a
pus proiectanţilor anumite probleme datorită planurilor pentru săpăturile viitoare
adiacente dalei şi de sub dală, cum ar fi transportul prin conducte prin presiune.
- 11-
De aceea dala a fost armată în aşa măsură încât să poată fi capabilă să reziste la
tasările locale ale straturilor support. A fost necesară o dală cu o rezistenţă ridicată la
încovoiere datorită incertitudinilor date de viitoarele activităţi de construcţii de lângă
calea de rulare. Pot fi omise lucrările de îmbunătăţire a terenului care sunt mari
consumatoare de timp.
Armătura dalei pentru cale de rulare cu şine înglobate pentru tramvaiul din Haga
2.2. Structuri de cale de rulare cu şine prinse şi susţinute continuu
Şina înglobată împlică o şină susţinută continuu: este necesar un jgheab pentru
a conţine amestecul elastic turnat. Pe lângă şina înglobată există şi alte alternative
care să implice şina susţinută continuu fără a necesita jgheab. Pentru calea de rulare
de metrou uşor două variante au atras atenţia: Cocon track şi şina cu canal susţinută
continuu.
Cocon Track
Sistemul de cale de rulare CDM – Cocon Track prezintă o combinaţie între
şina susţinută continuu cu prinderi elastice tradiţionale ale şinelor şi elementelor de
beton. Sistemul are câteva elemente specifice. În acest caz întâlnim un sistem alcătuit
din grinzi longitudinale de beton cu funcţie de traversă combinat cu grinzi de legătură
transversale de beton cu funcţie de traversă sistem care are forma H. acest sistem are - 12-
realizată o suprafaţă continuă de susţinere a şinei şi un system integrat de aliniere a
căii de rulare pentru direcţiile X, Y, Z.
Dispozitivele de prindere sunt plasate la intersecţiile dintre grinzile
longitudinale şi legăturile transversale. Disteanţa dintre dispozitivele de prindere este
de 1.200mm şi elementele de beton sunt proiectate pentru curbe cu R>20m.
Sistemul Cocon Track
Detaliu al elementelor de beton în formă de H
La partea superioară a barei longitudinale este aplicat sistemul CDM – Bistrip.
Această bandă este alcătuită din două straturi diferite, fiecare cu o elasticitate diferită.
Primul strat etse banda de adaptare (AS): un strat moale care va fi comprimat la
aproximativ 40% din grosimea sa iniţială, ori de câte ori şina este prinsă.
Comprimarea trebuie să fie suficientă pentru adaptarea automată la toleranţele de
înălţime la şină (2 - 3mm) şi eventualele reglări viitoare de nivel (3 – 4mm). Practic, - 13-
este necesară o grosime minimă de 10mm. Al doilea strat este banda portantă (LB):
acest strat este mai rigid decât banda de adaptare. Caracteristicile de rigiditate ale
acestui strat depind de cerinţele legate de tasarea maximă a şinei; acest strat este de
cel puţin 5 ori mai rigid decât AS.
În combinaţie cu sistemul CDM – Bistrip, un atenuator de zgomot din
elastomer plută/cauciuc este aplicat între agrafele de pridere şi şine pentru a elimina
contactul direct. Şi camerele din zona inimii şinei (CD – Flexiweb) de cauciuc
reciclat de înaltă calitate, cu forma în concordanţă cu tipul şinei, sunt lipite pe şină
pentru a evita contactul dintre şină şi materialul din mediul înconjurător (adiacent),
cum ar fi asfaltul sau betonul. La interiorul lor, elementele laterale pentru camerele
din zona inimii şinei sunt lăsate deschise pentru a forma golul necesar pentru toate
tipurile de prindere a şinei.
Detaliu ce prezintă şina cu canal, sistemul CDM – Bistrip
şi elementele laterale din zona inimii şinei
Acest tip de suprastructură a căii de rulare făra balast a fost proiectată special
pentru liniile de tramvai carosabile şi principalul obiectiv a fost scăderea nivelului
producerii zgomotului purtat de aer. În funcţie de rigiditatea fundaţiei, sistemul
- 14-
CoconTrack poate contribui de asemenea la pierderile ridicate prin inserţie a
vibraţiilor căii de rulare.
Sistemul de cale de rulare Cocon Track este construit la fel ca şi calea de
rulare carosabilă normală, pe lungimi de 18m. Elementele de forma H cu
dispozitivele de calare integrate sunt aşezate cap la cap. Aceste elemente sunt
construite în aşa fel încât este creată o suprafaţă continuă şi netedă deasupra căreia
este lipită banda dublă. După aceea, şina este aşezată deasupra benzii duble şi este
prinsă cu elementele de prinderea şinei. Panourile căii sunt apoi ridicate şi aşezate
pe un pat de beton subţire ce va reprezenta un suport uscat şi nivelat pentru
viitoarea construcţie. Elementele de beton ale structurii în formă de H sunt reglate la
aproximativ 10 cm deasupra patului de beton cu ajutorul dispozitivelor de calare
(cu metoda sus-jos). Dedesubt sunt aplicate barele de armare cantitatea de
armătură depinzând de rigiditatea terenului. După aceea, sunt aşezate elementele
pentru camerele din zona inimii şinei şi elementele structurii în formă de H, cu
bare de oţel extinse lateral, sunt parţial înglobate în beton. Forma structurii de
H este astfel realizată încât asigură o legătură optimă cu betonul turnat pe şantier.
Şină cu canal susţinută continuu
Sistemul şinei cu canal susţinută continuu (numit ERL), dezvoltat de
Phoenix, constă dintr-o şină susţinută continuu şi elastic cu sau fără elemente de
prindere ale şinei. Dedesubtul tălpii şinei cu canal, o bandă de cauciuc cu goluri de
aer realizează reazemul elastic. Ambele sine sunt reglate deasupra patului de beton
de inalta calitate si sunt legate între ele cu bare de oţel (antretoaze) ce asigură
lărgimea căii.
Pe părţile laterale ale şinei cu canal se inserează elementele laterale de
cauciuc din zona inimii şinei. Aceste profile de cauciuc au scopul de a reduce
nivelul producerii de zgomot purtat de aer şi de a micşora nivelul producerii
zgomotului purtat de structură. În plus, ele acţionează ca o tranziţie între şină şi
partea carosabilă a străzii.
