5.1 Tensioni-deformazioni con variazione longitudinale dei carichi

Sono state misurate le tensioni e le deformazioni a taglio lungo i piani:

· XY: piano trasversale alla rotaia

· YZ: piano longitudinale alla rotaia

con i carichi Q ed Y applicati in diversi punti del bulbo della rotaia.

a) Si è applicato un carico verticale Q pari a 100000 N (20 tonnellate asse è il limite massimo consentito sulle linee italiane) in diversi punti della sezione longitudinale della rotaia, allontanandosi dal foro sino a 90 cm.

Q_0 Q_14 Q_30 Q_60 Q_90
Taglio YZDeformazioni [106] 0.884 - 8.95 - 7.39 - 3.03 - 1.43

Tabella 5.2: Valori delle deformazioni a taglio sul piano YZ
relativi agli elementi del modello.

Si rileva una variazione dell'angolo di deformazione concorde con un cambio di segno delle sollecitazioni a taglio, come riportato in figura 5.1, per la misura effettuata all'altezza del foro.
Per le misure con il carico applicato a varie distanze dal foro si ha un valore negativo delle deformazioni, con una conseguente traslazione del cambio di segno in prossimità del punto di applicazione del carico.

Q_0 Q_14 Q_30 Q_60 Q_90
Taglio YZ Tensioni [MPa] - 1.410.7 - 7.2 - 4.31 - 3.29 - 2.40

Tabella 5.2: Valori delle tensioni a taglio sul piano YZ
relativi ai nodi del modello.

Anche i valori delle tensioni a taglio misurate sui nodi dell'elemento all'altezza del foro presentano una variazione di segno, per poi stabilizzarsi in campo negativo per misure con il carico applicato a diverse distanze dal foro.

Figura 5-1: Diagramma di taglio relativo ad una campata della rotaia.

b) La sola forza Y pari a 120000 N (Y/Q > 1.2 comporta lo svio del rotabile), è stata applicata in diversi punti della sezione longitudinale della rotaia, allontanandosi dal foro sino a 90 cm.

Y_0 Y_14 Y_30 Y_60 Y_90
Taglio XYDeformazioni [106] 7.27 13.9 14 13.2 10.5

Tabella 5.3: Valori delle deformazioni a taglio sul piano XY
relativi agli elementi del modello.

Si rilevano valori positivi nella misura delle deformazioni a taglio in accordo con l'andamento riportato in figura 5.2.

Figura 5-2: Diagramma di taglio relativo alla sezione trasversale della rotaia.

Y_0 Y_14 Y_30 Y_60 Y_90
Taglio XY Tensioni [MPa] 5.26 11 11.1 11.2 10.2

Tabella 5.4: Valori delle tensioni a taglio sul piano XY
relativi ai nodi del modello.

Anche i valori delle tensioni a taglio misurate sui nodi dell'elemento riportano un andamento costante in campo positivo per le varie rilevazioni effettuate allontanandosi dal foro della rotaia.

c) Un'ultima analisi si è ottenuta applicando un carico verticale Q pari a 100000 N, ed un carico laterale Y, pari a 120000 N in diversi punti della sezione longitudinale della rotaia, allontanandosi dal foro sino a 90 cm.

Q_Y_0 Q_Y_14 Q_Y_30 Q_Y_60 Q_Y_90
Taglio XYDeformazioni [106] 6.46 11.6 14 13.2 10.5

Tabella 5.5: Valori delle deformazioni a taglio sul piano XY
relativi agli elementi del modello.

I valori ottenuti applicando le due forze Q ed Y, relativi alle deformazioni a taglio sul piano XY, riportano un andamento positivo.
Confrontando tali valori con quelli ottenuti applicando la sola forza Y si rilevano valori molto vicini nella campata interessata dal foro e valori identici allontanandosi dalla traversa vicina al foro, dimostrando in questo caso una influenza nulla di Q.

Q_Y_0 Q_Y_14 Q_Y_30 Q_Y_60 Q_Y_90
Taglio XY Tensioni [MPa] 4.9 10.5 11.1 6.18 8.6

Tabella 5.6: Valori delle tensioni a taglio sul piano XY
relativi ai nodi del modello.

