L’analisi del rischio sulla linea AV Roma-Napoli

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



2. Analisi meteo

Definizione della distribuzione del vento trasversale lungo la linea

2. Analisi meteo


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



•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





2. Analisi meteo


2. Analisi meteo










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


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


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





2. Analisi meteo


2. Analisi meteo










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


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


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]


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


G. Tomasini


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

Documents

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