- 15-
Şină susţinută continuu, sistem Phoenix
Aşezarea pe poziţie a elementelor laterale de cauciuc din zona inimii şinei
Un pat de beton este construit anterior pentru a acţiona ca un strat la nivel şi ca un
strat purtător rigid. Deasupra acestui pat de beton întregul cadru al căii de rulare este
asamblat cu banda elastică de sub talpa şinei şi cu elementeie laterale de cauciuc din
zona inimii şinei. Cadrul este reglat (cu metoda sus-jos) cu pene de lernn.
Golul dintre dală si reazemul elastic este eliminat prin utilizarea unui amestec
de umplutură. După aceea, este aplicată partea carosabilă.
- 16-
Cadrul asamblat al căii de rulare este pregătit pentru a fi încorporat în partea carosabilă
2.3. Polistirena expandată (EPS) ca material în fundaţia structurilor de cale
ferată cu dale
Construcţia relativ greoaie a structurilor de cale de rulare cu dale pe
pământurile moi necesită îmbunătăţiri ale capacităţii portante. Abordarea
convenţională constă în înlocuirea unei părţi de pământ moale cu nisip precum şi
îmbunătăţirea pământului. Chiar dacă se aplică o pre-încărcare, tasările relativ mari sunt
similare cu cele din faza iniţială a duratei de viaţă a structurii. Prin utilizarea
materialelor ultra-uşoare, cum ar fi Polistirena expandată (EPS), se poate realiza aşa
numita structură de echilibru care va preveni creşterea eforturilor dintre granulele din
fundaţie şi reduce posibilitatea apariţiei unor tasări diferenţiale. În general vorbind,
greutatea structurii căii de rulare plus greutatea materialului uşor pot echilibra greutatea
materialului excavat. Datorită valorii mici a modulului de elasticitate al EPS, va fi
necesară o dală de beton în fundaţia structurilor de căi ferate cu Polistirena
expandată (EPS) pentru a obţine suficientă rigiditate şi rezistenţă.
- 17-
Structurile de cale de rulare cu dale cu Polistirenă expandată în fundaţie (EPS)
Ca urmare a rezultatelor pozitive referitoare la exploatarea structurilor uşoare
încorporate în partea carosabilă, în regim greu de lucru, TU Delft a făcut cercetări
asupra posibilităţilor şi condiţiilor utilizării unei Polistirene expandate (EPS) în
fundaţie atât pentru calea de rulare cu balast cât şi pentru calea de rulare cu dale.
Densitatea Polistirenei expandate (EPS) este direct legată de modulul sau de
eţasticitate şi de alte caracteristici ale materialului. Tipurile de Polistirenă expandată
analizate în acest studiu au tost EPS20 şi EPS35.
Structura de cale de rulare cu şine înglobate cu o Polistirenă expandată (EPS) în fundaţie
Comparativ cu materialele tradiţionale pentru fundaţie, Polistirena expandată are
valori foarte mici pentru densitate, modulul de elasticitate, capacitatea de absorbţie a
apei şi pentru conductivitate termică. Pentru că Polistirena expandată are o rezistenţă
relativ scăzută, este inevitabilă utilizarea unei dale de beton deasupra stratului de
Polistirenă expandată. De fapt, aceasta a făcut ca soluţia de cale de rulare cu dale
integrate să fie foarte atractivă. Din acest motiv calea de rulare cu dale a fost alcătuită
din dală de beton cu şine înglobate.
Performanţa statică
Grosimea minimă a dalei de beton situată deasupra stratului EPS a fost
determinată prin analize statice realiizate cu GEOTRACK. Pe baza tasării maxime
permise a şinei, pe baza eforturilor unitare maxime admisibile şi pe baza deformaţiilor
specifice admisibile în diferitele straturi ale structurii, grosimea minimă a dalei de beton
- 18-
a fost stabilită la valoarea de 25 cm. Efortul unitar din fundaţia cu Polistirena
expandată rămâne în domeniul liniar-elastic.
Distribuţia eforturilor unitare în structura căii de rulare
cu şine înglobate sub o încărcare statică de 112,5 kN
În figura de mai sus se observă faptul că în cazul cu Polistirena expandată în
fundaţie efortul unitar vertical la faţa superioară a terasamentelor este menţinut la
valoarea iniţială de 15 kPa, în timp ce în cazul feţei superioare a terasamentelor de sub
stratul de nisip efortul unitar vertical este mai mult decât dublu.
Acest fapt arată clar potenţialul unor astfel de soluţii uşoare (cu greutate mică).
Trei ani de experienţă cu Polistirena expandată în fundaţie în calea de rulare de
tramvai din Rotterdam confirmă comportamentul cu tasări limitate.
Alt rezultat important a fost că diferenţa în privinţa eforturilor unitare între cazul cu
EPS20 şi cazul cu EPS35 este neglijabilă în toate condiţiile practice. Aceasta înseamnă că
EPS20 satisface condiţiile cerute.
Performanţa dinamică
Influenţa unei Polistirene expandate în fundaţie asupra comportamentului
dinamic al căii de rulare a fost analizat utilizând programul RAIL al TU Delft. În
- 19-
acest program poate fi modelată geometria reală a căii de rulare, pornind de la datele
înregistrate cu vagonul de măsurat calea de la NS. Metoda de calcul a avut ca rezultat
valorile de răspuns pentru acceleraţiile cutiei vehiculului, pentru forţele roată-şină,
tasările căii de rulare şi eforturile unitare în structura căii de rulare, datorate mişcării
convoiului. Coeficientul de amortizare al Polistirenei expandate nu a fost determinat
experimental dar a fost estimat folosind literatura de specialitate asupra raportului de
de amortizare.
FRF – ul pentru o cale cu şină înglobată cu trei soluţii diferite pentru fundaţie, x=0,25m
Comportamentul dinamic general al structurii căii de rulare, exprimat prin
funcţia de răspuns FRF, fost determinat prin aplicarea unei încărcări pulsante.
Ca un exemplu figura de mai sus prezintă funcţiile FRF pentru structura cu şine
înglobate şi cu dala de beton aşezată pe o bază care a cuprins un strat de nisip,
EPS 35, şi respectiv EPS 20.
Evident tasarea statică a fundaţiei cu EPS a fost mai mare decât a
fundaţiei cu nisip, deoarece EPS-ul este mai slab decât nisipul. Referitor la
fundaţia cu EPS-frecvenţa proprie fundamentală a fost mai mică decât cea a
fundaţiei cu nisip. A doua frecvenţă proprie de 200 Hz a fost aceeaşi pentru toate
- 20-
cele trei fundaţii, şi este asociată în principal cu materialul de umplere de
poliuretan a şinei înglobate.