I valori delle tensioni sul piano XY qui riportate hanno un andamento positivo.
Il confronto di questi dati con quelli ottenuti applicando la sola forza Y indica una ridotta influenza del carico Q sulla campata interessata dal foro, e si hanno valori identici delle tensioni con le forze applicate sulle traverse adiacenti, punto in cui la forza Q viene scaricata sulla base.

Q_Y_0 Q_Y_14 Q_Y_30 Q_Y_60 Q_Y_90
Taglio YZDeformazioni [106] 7.14- 4.82 - 19 - 14.6 - 16.5 - 20.2

Tabella 5.7: Valori delle deformazioni a taglio sul piano YZ
relativi agli elementi del modello.

I valori ottenuti applicando le due forze Q ed Y, relativi alle deformazioni a taglio sul piano YZ, indicano un cambio di segno all'altezza del foro, come nella misura effettuata con il solo carico Q applicato.
Allontanandosi dal foro si rileva un valore negativo delle deformazioni a taglio, con una conseguente traslazione del cambio di segno all'altezza del punto di applicazione dei carichi.

Q_Y_0 Q_Y_14 Q_Y_30 Q_Y_60 Q_Y_90
Taglio YZ Tensioni [MPa] 5.65- 3.82 - 14.1 - 12.4 - 11.5 - 10.9

Tabella 5.8: Valori delle tensioni a taglio sul piano YZ
relativi ai nodi del modello.

Anche i valori delle tensioni indicano la presenza di un cambio di segno all'altezza del foro, per poi ritrovare valori negativi nelle misure successive a diverse distanze dal foro.

4.2 Tensioni - deformazioni con variazione trasversale dei carichi

a) Si è anche valutata l'influenza della variazione del punto di applicazione del carico verticale Q, pari a 100000 N (20 tonnellate asse è il limite massimo consentito sulle linee italiane), sul bulbo della rotaia.
I punti interessati sono stati numerati da 0 a 2, con 0 il punto sull'asse di simmetria e 2 quello più laterale.

Q_0 Q_1 Q_2
Taglio YZDeformazioni [106] 0.95 0.852 0.884
Taglio YZ Tensioni [MPa] 0.758- 0.927 0.674- 1.09 0.7- 1.41

Tabella 5.7: Valori delle deformazioni e delle tensioni a taglio sul piano YZ
relativi rispettivamente agli elementi e ai nodi del modello.

I valori ottenuti applicando il carico Q in più punti del bulbo della rotaia, muovendosi lungo la sezione trasversale forata della stessa indicano una insensibilità della misura al variare del punto di applicazione della forza.

b) La stessa analisi è stata eseguita applicando un carico verticale Q pari a 100000 N, ed un carico laterale Y, pari a 120000 N in diversi punti della sezione trasversale forata della rotaia, muovendosi dall'asse di simmetria, punto 0, verso l'estero, punto 2.

Q_Y_0 Q_Y_1 Q_Y_2
Taglio YZDeformazioni [106] - 2.66 - 2.23 - 4.82
Taglio YZ Tensioni [MPa] - 2.11 - 1.77 - 3.82

Tabella 5.7: Valori delle deformazioni e delle tensioni a taglio sul piano YZ relativi rispettivamente agli elementi e ai nodi del modello.

Q_Y_0 Q_Y_1 Q_Y_2
Taglio XYDeformazioni [106] 6.16 6.18 6.46
Taglio XY Tensioni [MPa] 4.88 3.82 4.9

Tabella 5.7: Valori delle deformazioni e delle tensioni a taglio sul piano XY relativi rispettivamente agli elementi e ai nodi del modello.

Questa misura delle tensioni e delle deformazioni a taglio ha fornito valori maggiormente discontinui, causati dalla presenza concomitante delle due forze.
Nel modello reale , questo problema non si dovrebbe presentare, andando a misurare le deformazioni lungo le direzioni principali.