ROTABILI IN USO

1.1 Descrizione generale

Le tipologie di rotabili, disposti a svolgere la complessa offerta di trasporto nel sistema ferroviario italiano ed europeo, possono essere distinti in due principali categorie: veicoli di trazione e veicoli trainati.
I primi sono dotati di motore di trazione e sono distinguibili in veicoli trainanti, la cui funzione è di trainare altri veicoli come carri e carrozze, e automotori, cioè veicoli equipaggiati essi stessi per il trasporto di persone.
I veicoli trainati, invece, non sono dotati di motori e, pertanto, non possono circolare autonomamente; essi sono destinati al trasporto di passeggeri (carrozze) e al trasporto di merci (carri).
Come emerge dalla Tabella 1-1, ciascuna di queste categorie di prodotti comprende vari tipi di materiale rotabile, che si distinguono in rapporto alla loro destinazione d'uso.

Veicoli a trazione Automotori per alta velocità Elettrotreni ad alta velocitàElettrotreni ad assetto variabile
Automotori per trazione su medie-lunghe distanze Elettrotreni per medie-lunghe percorrenzeAutomotrici termiche
Trainanti Locomotive elettricheLocomotive diesel-elettricheLocomotive diesel
Veicoli trainati Passeggeri Carrozze standard UIC, carrozze-letto, carrozze-ristorante, ecc.
Divisione cargo Carri aperti e chiusi, tramogge, pianali, bagagliai postali, ecc.

Per recuperare il ritardo sull'alta velocità, le FS decidono nel 1986 di affidarsi ai Pendolini, questi infatti permettono di incrementare le prestazioni dei treni senza interventi dispendiosi sull'armamento esistente.
Il Pendolino prende il nome dal particolare dispositivo di pendolamento di cui è dotato che gli consente di affrontare le curve "inclinandosi" (per ETR 460) fino ad 8 gradi; questo comporta che la velocità in curva può essere superiore fino al 30% rispetto ad un treno ordinario.
Il Pendolino non è un treno per linee ad alta velocità (a differenza dell'ETR 500), ma è un treno nato per garantire un minor tempo di percorrenza su linee particolarmente tortuose.

ETR 460.

Composizione standard 9 veicoli con casse pressurizzate per evitare problemi all'organismo umano (in particolare ai timpani) all'ingresso in galleria e incrociando altri treni causati dall'onda di pressione.

lunghezza 236,60 m
interperno 19000 mm
diametro ruote 890 mm
passo carrelli 2700 mm
velocità massima (in servizio) 250 km/h
massa totale in ordine di marcia 409 t
massa totale a pieno carico 440 t
carico per asse motore 13,5 t

ETR 480.

Come l'ETR 460, ma adatto al funzionamento bicorrente: 3000 V C.C. e 25 kV C.A. 50 HZ (linee francesi).
ETR 500.

Il progetto dell'ETR 500 nasce intorno agli anni '80, dopo anni di sperimentazioni finalizzate alla realizzazione del grande sogno delle FS, ossia garantire servizi ad alta velocità in grado di offrire comfort superiori a quelli usuali.
La velocità massima d'esercizio del convoglio in progettazione fu fissata considerando le caratteristiche orografiche della penisola e delle linee ferroviarie in 300 km/h con una composizione che prevedeva la presenza di due locomotive (una di testa ed una di coda) e un numero variabile di carrozze.
Nel 1992 è iniziata la costruzione dei primi treni di serie, con la seguente composizione : due motrici e undici carrozze intermedie, il cui numero però risulta variabile da un minimo di otto ad un massimo di quattordici rimorchiate.

Motrici ETR 500.

