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La generazione di un modello F.E.M. tridimensionale per l’analisi dei fenomeni vibratori in campo ferroviario: applicazione ad uno scenario reale nella città di Palermo

Informazioni tesi

  Autore: Domenico Puzzo
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2004-05
  Università: Università degli Studi di Palermo
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Civile
  Relatore: Gaetano  Di Mino
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 355

L’elaborato costituisce il risultato di un percorso di studi Universitario iniziato con l’acquisizione di nozioni di base di Ingegneria Civile, integrato successivamente con studi sul settore specialistico dei Trasporti e, nella fase finale degli studi, da un certo interesse per il settore ferroviario.
Il contenuto dell’elaborato, sviluppato in più di 12 mesi, analizza il fenomeno delle vibrazioni in campo ferroviario attraverso un approccio agli elementi finiti; pertanto, si è resa necessaria una acuta ricerca bibliografica nazionale ed internazionale, nonché l’acquisizione dei contenuti specifici di ingegneria strutturale ( Dinamica delle Strutture, Analisi Computazionale delle Strutture, Sovrastrutture Stradali, Ferroviarie ed Aeroportuali, …) e infine l’utilizzo di un programma di calcolo idoneo allo scopo (A.D.I.N.A).
La tesi è suddivisa in quattro parti. La prima affronta il metodo agli elementi finiti e riporta nozioni di base F.E.M. acquisite nel corso di Analisi Computazionale delle Strutture e ricerche-approfondimenti del metodo nello spazio tridimensionale. Il Cap. 3, in particolare, fa una panoramica generale degli elementi finiti e delle loro caratteristiche utili per la modellazione del sistema oggetto di studio.
La seconda parte descrive la geometri e la configurazione di una sovrastruttura ferroviaria ed inoltre le caratteristiche del sottofondo.
La terza parte riporta nozioni di statica e dinamica dei sistemi; evidenzia le problematiche che sorgono, col metodo degli elementi finiti, nel passaggio da una condizione all’altra e l’approccio dinamico alla risoluzione dei problemi. Nel parag. 6.1.1 e 6.1.2, in particolare, si pone l’attenzione su come le condizioni vincolari di un problema possano portate ad un errore nella valutazione del risultato a causa del fenomeno di “riflessione” che si genera. Nel parag. 6.2 viene riportato il primo modello generato nel campo tridimensionale (20000 gradi di libertà ), l’approccio utilizzato (sintesi) per la modellazione delle parti e i risultati alle varie configurazioni (caso elastico, caso smorzato).
La quarta ed ultima parte inizia col Cap. 7, il quale descrive in modo approfondito il metodo di modellazione utilizzato, ponendo particolare attenzione:
- al criterio di modellazione della forzante (carico viaggiante) e al problema della perdita di contenuto in frequenza di essa derivante dalla discretizzazione;
- al criterio di scelta della dimensione massima dell’elemento finito;
- all’originale criterio di determinazione dei parametri di Reyleigh che rappresentano la caratteristica smorzante dei materiali del sistema;
- alla generazione di un modello pilota, tarato opportunamente.
Seguono il Cap. 8 in cui si esegue una analisi parametrica dei diversi geosistemi (caratterizzati dalle diverse variabili: cavo circolare, cavo rettangolare, trincea, tipi di terreno ,velocità diversa), ed il Cap. 9 in cui si riporta un’applicazione della metodologia ad una situazione reale nella città di Palermo.

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Introduzione Introduzione Le problematiche ambientali del progetto, della costruzione e dell’esercizio di un’infrastruttura di trasporto, in ragione del loro valore sociale ed economico, hanno grande rifluenza nella pratica professionale dell’ingegnere specialista. In particolare, quando si tratta di una infrastruttura ferroviaria la complessità delle questioni progettuali, esecutive e di gestione è tale che, fatalmente, per le stesse intrinseche caratteristiche dell’opera, questa entri pesantemente in conflitto con le componenti ambientali coinvolte. Altresì occorre riconoscere che il modo di trasporto su ferro presenta innegabili vantaggi, anche sul versante di una maggiore tutela ambientale, alla luce del contenuto inquinamento atmosferico rispetto a quello prodotto dal traffico veicolare su gomma. È infatti noto come, essendo l’Italia uno dei Paesi firmatari del Protocollo di Kyoto sulla riduzione delle emissioni inquinanti, la politica dei trasporti abbia virato su una più spinta strategia intermodale, individuando nelle ferrovie l’opzione portante di un sistema moderno e razionalizzato per il trasporto a media e lunga percorrenza di passeggeri e merci. Tale impulso, attualmente più programmatico che reale in verità, ha comunque portato alla ripresa vigorosa di progetti e nuove realizzazioni così come ad una intensificazione dell’offerta ferroviaria, anche all’interno delle aree urbane. In molte città italiane, di media e grande dimensione, il trasporto su ferrovia tradizionale integra o più frequentemente surroga le metropolitane per il trasporto collettivo di massa. Dall’inevitabile interferenza tra infrastruttura ferroviaria e habitat urbano, si originano diversi problemi di carattere ambientale e tra questi si manifesta ricorrentemente l’azione vibratoria, alla quale è soggetta una molteplicità di ricettori sensibili, persone, strutture edilizie e opere di fondazione, in prossimità della linea ferroviaria. Non di rado tale fenomeno ha fatto sorgere vertenze legali, spesso conclusesi a sfavore del gestore della rete con l’inibizione dell’esercizio del tratto incriminato. Appare, allora, assai opportuno concentrare gli sforzi per la comprensione e risoluzione del problema già in fase di progetto, avvalendosi di modelli, più o meno sofisticati, in grado di simulare le condizioni di interazione tra veicolo ferroviario ed armamento dalle quali scaturiscono le vibrazioni indesiderate.

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Parole chiave

accelerazioni
dinamico
elementi finiti
f.e.m
fem 3d
ferroviario
forzante dinamica
frequenza
modellazione
spostamento
velocità
vibrazioni

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