Vento laterale Mario Testa RFI – Direzione Tecnica

1. Vento laterale Mario Testa RFI – Direzione Tecnica Direzione Norme, Standard, Sviluppo e Omologazione Armamento

2. Obiettivi de progetto AOA • accertare la praticabilità di metodi robusti e di facile applicazione per l’analisi di rischio riguardo ai venti laterali • metodi applicati a nuove linee e a linee esistenti • riguardo ai treni Alta Velocità e ai treni convenzionali • Studi pilota • analisi di rischio fatte indipendentemente da due o più partners AOA usando i differenti approcci in esame • stabilire l’affidabilità e la robustezza dei metodi confrontando i risultati degli studi • individuare i punti irrisolti e le ulteriori ricerche necessarie

3. Le specifiche dei vari metodi riguardavano • come descrivere l’infrastruttura • come derivare le Characteristic Wind Curves (CWC) specifiche ai vari scenari d’infrastruttura dalle CWC di riferimento delle STI RST • come fare gli studi meteo per definire, sezione di linea per sezione di linea, le distribuzioni probabilistiche di intensità e direzione del vento • come stimare le probabilità di eccedenza delle CWC, sezione di linea per sezione di linea, e gli indici globali di rischio riferiti all’intera linea • 4 metodi in valutazione • AGM: AOA German Method • AFM: AOA French Method • ITM: Italian Method • GBM: Great Britain Method

4. V t • AGM: AOA German Method; studio meteo basato sulle carte dell’Eurocodice, CWC deterministiche (un solo tipo di raffica, risposta del veicolo determinata con la Multi Body Simulation) • AFM: AOA French Method; studio meteo complesso basato sulle statistiche delle stazioni meteo di riferimento e sulla trasposizione alla linea tramite simulazioni numeriche della fisica dell’atmosfera, CWC deterministiche (un solo tipo di raffica, risposta del veicolo determinata con la Multi Body Simulation) • ITM: Italian Method; studio meteo complesso basato sulle statistiche delle stazioni meteo di riferimento e sulla trasposizione alla linea tramite simulazioni numeriche della fisica dell’atmosfera, CWC stocastiche (messa in conto delle caratteristiche locali di turbolenza, risposta del veicolo determinata con la Multi Body Simulation) • GBM: Great BritainMethod; studio meteo basato sulle carte dell’Eurocodice (ma anche talvolta su CFD), CWC derivate da considerazioni quasi-statiche sulla stabilità del veicolo

5. Linee oggetto degli studi pilota • RFI- AV Roma Napoli; due sezioni • RFI- AV Roma Napoli, tutta la linea • SNCF- AV Valence - Marseille; una sezione • SNCF- AV Paris - Strasbourg; una sezione • DB- AV Hannover - Würzburg; una sezione • Network Rail - CR West Coast Main Line; una sezione • BV- CR Scandinavian West Coast Line; una sezione

8. I risultati degli studi hanno avuto esiti non sempre convergenti a causa • Differenze di esecuzione pratica all’interno dello stesso metodo • come venivano letti e interpretatile planimetrie, i tabellini delle curve, i profili della linea • come veniva considerata l’accelerazione non compensata nelle curve di transizione • quanto finemente veniva descritta l’infrastruttura • quanto finemente venivano associati i punti meteo e i punti descrittivi dei cambi di scenario infrastrutturale

9. Differenze concettuali inerenti la fisica dei fenomeni considerati • come venivano trattati i viadotti: considerando o meno effetti di accelerazione del vento a causa del bloccaggio della vena fluida causato dall’impalcato del viadotto • come venivano considerati i rilevati: tramite la modifica dei coefficienti aerodinamici del treno oppure tramite l’effetto di accelerazione del vento causato dal rilevato stesso • come veniva considerata la situazione di linea a piano campagna: messa in conto o meno della forma della massicciata (“mini rilevato”) • come venivano risolti gli studi meteo complessi: risoluzione del set completo di equazioni di Navier-Stokes oppure risoluzione di un set ridotto di equazioni; tipo di output della distribuzione statistica del vento per alimentare il calcolo delle probabilità di eccedenza delle CWC

