Il transito dei veicoli tranviari genera vibrazioni (sia verticali che trasversali) dovute all’eccitazione dinamica dei componenti dell’armamento provocata dalle irregolarità del contatto ruota rotaia.
Tali vibrazioni si trasmettono attraverso il terreno alle fondamenta degli edifici in prossimità della linea tranviaria, e da queste si propagano alle loro strutture e relativi ambienti.
Tali vibrazioni si trasmettono attraverso il terreno alle fondamenta degli edifici in prossimità della linea tranviaria, e da queste si propagano alle loro strutture e relativi ambienti.
La normativa di riferimento che regolamenta la problematica in questione e sancisce i valori massimi di accelerazione è la seguente:
1) Norma UNI 9614 (Misura delle vibrazioni negli edifici e valutazione del disturbo), che è in sostanziale accordo con le norme internazionali ISO 2631, DIN 4150/2 e BS 6472.
2) Norma UNI 9916 (Criteri di misura e valutazione degli effetti delle vibrazioni sugli edifici), anche questa in accordo con le norme ISO 4866, DIN 4150, BS 6472.
1) Norma UNI 9614 (Misura delle vibrazioni negli edifici e valutazione del disturbo), che è in sostanziale accordo con le norme internazionali ISO 2631, DIN 4150/2 e BS 6472.
2) Norma UNI 9916 (Criteri di misura e valutazione degli effetti delle vibrazioni sugli edifici), anche questa in accordo con le norme ISO 4866, DIN 4150, BS 6472.
Sistema di armamento tranviario tradizionale
Il sistema di armamento tranviario più diffuso è quello mostrato in fig. 1 e prevede il montaggio dei binari su traversine di legno trattato o calcestruzzo armato.
Le traversine poggiano su uno strato di pietrisco (ballast).
Le traversine poggiano su uno strato di pietrisco (ballast).
Se lo strato di pietrisco è di spessore sufficiente (circa 30-35 cm) oltre alle funzioni di ripartizione del carico sul terreno, di livellamento del piano del ferro e di drenaggio delle acque pluviali , svolge anche quelle di assorbitore dell’energia proveniente dal contatto ruota-rotaia.
Nel caso di una linea tranviaria in ambito urbano lo strato di pietrisco svolge prevalentemente le funzioni di semplice livellatore del piano del ferro, avendo normalmente uno spessore ridotto generalmente compreso tra i 15-20 cm.
In queste condizioni lo smorzamento dell’energia è molto ridotto e di conseguenza questa è trasferita direttamente al terreno e per suo tramite agli edifici in prossimità della linea
Nel caso di una linea tranviaria in ambito urbano lo strato di pietrisco svolge prevalentemente le funzioni di semplice livellatore del piano del ferro, avendo normalmente uno spessore ridotto generalmente compreso tra i 15-20 cm.
In queste condizioni lo smorzamento dell’energia è molto ridotto e di conseguenza questa è trasferita direttamente al terreno e per suo tramite agli edifici in prossimità della linea
Fig.1
Sistema di armamento idoneo all’assorbimento delle vibrazioni
Un sistema di armamento tranviario idoneo all’assorbimento delle vibrazioni è schematizzato nella fig.2.
In questo tipo di armamento i binari sono vincolati direttamente su una piattaforma di calcestruzzo armato che costituisce la cosiddetta “Massa- Molla”. La piattaforma riceve l’energia meccanica proveniente dal contatto ruota- rotaia ponendosi in uno stato di oscillazione smorzata secondo lo schema rappresentato in fig. 3.
La frequenza di oscillazione naturale della piattaforma fn è
funzione della sua massa M e della costante K indice della sua
“rigidezza”
Fig.2
Fig.3
Fig.4: A sinistra è mostrato il ciclo di isteresi di un materiale elastomerico progettato per un fattore di assorbimento 60% . A destra, a titolo di comparazione, è rappresentato il ciclo di isteresi di un acciaio che stante la sua “trasparenza” ai fenomeni di vibrazione presenta un fattore di assorbimento 0% ( infatti il ciclo di compressione ed espansione nel grafico di isteresi segue lo stesso percorso, riducendosi ad una linea, non sottendendo alcuna area rappresentativa dell’energia dispersa in calore).
Pertanto, a motivo del ciclo di isteresi caratteristico del materiale elastomerico utilizzato (vedi fig.4), parte dell’energia meccanica trasmessa si trasformerà in calore disperdendosi all’interno del sistema “Massa -Molla-Smorzatore”.
In questo modo l’energia trasmessa al terreno sarà soltanto una frazione di quella generata nel contatto ruota-rotaia.
In questo modo l’energia trasmessa al terreno sarà soltanto una frazione di quella generata nel contatto ruota-rotaia.
Se la massa della piattaforma poggia su un elastomero come rappresentato in fig.2 questo in conseguenza delle sollecitazioni indotte dalle vibrazioni sarà sottoposto a successive fasi di compressione ed espansione con frequenza fn.