Frecvenţe proprii pentru trei tipuri de alcătuire a fundaţiei
Fundaţie alcătuită cu
Frecvenţa proprie
fundamentală
[Hz]
A doua frecvenţă proprie [Hz]
EPS20 16 200
EPS35 18 200
Nisip 27 200
Rezultatele arată că frecvenţele peste 20 Hz pot fi mult mai uşor filtrate
cu o fundaţie cu EPS decât cu una de nisip. Oricum, vârful primei rezonanţe este
ceva mai mare decât pentru fundaţia cu EPS, datorită răspunsului static mai mare.
Coeficientul de amortizare al materialului EPS trebuie reţinut că a fost determinat
teoretic şi poate diferi de un coeficient de amortizare determinat experimental.
Aceasta poate avea o influenţă majoră asupra valorii primului vârf al FRF-ului
care par să corespundă cu caracteristicile de amortizare ale vibraţiilor pentru
Polistirena expandată. În destul de puţină literatură de specialitate referitoare la
dinamica EPS-ului se subliniază faptul că o fundaţie cu EPS, poate să producă o
oarecare amortizare a vibraţiilor în domeniul de frecvenţă cuprins între 20 şi 40
Hz.
Utilizări ale EPS – ului
EPS-ul poate fi utilizat în orice structură a căii de rulare, dar se vor realiza
avantaje semnificative când acest material este utilizat pe un teren cu capacitate
portantă mică. În două cazuri speciale - la trecerea dintre calea pe structurile
civile şi calea de rulare obişnuită (pe terasamente) şi la realizarea de lucrări de
dublare a căii de rulare -avantajele EPS-ului pot fi chiar mai evidente, deoarece
ele permit să fie evitate tasările diferenţiate.
- 21-
În cazul unor pământuri foarte compresibile, a rezultat ca o fundaţie cu
EPS este printre cele mai ieftine soluţii deoarece costurile de întreţinere se reduc
semnificativ. Acest tip de fundaţie va fi cu siguranţă cel mai bun pentru mediul
înconjurator, atât în timpul execuţiei cât şi în timpul exploatării.
2.4. Elasticitatea căii şi cerinţe pentru infrastructură
Pe calea de rulare convenţională, patul de balast furnizează aproximativ
jumătate din elasticitatea necesară pentru a absorbi forţele dinamice; cealaltă jumătate
este furnizată de infrastructura căii. Rigiditatea întregii structurii a căii de rulare poate
fi de ordinul a 100 kN/mm pe traversă. O plăcuţă elastică amplasată între şină şi
treversă filtrează vibraşiile de frecvenţă înaltă. Plăcuţa elastică de sub talpa şinei şi
- daca este prezentă -plăcuţa elastică de sub placa suport înlocuiesc patul de
balast cu privire la distribuţi încărcării prin balast şi cu privire la funcţiile de
amortizare ale balastului. De aceea, plăcuţele elastice sunt foarte importante întrucât
ele devin singurele componente din calea de rulare cu proprietăţi elastice şi de
amortizare.
În cazul căii de rulare cu balast, răspunsul şinei în domeniul de frecvenţe
joase este puternic dependent de elasticitatea balastului şi a infrastructurii.
Răspunsul şinei de la calea de rulare cu dale este, pe o mare parte a domeniului de
frecvenţe, aproape total dependent de proprietăţile materialului din plăcuţa
elastică de sub talpa şinei şi de proprietăţile materialului din plăcuţa elastică de
sub placa suport. Comportamentul căii de rulare cu dale în domeniul de frecvenţe
de la frecvenţe joase la frecvenţe medii poate, deci, să varieze considerabil faţă de
calea de rulare tradiţională cu balast.
Pentru calea de rulare cu balast rigiditatea terasamentului este de o
importanţă majoră în cazul căii de rulare cu dale rigiditatea terasamnetului
contează numai în domeniul de frecvenţe joase (static). În cazul căii de rulare cu
dale şi al podurilor pe care şinele sunt fixate direct, trebuie să fie adăugată
- 22-
sistemului o elasticitate suplimentară pentru a compensa absenţa balastului. În
principiu există două modalităţi de a realiza această compensare:
adăugarea de elasticitate suplimentară sub şină, de exemplu prin inserarea
de plăcuţe elastice suplimentare groase sub şină;
inserarea unui al doilea strat elastic sub blocheţi de susţinere sau sub
traverse.
În al doilea caz, sistemul este cu două grade de libertate, situaţie care este
similară cu situaţia unui vehicul.
În ceea ce priveşte calea de rulare cu dale, cerinţele pentru infrastructură sunt
foarte mari în general. Posibilitatea de a face reglări asupra geometriei căii de rulare
după ce construcţia a fost finalizată, este relativ limitată, de aceea orice tasare trebuie
să fie evitată.
Studiind infrastructurile utilizate, de exemplu în Germania, un efort
deosebit a fost depus pentru a obţine un terasament stabil. Alcătuirea
corespunzătoare a straturilor constă din pământ îmbunătăţit (prin compactare sau
stabilizare hidraulică) urmat de stratul de protecţie la îngheţ din material granular.
Deasupra acestuia este aplicat un pat de beton sau un strat de beton-
asfaltic, în funcţie de sistem, înainte ca să fie construită calea de rulare propriu-zisă
cu dale. Înaintea pregătirilor pentru realizarea terasamentului, sunt necesare
cercetări geotehnice extinse în privinţa stării terenului şi în privinţa
comportamentului la deformare.
- 23-
3.1. Soluţie de cale de rulare cu prefabricate continuizate
3.2. Traverse din beton precomprimat pentru schimbătoarele de cale
- 24-
3.1. Soluţie de cale de rulare cu prefabricate continuizate
Soluţia a fost aplicată pe LINIA 35(B-dul Timişoara) şi pe LINIA 8(Calea 13
Septembrie)
DATE PRINCIPALE:
Longrine prefabricate b.a.: 5,60m
Distanţa între prinderi: 0,75m
Adâncimea de săpătură: 1,20m
Stat din beton monolit C8/10-35cm,
Longrine prfabricate din beton armat C32/40-55cm
Prindere elastică de tip Vossloh
Şină S49
Secţiune transversală tip
DATE TEHNICE:
Executarea infrastructurii căii (terasament şi platforma căii) – faze:
demontarea liniei vechi şi îndepaărtarea materialelor extrase, trasarea şi
verificarea noii amprize proiectate;
evacuarea materialului granular şi continuarea săpăturii – mecanizată sau
manuală – până la nivelul cotei stabilite prin proiect pentru platforma de
pământ a liniilor;
- 25-
execuţia tuturor lucrărilor situate sub nivelul platformei de pământ a căii, şi
recepţia acestora;
compactarea patului căii şi verificarea gradului de compactare şi a modulului
de deformaţie Ev2; verificarea gradului de compactare se face prin prelevarea
de probe. Acestea trebuie să conducă la grade de compactare de 92%95% faţă
de un Proctor de referinţă. Totodată, pentru recepţia feţei superioare a
platformei de pământ se verifică şi valoarea modulului de deformaţie Ev2.