Considerate le elevate pressioni cui sono sottoposte durante l'esercizio (300 kN al bordo superiore dei cristalli frontali, 700 kN al bordo inferiore, 2000 kN al livello degli organi di trazione) e la necessità di contenere il peso entro le 68 t, le locomotive sono state costruite con materiali innovativi: acciaio ad alta resistenza per il telaio, estrusi di alluminio chiodati al telaio per le fiancate e la testata posteriore.
L'utilizzo degli estrusi di alluminio consente inoltre di realizzare il profilo decisamente aerodinamico che caratterizza queste locomotive veloci.
La testata risulta costituita da uno scheletro di acciaio, resistente alle elevate pressioni, rivestito da un guscio realizzato in materiale composito, mentre il tetto anch'esso in alluminio è smontabile.

lunghezza ai respingenti 20250 mm
altezza 4000 mm
larghezza 3020 mm
interperno 11450 mm
passo carrello 3000 mm
massa totale in ordine di marcia 68 t
massa per asse 17 t

Carrozze ETR 500.

Anche per la realizzazione delle carrozze sono stati utilizzati estrusi di alluminio saldati da robot che operano saldature continue su tutta la lunghezza della cassa.
Una serie di caratteristiche quali finestrini a tenuta, porte dotate di giunti gonfiabili, intercomunicante a tenuta e sistema di isolamento temporaneo del sistema di condizionamento e ventilazione, garantiscono una efficace barriera alle onde di pressione che si sviluppano in galleria.

lunghezza ai respingenti 26100 mm
altezza 3800 mm
larghezza 2860 mm
interperno 19000 mm
passo carrello 3000 mm
massa totale in ordine di marcia 42 t
massa per asse 10,5 t

1.1.2 Mezzi per medie-lunghe percorrenze

TAF.

Con la sigla TAF (Treno ad Alta Frequentazione ) viene riconosciuto un treno realizzato per un servizio pendolare ad alta densità, adatto a trasportare fino ad un massimo di 841 passeggeri,dei quali 469 seduti e 372 in piedi.
Per ottenere una tale capienza si è fatto ricorso a motrici e rimorchiate a due piani ad alta capacità, realizzate in lega leggera onde rispettare la limitazione sul massimo carico per asse di 20 tonnellate e ridurre i consumi energetici.

velocità massima 140 km/h
lunghezza della motrice 25895 mm
lunghezza della rimorchiata 26090 mm
larghezza della cassa 2828 mm
altezza massima dei veicoli 4300 mm
raggio minimo di iscrizione in curva 120 m
altezza libera al piano inferiore 1915mm
altezza libera al piano superiore 1910 mm
altezza del filo del pavimento dei vestiboli del p.d.f 650 mm
passo dei carrelli motori 2700 mm
passo dei carrelli portanti 2550 mm
massa totale a pieno carico 273 t
massa totale a tara 210 t
massa per asse 17,6 t

Ale 724/Le 724.

Questi mezzi leggeri sono stati i primi in cui si sono introdotte notevoli innovazioni, come la costruzione della cassa in lega leggera e l'azionamento di trazione di tipo elettronico, che consentono un impiego intensivo nel traffico pendolare e suburbano con elevate accelerazioni e decelerazioni.

velocità massima 140 km/h
lunghezza cassa 24030 mm
larghezza cassa 2780 mm
interperno 17500 mm
passo carrelli 2560 mm
massa a vuoto 55,3 t
diametro ruote 860 mm

lunghezza cassa 23000 mm
larghezza cassa 2780 mm
interperno 17500 mm
passo carrelli 2560 mm
massa a vuoto 30,3 t
diametro ruote 860 mm

1.1.4 Locomotrici 3000 Vcc

Qui di seguito sono riportate le caratteristiche generali di alcuni modelli di locomotori:

lunghezza ai respingenti 17120 mm
interperno 9600 mm
passo carrello 2600 mm
diametro ruote motrici 1250 mm
velocità massima (in servizio) 200 Km/h
massa in ordine di marcia 80 t

Figura 5: E.444 R.

lunghezza ai respingenti 18290 mm
interperno 13250 mm
passo carrello 2850 mm
diametro ruote motrici 1250 mm
velocità massima (in servizio) 160 Km/h
massa in ordine di marcia 120 t

lunghezza ai respingenti 17000 mm
interperno 12650 mm
passo carrello 2150 mm
diametro ruote motrici 1040 mm
velocità massima (in servizio) 130 Km/h
massa in ordine di marcia 106 t