10. AGM Method applied by SNCF Rome-Naples Sample 1 AGM Method applied by SNCF LN5 or Valence-Marseille AGM Method applied by DB AGM Method applied by DB Probability of CWC Exceedance Probability of CWC Exceedance AGM Method applied by RSSB Probability of CWC Exceedance Probability of CWC Exceedance 72,8 73,3 73,8 74,3 74,8 75,3 75,8 76,3 76,8 77,3 6,5 7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16,5 17,5 18,5 19,5 20,5 21,5 22,5 23,5 Track Position [km] Track Position [km] • Il metodo AGM • è il metodo meno sofisticato e quindi ha avuto meno problemi di convergenza

11. AFM Method Rome-Naples Sample 1 AFM Method Rome-Naples Sample 1 AGM Method Probability of CWC Exceedance AGM Method Probability of CWC Exceedance scaled by each Mean Prob. of CWC Exceed. / Mean Probability of CWC Exceedance Viaducts Viaducts 72,8 73,3 73,8 74,3 74,8 75,3 75,8 76,3 76,8 77,3 72,8 73,3 73,8 74,3 74,8 75,3 75,8 76,3 76,8 77,3 Track Position [km] Track Position [km] • Confronto fra il metodo AGM e il metodo AFM • differenze dovute all’approccio meteo: il metodo AGM è basato sulle carte del vento dell’Eurocodice mentre il metodo AFM è basato su simulazioni numeriche del campo di vento atmosferico • differenze su come le situazioni di infrastruttura sono considerate: presenza o meno dell’effetto di accelerazione del vento sui viadotti e sui rilevati

12. ITM applied by POLIMI/RFI AFM applied by SNCF V-14/10 m V-9 m Probability of CWC exceedance C-2 m E1-12.5 m E1-7.5 m E1-7.5 m V-6/9m E1-2.5 m E1-7.5 m E1-7.5m E1-7.5m 72.00 73.00 74.00 75.00 76.00 77.00 78.00 Track position [km] • Confronto fra il metodo AFM • e il metodo ITM • gli approcci meteo sono simili ma hanno differenti livelli di complessità nella risoluzione delle equazioni di NS • inoltre il sistema di calcolare la probabilità di eccedenza delle CWC è differente • nell’AFM il calcolo della probabilità di eccedenza della CWC avviene generando valori di vento istantanei e confrontandoli con la CWC deterministica (approccio Monte Carlo) • le CWC stocastiche nell’ITM permettono di considerare la combinazione delle distribuzioni statistiche del vento e della distribuzione probabilistica dell’alleggerimento ruota interno curva

13. Confronto fra il metodo AFM e il metodo ITM • mettendo a confronto i risultati meteo, si è rilevata una incongruenza quantitativa ma non qualitativa

14. Confronto fra il metodo AFM e il metodo ITM • utilizzando una sola base dati meteo è emersa anche l’incongruenza relativa la calcolo della probabilità di eccedenza delle CWC

15. Punti aperti che richiedono ulteriori approfondimenti • effetti di accelerazione della velocità del vento dovuti alla struttura del viadotto • in una serie di approcci (AFM, ITM, GBM) l’accelerazione della velocità del vento esiste ma non comporta aumenti di azione aerodinamica sul veicolo (asserzione basata su test in galleria del vento che modellano sia il treno che il viadotto) • in un altro approccio (AGM) l’effetto di accelerazione esiste e comporta anche effetti di aumento delle azioni aerodinamiche sul treno (asserzione basata su test in galleria del vento che modellano solo il viadotto). Questo approccio è più severo • effetto di accelerazione del vento in corrispondenza dei rilevati • i metodi AGM, ITM e GBM-basicoconsiderano i rilevati tramite la maggior velocità del vento causata dal rilevato stesso • nel metodo AFM e GBM-modificato l’effetto di accelerazione della velocità del vento causato dal rilevato è messo in conto direttamente nella CWC

16. Punti aperti che richiedono ulteriori approfondimenti • situazione di linea a piano campagna • i metodi AGM e ITM usano le CWC relative a un piano senza rilievi • i metodi GBM e AFM considerano la situazione del piano campagna con il rilievo costituito dalla massicciata (“mini rilevato”). Soprattutto nell’approccio AFM questa assunzione è piuttosto penalizzante • come vengono effettuati gli studi meteo complessi • la maniera in cui vengono trattati gli studi meteo complessi e la maniera con cui vengono trattate le probabilità di eccedenza delle CWC sonno intimamente connessi. Infatti nei metodi con studio meteo complesso gli outputs hanno forme che sono in qualche maniera “obbligate” dal post processing probabilistico dei dati • andrebbero approfondite le cause di divergenza nel calcolo delle probabilità di eccedenza delle CWC