Acesta trebuie să fie cuprins între 3045 MN/m2;
realizarea platformei căii, prin aşternerea nisipului pilonat.
Execuţia fundaţiei căii – faze:
execuţia blocurilor de calare a longrinelor
Săpătura executată până la cota finală pe toată lăţimea
şi execuţia elementelor de calare a longrinelor
turnarea betonului monolit de fundaţie C8/10 – cca. 1/3 din grosimea finală;
pozarea longrinelor şi a şinei, şi calarea acestora.
- 26-
Pozarea longrinelor şi a şinei, şi calarea grosieră a acestora
Execuţia suprastructura căii – faze:
Pentru tasarea fiecărei linii sunt necesare următoarele caracteristici:
în curbe – obligatoriu în punctele Ti, Cci, b, Cce, Te şi punctele de tasare în
detaliu;
în aliniament – din 5 în 5m.
Această soluţie constă din executarea unor longrine prefabricate de 5,60m
lungime, din beton armat C32/40 – B500 (armat suplimentar cu fibre de
polipropilenă) cu o lăţime care să permită înglobarea blocheţilor utilizaţi la prinderea
şinei, în condiţii de asigurare a regimului normal de funcţionare a căii de rulare.
Longrinele se pozează pe o fundaţie continuă din beton simplu cu lăţimea majorată cu
cca 30% faţă de cea a longrinei.
Realizarea căii de rulare, cuprinde următoarele etape:
reglarea fină a poziţiei şinelor (abaterea maximă a poziţiei axei căii este de
0,5 cm) aducerea şinelor la nivelul proiectat al N.S.S.
sudarea electrică, aluminotermică sau prin presiune şi contact cu topire
intermediară a cupoanelor de şină de 18m;
eclisarea provizorie a tronsoanelor sudate cu eclise speciale;
subturnarea longrinelor şi încastrarea acestora în fundaţie;
realizarea eclisărilor electrice între fire şi între căi;
- 27-
realizarea continuităţii longrinelor, prin monolitizarea zonelor de capăt;
întregirea secţiunii transversale tip prin execuţia antretoazelor monolite.
Monolitizarea antretoazelor şi continuizarea prefabricatelor
Realizarea căii fără joante
După ce longrina betonată capătă 50% din marcă, se trece la realizarea căii fără
joante.
În cazul în care tronsoanele sudate au fost fixate la temperaturi provizorii,
diferite de temperatura de fixare definitivă a şinelor, la realizarea căii fără joante se
va proceda la detensionarea sau, după caz, la pretensionarea căii fără joante în
vederea unei fixări definitive a tronsoanelor.
După terminarea operaţiilor de realizare a căii fără joante a căii din linie
curentă, se execută operaţiile de sudare a acestora cu cele ale aparatelor de cale.
AVANTAJE/DEZAVANTAJE:
Nu sunt necesare intervenţii pentru menţinerea siguranţei în circulaţie.
Nu necesită execuţia drenului, decât în situaţii excepţionale.
Execuţia ulterioară a instalaţiilor şi reţelelor edilitare se realizează prin
săpătură deschisă, pe o lungime de cca. 2m în lungul liniei, fără afectarea circulaţiei
tramvaielor.
Întrucât prefabricatele se pot executa şi pe timpul iernii în ateliere specializate,
lucrările de construcţie se pot face şi în condiţii meteo defavorabile.
- 28-
Timp de execuţie mai mare cu cca.10% decât soluţia clasică.
Soluţia de cale de rulare cu prefabricate continuizate zona acoperită cu gazon
3.2. Traverse din beton precomprimat pentru schimbătoarele de cale ale liniilor
de tramvai
Folosirea, în prezent, a traverselor din lemn la schimbătoarele de cale ale
liniilor de tramvai nu constituie o soluţie satisfăcătoare din mai multe puncte de
vedere. De aceea s-a considerat ca fiind necesară, în cadrul lucrărilor de modernizare
a reţelei de linii de tramvai, trecerea la traverse din beton precomprimat, care oferă
garanţii tehnice de necontestat.
Se ştie că traversele speciale din cuprinsul unui schimbător de cale diferă între
ele prin lungime şi prin poziţia şi timpul plăcilor fixate pe traversă. Pe de altă parte,
trecând de la un tip de schimbător la altul (cu rază diferită, tangentă diferită a
unghiului schimbătorului şi eventual şină diferită) există şi traverse diferite.
Ţinând cont de inconvenientele de mai sus s-au proiectat trei tipuri de traverse
din beton precomprimat, care să poată fi folosite în orice situaţie.
- 29-
BREVIAR DE CALCUL
Traverse din beton precomprimat pentru schimbătoarele de cale ale linilor de
tramvai
Pentru calculul solicitărilor s-a ţinut cont de următoarele date impuse prin
tema de proiectare:
sarcina verticală maximă pe osie este de 120kN
şinele pot fi tip 49 sau şine cu canal
distanţa dintre firele de şină ale liniei directe, respectiv ale liniei abătute, este
de 150cm
viteza de circulaţie maximă este de 40km/h
distanţa maximă dintre axele traverselor este de 60cm
traversele vor avea lungimile de 250c, 300cm şi 400cm
traversele vor fi din beton precomprimat cu armătura preîntinsă.
Stabilirea încărcărilor ce revin unei traverse, din încărcările treansmise de osie
Încărcările exercitate asupra traversei sunt:
sarcinile verticale transmise de şină
reacţiunile, ca presiuni distribuite, ale patului de sub traversă.