1.1.3 Divisione cargo

Carri coperti di tipo speciale Serie H:

· altezza del piano di carico dalla rotaia a carro vuoto 1196 mm
· lunghezza compresi i respingenti 21600 mm
· tara media 31 t
· limite di carico secondo la categoria della linea da percorrere da 33,0 a 59,0 t

Carri a sponde alte di tipo corrente Serie E:

· altezza del piano di carico dalla rotaia a carro vuoto 800 mm
· altezza del piano di carico dalla rotaia a carro vuoto 1235 mm
· lunghezza compresi i respingenti 15700 mm
· tara media 23,5 t
· limite di carico secondo la categoria della linea da percorrere da 40,5 a 66,5 t

Carri pianali a carrelli di tipo speciale Serie S:

sono dotati di un particolare equipaggiamento che li rende flessibili per il trasporto di grandi container, casse mobili e semirimorchi.
· lunghezza compresi i respingenti 18340 mm
· tara media 20,0 t
· limite di carico secondo la categoria della linea da percorrere da 44,0 a 70,0 t

Carri a tetto apribile Serie T:

i carri della serie T, a tetto apribile, sono particolarmente indicati per il trasporto sia di merci alla rinfusa delicate che temono l'umidità sia di colli voluminosi che richiedono protezione dalle intemperie.
· lunghezza compresi i respingenti 12540 mm
· tara media 24,5 t
· limite di carico secondo la categoria della linea da percorrere da 38,0 a 65,5 t

Carri per trasporto rotoli lamiere:

si tratta di un carro di tipo speciale coperto dotato di 5 selle di carico, di diverso diametro, per il trasporto di rotoli di lamiera ad asse orizzontale.
La copertura è ottenuta mediante una terna di tunnel scorrevoli che permettono un'adeguata protezione dei rotoli di lamiera allo stato freddo.
Dodici barre di contenimento, regolabili secondo la lunghezza dei coils, ne impediscono lo spostamento trasversale durante il trasporto.
· Lunghezza compresi i respingenti 12040mm
· tara media 22,000 t
· limite di carico secondo la categoria della linea da percorrere da 38,0 a 68,0 t

1.2 Modelli di carico

I dati sin qui riportati indicano a grandi linee le caratteristiche proprie di alcuni rotabili in esercizio sulle linee italiane.
Al fine di un'analisi tensionale del binario, il quale è soggetto alle forze di trascinamento, di frenatura e avviamento del treno ed alle deformazioni termiche, si ricorre in particolare a due modelli di carico: [5] il primo rappresentativo del traffico normale, treno di carico LM71, il secondo rappresentativo del traffico pesante, treno di carico SW.
Il treno di carico LM71 schematizza gli effetti statici prodotti dal traffico ferroviario normale, così come riportato sulle fiches UIC 702 e UIC 776-1, e risulta costituito da quattro assi da 250 kN e da un carico distribuito di 80 kN/m in entrambe le direzioni per una lunghezza illimitata.
Il treno di carico SW schematizza, invece, gli effetti statici prodotti dal traffico ferroviario pesante: per tale modello vengono riportate due distinte configurazioni: SW/0 ed SW/2

Viene qui riportato un andamento qualitativo dei carichi asse dei principali tipi di rotabili in circolazione in funzione della velocità di marcia.
Per questo scopo sono stati scelti l'elettrotreno E.444 R, che con le sue 20 tonnellate asse raggiunge il limite massimo consentito dalle linee italiane, e l' ETR 500 per le sue doti velocistiche.

L' andamento riportato nel diagramma 1.1 è giustificato dall' equazione dei coefficienti dinamici verticali riferiti al carico per asse:

f = 1 + K ( 10 -5 v 1.5 ) (1.1)

dove v è la velocità di marcia e K è una costante relativa alle masse proprie dei vari componenti del veicolo: cassa, carrello, assi, rispettivamente classificati come masse non sospese, masse semplificate sospese e masse doppiamente sospese.