La fig.5 mostra la tipica struttura di un sistema di armamento a “Massa-Molla-Smorzatore”, anche detto a “Massa Flottante”. Questo sistema prevede uno strato di materiale elastomerico di adeguato spessore (usualmente 2-2,5 cm) e se ben progettato è in grado di assorbire pressoché completamente le vibrazioni provenienti dal contatto ruota-rotaia.
Nella fig. 6 si può osservare un cantiere per la costruzione della soletta di calcestruzzo costituente la massa molla secondo lo schema rappresentato in fig.5.
Nello stesso sito di fig.6 si sono eseguite misure ante e post operam dei valori diurni delle vibrazioni misurati ad una distanza di 1,5 m dal binario ed all’interno di un edificio limitrofo alla linea tranviaria.
Nello stesso sito di fig.6 si sono eseguite misure ante e post operam dei valori diurni delle vibrazioni misurati ad una distanza di 1,5 m dal binario ed all’interno di un edificio limitrofo alla linea tranviaria.
E’ anche molto interessante osservare il decadimento delle vibrazioni con la distanza dai binari.
Questo tipo di rilevazione è stata ad esempio eseguita su un tratto di linea in cui l’ampia sezione stradale si prestava a questo tipo di rilievo.
In questo caso il confronto con il tradizionale armamento in ballast è stato fatto con un sistema cosidetto a “Massa flottante con platee prefabbricate” (le misurazioni sono state ripetute in corrispondenza di tre sezioni stradali differenti)
Questo tipo di rilevazione è stata ad esempio eseguita su un tratto di linea in cui l’ampia sezione stradale si prestava a questo tipo di rilievo.
In questo caso il confronto con il tradizionale armamento in ballast è stato fatto con un sistema cosidetto a “Massa flottante con platee prefabbricate” (le misurazioni sono state ripetute in corrispondenza di tre sezioni stradali differenti)
Fig. 8 mostra lo schema delle misurazioni utilizzato.
La Fig. 9 riporta i risultati ante e post operam di queste misurazioni mostrando le curve di decadimento delle vibrazioni verticali con l’aumentare della distanza dai binari .
Si può osservare che l’assorbimento naturale del terreno determina il ricongiungimento dei grafici ante e post operam alla distanza dai binari di circa 13 m. Naturalmente questa circostanza non ha valore generalizzabile a tutte le situazioni dipendendo l’assorbimento dalle caratteristiche dei terreni attraversati (come già si può osservare dai grafici in tratteggio di fig.9 che mostrano a 13 m significative differenze dei valori delle vibrazioni residue per ciascuna delle tre sezioni stradali oggetto dei rilievi).
Quanto detto costituisce comunque una significativa considerazione da tenere in conto in sede progettuale.
L’utilizzo di un generatore di vibrazioni (vibrodina) adeguatamente vincolato al terreno consente una accurata misurazione ante operam delle caratteristiche trasmissive del terreno stesso al fine di ottimizzare la soluzione progettuale da adottare.
L’efficacia di questa tipologia di armamenti rende possibile la costruzione di linee tranviarie all’interno dei centri storici delle città anche in presenza di edifici antichi. A titolo di esempio nelle foto seguenti sono mostrati i tram a sette moduli di Bordeaux (lunghezza circa 43m, peso a pieno carico oltre 60 t.) transitare a pochi metri della storica Cattedrale di San Paul, fig.10, e del Teatro della Città, fig 11 ( nelle tratte di linea mostrate la tradizionale linea aerea è assente ed i tram sono alimentati da una speciale linea elettrica disposta nel suolo tra le due rotaie, all’interno della piattaforma di calcestruzzo).
Quanto detto costituisce comunque una significativa considerazione da tenere in conto in sede progettuale.
L’utilizzo di un generatore di vibrazioni (vibrodina) adeguatamente vincolato al terreno consente una accurata misurazione ante operam delle caratteristiche trasmissive del terreno stesso al fine di ottimizzare la soluzione progettuale da adottare.
L’efficacia di questa tipologia di armamenti rende possibile la costruzione di linee tranviarie all’interno dei centri storici delle città anche in presenza di edifici antichi. A titolo di esempio nelle foto seguenti sono mostrati i tram a sette moduli di Bordeaux (lunghezza circa 43m, peso a pieno carico oltre 60 t.) transitare a pochi metri della storica Cattedrale di San Paul, fig.10, e del Teatro della Città, fig 11 ( nelle tratte di linea mostrate la tradizionale linea aerea è assente ed i tram sono alimentati da una speciale linea elettrica disposta nel suolo tra le due rotaie, all’interno della piattaforma di calcestruzzo).
Fig.10
Fig.11
Nella fig.7 il confronto fra le misurazioni ante e post operam mostra una riduzione delle vibrazioni, in termini di valore assoluto, di oltre 4 volte ad appena 1,5m dal binario e quasi 6 volte all’interno dell’edificio.
Renzo Emili