Sarcinile verticale, pe traversă, se stabilesc cu formula:
2/PV , unde:
P - este sarcina pe osie
- coeficientul dinamic, care cuprinde influenţa neregularităţilor roţilor şi şinelor
- coeficientul de repartiţie în lung
Aşa cum rezultă din literatura tehnică de specialitate coeficientul dinamic se
stabileşte cu formula:
, rezultând 30000/1 2maxV
- 30-
053.130000/401 2
Coeficientul de repartiţie în lung are la calea ferată valori cuprinse între 0.45 şi
0.55. Prin el se ţine cont de faptul că nu toată încărcarea transmisă de roata şinei este
preluată de travesa de sub roată. O parte din încărcare, datorită şinei, este preluată de
traversele adiacente.
În calculul prezent s-a luat 75.0 , avându-se în vedere posibilitatea
existenţei unor traverse oarbe (cu gol sub ele) în vecinătatea traversei de sub roată.
Rezultă pentru linia directă două încercări verticale având valorile:
daNVV 475075.0053.12/1200021
Pentru linia abătută se consideră că la circularea în curbă se realizează un
transfer de sarcină pe osie, de la roata de pe firul interior de şină la roata de pe firul
exterior de şină. Rezultă pentru linia abătută:
daNV 52501 , daNV 42502
Aceste încărcări verticale (V1 şi V2) s-au distribuit uniform, în lungul traversei,
pe câte o lungime l egală cu 20cm.
Reacţiunile patului de sub traversă
Patul de sub traversă s-a considerat elastic, de tip Winkler. Se acceptă ipoteza
fundamentală conform căreia tasarea y şi presiunea p (pe care traversa o exercită
asupra patului) există o relaţie de proporţionalitate, adică:
ykP unde:
k – coeficientul de tasare şi se măsoară în daN/cm3
p – presiunea în daN/cm2
y – tasarea în cm.
Valoarea lui k, la calea ferată, se consideră, în general pentru calcule, egală cu
8daN/cm3.
Valoarea 3/8 cmdaNk creează pentru traversă, o situaţie deformabilă, de
aceea s-a folosit şi în prezentul calcul.
- 31-
Caracteristicile geometrice şi de material ale traversei, luate în considerare la
calcule sunt:
modulul de elasticitate al betonului de marcă B600 este Eb=380000daN/cm2
suprafeţele secţiunilor trasversale sunt:
A=399cm2 – secţiune neslăbită
A=346cm2 – secţiune slăbită
momentele de inerţie raportate la axa neutră orizontală sunt:
412555cmlz - secţiune neslăbită
47538cmlz - secţiune slăbită
Calculul momentelor încovoietoare, forţelor tăietoare şi deformaţiilor (tasărilor)
Pentru calcule s-a folosit programul de analiză a structurilor SAP 2000PLUS.
Cele trei tipuri de traverse s-au discretizat în elemente finite tip grindă
(FRAME) de câte 1 cm lungime, în scopul de a obţine o precizie mai mare a
rezultatelor.
Pentru fiecare traversă s-au analizat toate variantele posibile de încărcare.
Ţinând cont de faptul că aceeaşi traversă poate avea poziţii diferite în lungul
schimbătorului.
Sintetizând, s-au obţinut valorile maxime de mai jos:
MOMENTE ÎNCOVOIETOARE
MAXIME [daN*cm]
LUNGIMEA
TRAVERSEI
[cm] + -
TASARE
MAXIMĂ
[cm]
250 42690 54420 0,218
300 78630 32860 0,236
400 74220 33360 0,236
- 32-
A) Traversa de lungime L=250 cm
Schema statică de calcul
Diagrama momentelor încovoietoare
Diagrama forţelor tăietoare
Diagrama tasărilor
- 33-
B) Traversa de lungime L=300 cm
Schema statică de calcul
Diagrama momentelor încovoietoare
Diagrama forţelor tăietoare
Diagrama tasărilor
- 34-
C) Traversa de lungime L=400cm
Schema statică de calcul
Diagrama momentelor încovoietoare
Diagrama forţelor tăietoare
Diagrama tasărilor
- 35-
Pentru presiunea maximă pe patul de sub traversă s-a obţinut valoarea de 1,90
daN/cm2.
Forţa de pretensionare de control
Avem:
armătură tip SBPI-33mm
aria unui toron egală cu 0.21195 cm2
aria a 12 toroane egală cu 2.5434 cm2
rezistenţa de calcul Rp=14400 daN/cm2
efortul unitar de control
2/14400 cmdaNRk
forţa de pretensionare pentru un toron egală cu
0.21195*14400=3052 daN
forţa de pretensionare pentru 12 toroane egală cu
12*3052=36625 daN
pentru freta armatură tip 0L00-2.5
Secţiune neslăbită, secţiune slăbită
Există două tipuri de secţiuni în cuprinsul fiecărei traverse.
Fiecare tip de secţiune are următoarele poziţii pentru centrul de greutate al
betonului (Gb) şi pentru centrul de greutate al armăturii (Ga):
a) secţiune neslăbită
- 36-
b) secţiune slăbită
Diagrame de eforturi unitare din precomprimare
a) Eforturi unitare pe secţiunea neslăbită
2
2
4
2
/65.71*/*/
/54.105*/*/
12555
399
36000
8.10
9.8
6.0
cmdaNyleNAN
cmdaNyleNAN
cmI
cmA
daNN
cmy
cmy
cme
szs
lzl
z
s
l
b) Eforturi unitare pe secţiunea slăbită
- 37-
2
2
4
2
/67.137*/*/
/43.70*/*/
7538
346
36000
8.8
5.7
8.0
cmdaNyleNAN
cmdaNyleNAN
cmI
cmA
daNN
cmy
cmy
cme
szs
lzl
z
s
l
Diagrame de eforturi unitare din încovoiere
A) Situaţia când fibra inferioară a traversei este întinsă
a) secţiune neslăbită
cmdaNM
cmy
cmy
s
l
*78630
8.10
9.8
2
2
4
/64.67*/
/74.55*/
12555
cmdaNylM
cmdaNylM
cml
szs
lzl
z
b) secţiune slăbită
- 38-
2
2
4
/79.91*/
/23.78*/
7538
*78630
8.8
5.7
cmdaNylM
cmdaNylM
cml
cmdaNM
cmy
cmy
szs
lzl
z
s
l
B) Situaţia când fibra superioară a traversei este întinsă
a) secţiune neslăbită
cmdaNM
cmy
cmy
s
l
*54420
8.10
9.8
2
2
4
/81.46*/
/57.38*/
12555
cmdaNylm
cmdaNylM
cml
szs
lzl
z
b) secţiune slăbită
- 39-
2
2
4
/53.63*/
/15.54*/
7538
*54420
8.8
5.7
cmdaNylM
cmdaNylM
cml
cmdaNM
cmy
cmy
szs
lzl
z
s
l
Diagrame de eforturi unitare finale care apar în beton
Pentru betonul de marca B600 efortul unitar maxim de compresiune trebuie să
fie sub 250 daN/cm2, iar cel de întindere să fie sub 15.5 daN/ cm2.