17. Provvedimenti adottati in RFI la linea AV Roma Napoli è stata la prima linea studiata rispetto alle caratteristiche di ventosità è stato utilizzando un metodo che contemporaneamente è stato anche proposto nell’ambito del progetto AOA come Italian Method (ITM) sulla linea AV Roma Napoli insistono delle zone soggette a rilevante ventosità trasversale, per lo più localizzate nel tratto campano è stato installato un sistema di monitoraggio delle condizioni di vento che copre tutta l’estesa della linea il sistema di monitoraggio è basato su postazioni anemometriche installate al margine del corpo stradale

18. Provvedimenti adottati in RFI • la linea Torino Novara non è stata riconosciuta come particolarmente esposta ai venti trasversali (misure anemometriche durante la sua costruzione) • è in corso la valutazione della linea AV Milano Bologna, utilizzando una versione più speditiva del metodo ITM • gli anticipi dello studio sulla linea AV Milano Bologna non hanno evidenziato particolari rischi circa il vento trasversale; infatti le probabilità di eccedenza delle CWC sono sempre inferiori a quelle dei tratti non ventosi della linea AV Roma Napoli • è in corso la valutazione, utilizzando il metodo ITM in versione completa • della linea AV Bologna Firenze • della antenna della AV Roma Napoli da Caserta a Napoli • della linea a monte del Vesuvio

19. Monitoraggio della linea AV Roma Napoli la linea è stata divisa in 8 sezioni, omogenee per caratteristiche di ventosità

20. Monitoraggio della linea AV Roma Napoli ciascuna sezione di linea è sorvegliata da anemometri gli anemometri sono ridondati gli anemometri sono posizionati a circa 2 metri sopra il p.f.

21. A • Monitoraggio della linea AV Roma Napoli • gli anemometri rilevano la velocità istantanea del vento ogni 2 secondi • i valori di velocità istantanea vengono elaborati • per intervalli consecutivi di 10 minuti ciascuno vengono memorizzati: • il valore massimo (di picco) della velocità • il valore medio e deviazione standard della velocità • la direzione risultante, cioè l’angolo rispetto al nord geografico, del vettore che risulta dalla somma vettoriale dei singoli vettori velocità campionati ogni 2 secondi

22. Monitoraggio della linea AV Roma Napoli le 8 postazioni anemometriche vengono interrogate ciclicamente dal Posto Centrale di Servizio (PCS) a intervalli di 10 minuti vengono letti i dati di sintesi relativi agli intervalli di 10 minuti e afferenti i valori di velocità e di direzione risultante la sequenza di interrogazione delle 8 postazioni ha una durata di circa 4 minuti la comunicazione dei dati al PCS avviene su rete GSMR

23. Monitoraggio della linea AV Roma Napoli nel PCS risiede un SW di interfaccia operatore che confronta, stazione anemometrica per stazione anemometrica, i valori di velocità di picco del vento con prefissati valori di soglia se il valore di soglia viene superato, scatta l’allarme e viene installata una riduzione cautelativa di velocità a 250 km/h la riduzione di velocità viene mantenuta per almeno 30 minuti dopo che i valori di velocità di picco del vento sono rientrati sotto soglia

24. Monitoraggio della linea AV Roma Napoli esempio di scheda con i valori di soglia della velocità di picco relativi a una stazione anemometrica viene anche valutata la direzione; per direzioni più favorevoli (circa parallele alla linea) il valore di soglia aumenta al momento, le velocità di soglia sono quelle derivate dalle STI RST trasponendo le CWC nelle varie situazioni di infrastruttura con procedura del tipo AGM/AFM, applicando un margine sono però ora disponibili le CWC stocastiche specifiche all’ETR500, con le quali il sistema potrà essere aggiornato definendo nuovi valori di soglia

25. Monitoraggio della linea AV Roma Napoli • l’allarme a soglie e la messa in conto della direzione del vento è possibile grazie alle caratteristiche intrinseche dei fenomeni ventosi • come risulta dai grafici di probabilità condizionata relativa ai valori di velocità di picco e di direzione del vento, quanto più intenso è il vento tanto più: • la direzione è stabile • la velocità di picco attesa nei minuti successivi alla misura appena effettuata non si discosta in maniera rilevante da quest’ultima • esempio per i 30 ‘ successivi alla misura