Eforturile unitare finale se obţin suprapunând eforturile din precomprimare
peste cele din încovoiere. Avem următoarele situaţii:
A) Din încovoiere este întinsă fibra inferioară
a) secţiune neslăbită
b) secţiune slăbită
- 40-
B) Din încovoiere este întinsă fibra superioară
a) secţiune neslăbită
b) secţiune slăbită
Se observă că eforturile unitare finale din beton se înscriu în limitele
admise, cel mai mare efort unitar de compresiune fiind 229.46<daN/cm2 şi cel mai
mare efort unitar de întindere fiind 7.8<15.5 daN/ cm2.
- 41-
TR
AV
ER
SA D
E B
ETO
N A
DA
PT
ATĂ
PE
NT
RU
SC
HIM
BĂ
TO
AR
EL
E D
E T
RA
MV
AI
- 42-
ELEVAŢIA TRAVERSEI
PLANUL FEŢEI SUPERIOARE
- 43-
4.1 Zgomote şi vibraţii produse de circulaţia tramvaielor
4.2 Studiu privind vibraţiile căii de tramvai
- 44-
4.1 Zgomote şi vibraţii produse de circulaţia tramvaielor
Imaginea de vehicol ecologic a vagonului de tramvai poate fi compromisă în
cazul în care nivelul de zgomot şi vibraţii pe care acesta îl produce nu este redusla un
nivel acceptabil pentru rezidenţii care trăiesc în zona adiacentă căii de tramvai.
Vagoanele de tramvai sunt clar identificate de agenţiile de mediu ca sursă de
poluare fonică şi cu vibraţii, comparativ cu ceilalţi participanţi la trafic care sunt mai
greu de identificat. Sensibilitatea populaţiei la problemele de mediu fiind în creştere
au apărut tot mai multe reclamaţii vizavi de zgomotul şi vibraţiile produse de
vagoanele de tramvai.
În consecinţă pentru promovarea în continuare a transportului electric urban pe
şine, în special în oraşele vechi care au străzi înguste, este necesară reducerea
zgomotului şi a vibraţiilor produse de acestea. Limitarea lor trebuie să se facă încă
din faza de proiectare a sistemului de transport, deoarece intervenţiile ulterioare sunt
mult mai scumpe.
Zgomotele transmise prin aer
Cauzele zgomotelor transmise prin aer sunt următoarele:
roţi care rulează pe şine (zgomotul de rulare);
circulaţia în curbele cu raze mici (fluierat sau scârţâit);
zgomotul de frânare;
zgomotul de accelerare (zgomot cauzat de electronică, motoare, angrenaje);
zgomot în staţionare (compresor, ventilator, deschiderea uşilor, etc).
Persoanele afectate sunt:
călătorii din vagoane;
pietonii din staţii şi din zona semafoarelor;
rezidenţii din lngul liniilor de tramvai, aceştia acuzând disconfortul cauzat de
zgomot în special în orele târzii de seară şi în primele ore ale dimineţii când zgomotul
produs de vagoanele de tramvai se poate auzi foarte distinct.
- 45-
Vagonul de tramvai şi metrou emiţător de zgomot şi vibraţii
Din studiile efectuate s-a constatat, că pe o linie aflată în stare normală de
funcţionare, la vehicolele care se deplasează cu o viteză de până la 40km/h
predominat este zgomotul produs de echipamentele de tracţiune şi echipamentelle
electrice şi electronice din dotarea vagoanelor. Peste această viteză zgomotul
predominant este zgomotul produs de rularea vagonului pe şine. Pentru Bucureşti
zgomotul de rulare apare pregnant începând de la o viteză de 10km/h. Aceasta
deoarece calea de rulare în multe zone ale oraşului este în stare de uzură avansată sau
nu este construită în sistem de şine pe dale prefabricate nelegate între ele, sistem care
nu poate asigura o amortizare eficientă a zgomotuli şi a vibraţiilor.
Cauzele apariţiei zgomotului de rulare pe şine
a) Forţele variabile în zona de contact între roată şi şină. Intensitatea
acestui zgomot depinde de forma geometrică reală şi rigurozitatea roţii şi a şinei.
Rugozitatea mărită a şinelor este specifică căii de tramvai înglobate în carosabil
deoarece la aceasta se interpune praful şi noroiul între şină şi bandajul materialului
rulant. La calea de rulare de tramvai pe dale nelegate între ele, datorită concepţiei
defectoasea soluţiei constructive, aceasta se deteriorează foarte repede din punct de
vedere geometric ajungându-se în scurt timp la un nivel de zgomot de rulare
inacceptabil. Depozitarea necorespunzătoare a şinelor înainte de montare, poate de
- 46-
asemenea conduce la o coroziune nepermis de mare a ciupercii şinei şi la
compromiterea căii de rulare.
Şină cu canal în stare normală de funcţionare
Cale de rulare cu dale cu abateri geometrice mari
Şină nouă păstrată necorespunzător şi apoi montată în cale,
se observă corodarea puternică a ciupercii şinei
- 47-
a) Scârţâitul în curbe cu raze mici (în curbele strânse) este datoratefectului
de stick-slip. În curbă flancul buzei bandajului se află în contact cu flancul şinei; în
punctul de contact ia naştere o forţă de frecare variabilă datorată diferenţei dintre
coeficientul de frecare static respectiv coeficientul de frecare de mişcare. Forţa de
frecare variabilă induce vibraţii de frecvenţă înaltă în roţi şi şină. Vibraţiile determină
zgomotul de frecvenţă înaltă care se aude ca un scârţâit. Acest fenomen se regăseşte
şi la contactul dintre suprafaţa de rulare a bandajului şi suprafaţa de rulare a ciupercii
şinei. Intensitatea fenomenului depinde de: viteza de circulaţie, sarcina pe roată, raza
curbei, raportul dintre coeficientul de frecare static şi de mişcare, elementele
geometrice de la cale şi de la vehicul care determină poziţiile punctelor de contact şi
vitezele de alunecare din aceste puncte.
În cazul în care diferenţa dintre coeficienţi de frecare de mişcare şi static este
mică apare un zgomot de uzură de abraziune. Acesta este datorat frecării care apare în
cazul bicontactului la care există diferenţă între vitezele de alunecare din punctele de
contact. Buza badajului alunecă pe flancul şinei, forţa de frecare determinând
abraziunea flancului şinei şi bandajului. Acest fenomen conduce la uzura accentuată a
şinei şi a bandajului roţii de tramvai.
b) Scârţâitul frânelor se datorează tot fenomenului de stick-slip care apare
între saboţii de frână şi discul de frână. Forţele de frânare variabile excită discurile de
frânare cu o frecvenţă apropiată de frecvenţa de rezonanţă, fapt care creează
zgomotul ascuţit asemănător cu un scârţâit puternic deosebit de deranjant pentru
persoanele din apropierea vehicolului.
Prin regulamente şi standarde se stabilesc limitele de zgomot şi condiţiile de
măsurare ale acestuia. În România acestea sunt reglementate de:
Transport public urban de călători. Parametrii tehnici. SR 13342-96
Acustică în construcţii. Efectele vibraţiilor asupra clădirilor sau părţilor de
clădire. Limite admisibile. SR 12025-2:1994
Acustica în transporturi. Zgomote emise de vehicule care circulă pe şine.
Metode de măsurare şi limite admisibile. STAS 6661-82
- 48-
În esenţă în aceste acte normative se stabilesc nivelele de zgomot admise în
funcţie de tipul de vehicul şi tipul zonei afectate de mijlocul de transport.
Nivele de zgomot maxime admise pentru tramvaie
Zone rezidenţiale ziua 45...50 dB(A) noaptea 40 45 dB(A)
Cartiere de locuit ziua 50 dB(A) noaptea 35 40 dB(A)
Zone industriale ziua 70 dB(A) noaptea 60 70 dB(A)
Complexe de sănătate
DB(A) – decibeli acustici ziua 40...45 dB(A) noaptea 33 38 dB(A)
Pentru tramvaie şi vehicule uşoare de cale, măsurarea se face la 7,5m de axul
căii la o înălţime de 1,2m de nivelul superior al şinei la viteza de 60km/h. Din
măsurători a rezultat un nivel mediu al zgomotului cuprins între 73dB(A) şi 89dB(A),
pentru viitor încercându-se reducerea acestuia la maxim 80dB(A).
Măsurarea nivelului de zgomot de tramvai
Măsuri de reducerea zgomotului transmis prin aer
Pentru reducerea zgomotului se poate acţiona în trei zone:
la sursa de zgomot (emisie);
la calea de propagare (transmisie);
la punctul de recepţie (recepţie);
- 49-
De regulă efectul cel mai mare îl au soluţiile constructive pentru reducerea
zgomotului aplicate în zona de emisie, de aceea acestea trebuie să fie luate în
considerare în mod prioritar.
Alcătuirea căii de rulare are un rol important în propagarea sunetului.
Zgomote şi vibraţii transmise prin pământ
Vibraţiile în pământ sunt definite ca oscilaţii în corpuri solide cu o frecvenţă
cuprinsă între 3Hz şi 80Hz.
Zgomotul în pământ este o oscilaţie cuprinsă între 30Hz şi 160Hz, care este
receptată de fundaţia clădirilor şi se transmite prin pereţii şi tavanele clădirilor, care
la rândul lor încep să radieze zgomot – zgomot secundar indus de vehicolele de cale
ferată. Intensitatea acestui zgomot este determinată de intensitatea vibraţiilor clădirii
şi de prezenţa elementelor de absorbţie.
Mărimea vibraţiilor este exprimată prin acceleraţia, viteza sau elongaţia
particolelor care vibrează. În pământ vibraţiile se fac fără deplasare de materie doar
cu transfer de energie.
Energia vibratorie se transmite în sol prin unde de interior şi inde de suprafaţă.
Cea mai mare parte a energiei vibraţiilor este transmisă de undele de suprafaţă
67%. De aceea în general se iau măsuri pentru atenuarea vibraţiilor transmise de
undele de suprafaţă. Energia vibraţiilor se disipă pe măsura depărtării de sursa de
vibraţii datorită atât creşterii suprafeţei afectate de vibraţii cât şi datorită proprietăţilor
de amortizare ale solului.
Măsurile de reducere a zgomotului şi a vibraţiilor din sol se pot aplica ca şi în
cazul reducerii zgomotului care se transmite prin aer în trei zone:
la sursa de vibraţii (zona de emisie) în apropierea sursei de vibraţii;
în lungul zonei de propagare;
în punctul de recepţie.
Sursele de vibraţii sunt aceleaşi ca cele menţionate la sursele de zgomot aceste
două fenomene fiind cuplate.
Pentru eliminarea vibraţiilor se folosesc soluţii constructive speciale elastice.
- 50-
Măsuri concrete utilizate la reducerea vibraţiilor şi a zgomotului la linia de
tramvai de pe Strada Galaţi
Datorită zgomotului şi vibraţiilor induse în clădirile adiacente (frontul de
clădiri se află la mai puţin de 3 m), au apărut plângeri ale locuitorilor din zonă.
Aceştia reclamau atât nivelul mare de zgomot cât şi vibraţiile care afectau structura
de rezistenţă a locuinţelor. Soluţia aplicată a fost de cale cu şine cu canal, pe traverse
de lemn şi balast. Datorită grosimii mari a stratului de balast (1m) s-a redus atât
zgomotul cât şi vibraţiile la un nivel acceptabil (cu aprox. 25dB). Coportarea căii este
foarte bună, după aproximativ 10 ani neapărând deteriorări vizibile ale acesteia.
Calea de rulare înglobată de pe Strada Galaţi
4.2 Studiu privind vibraţiile căii de tramvai
Referindu-ne la programele SAP trebuie să arătăm că în limitele domeniului
precizat acestea efectuează analize complexe sub acţiuni statice şi/sau dinamice.
Ecuaţia generală care descrie funcţionarea modelului mecanic se obţine utilizând
principiul lui d’Alambert şi are forma:
tPKCM ***
unde: [M] – matricea maselor;
[C] – matricea de amortizare;
[K] – matricea de rigiditate;
[] – vectorul deplasărilor;
P(t) – vectorul sarcinilor.
- 51-
Ecuaţia generală capătă aspecte particulare în funcţie de timpul de analiză care
se întreprinde. Programele permit urmatoarele opţiuni de calcul:
a) Analiza statică
Dacă variaţia în timp a acţiunillor este lentă forţele de inerţie se neglijează, iar
primii doi termeni din expresia de mai sus sunt nuli. Forţele sunt constante în raport
cu timpul şi considerate cu valorile lor finale.
Acţiunile aplicate structurii analizate pot consta din:
forţe şi momente concentrate, aplicate direct la nodurile modelului discretizat;
forţe şi momente concentrate aplicate pe elemente;
forţe distribuite pe suprafaţă;
forţe masice;
efecte termice.
Numărul cazurilor (ipotezelor de încărcare) nu este teoretic limitat. Efectele
greutăţii proprii a structurii fac obiectul unui calcul special. Sunt furnizate, pentru
fiecare ipoteză de încărcare, deplasările nodurilor şi eforturile.
b) Valori şi forme proprii
Dacă se consideră [C]=0 şi [P]=0 se obţine:
0** KM
Soluţiile ecuaţiei sunt de forma:
tA sin* şi rezultă:
0*2 AMK şi de aici:
02 MK
Este tratată ultima ecuaţie, determinându-se valorile şi formele proprii
solicitate. Sunt calculate perioadele şi frecvenţele proprii şi se determină formele
proprii corespunzătoare, prin precizarea, pentru fiecare formă proprie, a poziţiilor
nodulilor, raportate la sistemul general de axe.
- 52-
În vedeea analizei, structurile se raportează la un sistem general de axe şi sunt
modelate şi discretizate utilizând unul sau mai multe tipuri de elemente finite
existente în program. Elementele pot fi folosite atât la analiza statică cât şi la cea
dinamică.
Programele SAP au tipurile de elemente finite FRAME, SHELL, PLANE,
ASOLID şi SOLID. Dintre acestea pentru analiza căii s-a folosit elementul finit tip
FRAME Acesta este un element finit spaţial unidimensional.
Frame Element
FRAME element follows the designer’s convention
Frame Element Internal Forces
- 53-
- 54-
Date iniţiale:
Secţiunea transversală prin traversa de beton este:
Caracteristicile secţiunii traversei din beton sunt următoarele:
mm
A
zAz
mmz
mmz
i
ii 18.895.39892
5.9819714567.652
1975.572
5.982
197
67.653
197
'
0
'2
'1
mmzzz
mmzzz
32.918.895.98
51.2367.6518.89
0'22
'101
4
2
2222
125546471
32.919714592381590
51.232
1975.57122113602
mmI
zAIII
y
iiyy i
43
2
43
1
9238159012
197145
1221136036
1975.57
mmI
mmI
dreptunghiy
triunghiy
- 55-
2
2233
147318290050048260
67.912
1975.5710403212
mm
yAIII iizz i
43
2
43
1
5004826012
145197
104032136
5.57197
mmI
mmI
dreptunghiz
triunghiz
- 56-
- 57-
Elementele caracteristice şinei NP4aS sunt următoarele:
A=788mm2
I2-2=3505.8cm4
I3-3=582cm4
Stabilitatea modulelor de elasticitate aferente elementelor finitece modelează mediul
de piatră spartă
1. Se consideră coeficientul de pat (coeficientul Winkler):
c=3daN/cm3
a) pentru nodurile capetelor traverselor:
b=26cm, b – lăţimea tălpii traversei
d=22.5cm, d – semisuma distanţelor dintre elementul deformabil respectiv şi
elementele învecinate
S=b*d, S – aria suprafeţei tălpii traversei S=715cm2
L=1cm
A=10cm2, A – aria secţiunii elementului deformabil
E=c*S*L/A E=214.5daN/cm2
b) pentru nodurile traverselor sub şine:
b=26cm d=55cm S=1430cm2
E=429daN/cm2
c) pentru nodurile traverselor între şine:
d=55/2+40/2 d=475cm S=1235cm2
E=370.5daN/cm2
- 58-
2. Se consideră coeficientul de pat (coeficentul Winkler):
c=5daN/cm3
a) pentru nodurile capetelor traverselor:
E1=357.5daN/cm2
b) pentru nodurile traverselor sub şine:
E2=715daN/cm2
c) pentru nodurile traverselor între şine:
E3=617.5daN/cm2
3. Se consideră coeficientul de pat (coeficientul Winkler):
c=7daN/cm3
a) pentru nodurile capetelor traverselor:
E1=500.5daN/cm2
b) pentru nodurile traverselor sub şine:
E2=1001daN/cm2
c) pentru nodurile traverselor între şine:
E3=864.5daN/cm2
- 59-
- 60-
- 61-
- 62-
- 63-
BIBLIOGRAFIE
1) *** „Instrucţiuni tehnice departamentale pentru proiectarea şi construcţia
liniilor de tramvai” – PD 164/82
2) *** ”Caiet de sarcini pentru linii şi aparate de cale” – RATB
3) *** “Caiet de sarcini pentru aparate de cale” – RATB
4) Hila V., Radu C., Ungureanu C., stoicescu G. “Căi ferate. Suprastructura căii”
– ICB, 1975
5) Radu C. “Aparate de cale. Probleme deosebite” – ICB, 1994
6) *** ”Aparate de cale” – CCCF, 1983
7) Fierbinţeanu V. “Calculul automat al structurilor” – ICB, 1984
8) *** “SAP2000 – Integrated finite elements analysis and design of structures” –
Berkeley, California, USA, 1998
9) *** “Solicitarea dinamică a căii ferate” – The Jurnal of Pandrol International,
Anglia, 1985
10) Radu C. “Suprastructuri căi ferate pentru viteze mari” – ICB, 1987
11) Buzdugan G., Fetcu L., Rades M. “Vibraţii mecanice” – Editura Didactică şi
Pedagogică, 1982
12) Cuteanu E., Marinov R. “Metoda elementelor finite în proiectarea
structurilor” – Editura Facla Timişoara, 1980
13) Dedu I., Drăghici A. “Soluţii moderne de realizare a căii de rulare de
tramvai” – Al III-lea Simpozion Naţional de Căi Ferate, UTCB, 2004
14) Zvenigorodschi S. “Zgomot şi vibraţii la calea de tramvai” – Al III-lea
Simpozion Naţional de Căi Ferate, UTCB, 2004
15) Esveld C. “Modern Railway Track” – Second Edition TU Delft, 2001.
Traducere efectuată de prof. dr. ing. Radu C.
16) Poştoacă S., Poştoacă R. “Traverse din beton precomprimat pentru
schimbătoarele de cale ale liniilor de tramvai. Breviar de calcul” – Contract nr.
70/2005, Beneficiar SC ACM LIRTRAC SA Bucureşti.
