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Soluzioni per la riduzione dell’impatto acustico
dei rotabili ferroviari
Ing. Steven Cervello
Conferenza "Ferrovia e Ambiente“ 2 Aprile 2014
L’attenzione verso il problema del rumore
Il progresso e lo sviluppo della nostra società ha sensibilizzato sempre più l’opinione
pubblica verso il problema del rumore.
Negli anni sono aumentate le proteste di cittadini che vivono nei
pressi di linee ferroviarie sia urbane che extraurbane.
Se nel caso della ferrovia è immediato identificare il responsabile nella società di
trasporti; molto più complesso è stato individuare e applicare soluzioni al problema.
Il contributo legislativo
La Comunità Europea ha da quasi 20 anni mostrato molta attenzione al problema del
rumore considerato critico per la salute e per la qualità di vita delle persone.
2 principali strategie :
 Riduzione dell’esposizione
• mappature dell’inquinamento acustico
• definizione di interventi sul territorio
 Riduzione dell’emissione acustica alla sorgente definendo nuovi limiti acustici
• Direttive per l’interoperabilità  TSI “Technical Specification for Interoperability”
Riguarda veicoli nuovi e rinnovati (non l’infrastruttura)

High Speed

Conventional Rail

Freight
TSI High Speed e TSI NOISE
Definizione dei limiti acustici
 diverse condizioni
• stazionario
• avviamento
• pass-by
• interno cabina
ISO 3095
(un microfono a 7,5 m dal centro
dell’armamento a 1,2 m di altezza)
LAeq,Tp
dB(A)
Velocità
(km/h)
Nuovo
Up graded
Alta velocità
250
87
-
Loco Elettriche
80
85
-
Loco Diesel
80
85
-
81
-
82
-
80
-
80
82
84
Veicolo
La Direttiva Europea raccomanda che
80
nell’arco di circa 12 anni i presenti
DMU
80
limiti vengano ulteriormente ridotti
Carrozze passeggeri
80
di 2  5 dB
EMU
Carri merce APL  0,15 m-1
Carri merce
0,15 m-1 < APL 0,275 m-1
80
83
85
Carri merce
APL > 0,275 m-1
80
85
87
Speciali Iniziative
La Svizzera ancor più della CE è determinata a combattere il problema del rumore
derivante in particolare dai carri merce :
 Entro il 2020 tutti i carri transitanti nel territorio dovranno essere
equipaggiati con nuove soluzioni per ridurre l’impatto fonico.
 Sarà istituito un sistema di riduzione dei pedaggi per l’accesso
all’infrastruttura.
 Sono stati inoltre attivati importanti finanziamenti per la realizzazione
di barriere antirumore, installazione di porte e finestre antirumore e
sistemi di rilevamento dei livelli di rumorosità lungo le linee ferroviarie.
Anche la Germania è particolarmente sensibile all’argomento “rumore”:
 Promuove incentivi economici per l’installazione di soluzioni
antirumore tali da soddisfare i limiti TSI.
 Discute possibilità di gestione dei pedaggi in funzione della
rumorosità del veicolo.
Analisi del problema
La ruota e la rotaia nella loro interazione sono considerate le principali sorgenti di
rumore del veicolo
Lp=Lp0+30*log10(v/v0)
Analisi del problema
Il rumore generato dall’interazione ruota / rotaia
Rumore da rotolamento
• Rugosità ruota / rotaia
• Eccitazione
• Vibrazione della ruota
• Emissione di rumore (ad ampio spettro)
Analisi del problema
Il rumore generato dall’interazione ruota / rotaia
Stridio “Squealing noise”:
• Curve strette
• Particolare fenomeno dinamico stick-slip
• Eccitazione della corona
• Generazione di rumore tonale a alta
frequenza
Livello di pressione sonora
dB re 20e-5
100
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
6
7
kHz
8
9
10
11
12
13
14
Il contributo di Lucchini RS
L’attività di Ricerca e Sviluppo di Lucchini
RS punta a ridurre il rumore direttamente
alla sorgente.
Da oltre 15 anni Lucchini RS è attiva nello
studio del fenomeno del rumore generato
dalle ruote ferroviarie.
Lucchini RS dispone di un laboratorio di
vibro-acustica formato da una camera semianecoica per caratterizzazione delle ruote.
Il laboratorio è in grado di svolgere anche
test acustici in linea per caratterizzare il
rumore del veicolo e quantificare le
prestazioni delle soluzioni anti rumore
proposte.
Processo di sviluppo di una soluzione
per la riduzione del rumore emesso da una ruota ferroviaria
 Analisi modale sperimentale al fine di
individuare le frequenze di risonanza e le
forme modali della ruota
Processo di sviluppo di una soluzione
per la riduzione del rumore emesso da una ruota ferroviaria
 Analisi modale sperimentale al fine di
individuare le frequenze di risonanza e le
forme modali della ruota
 Design e sviluppo della soluzione che
incrementi lo smorzamento della ruota
 Caratterizzazione in laboratorio
Processo di sviluppo di una soluzione
per la riduzione del rumore emesso da una ruota ferroviaria
 Analisi modale sperimentale al fine di
individuare le frequenze di risonanza e le
forme modali della ruota.
 Design e sviluppo della soluzione che
incrementi lo smorzamento della ruota.
 Caratterizzazione in laboratorio.
Validazione del design tramite misure
acustiche in linea.
La famiglia di prodotti Lucchini RS per la riduzione del rumore
Una soluzione anti-rumore per ogni applicazione
®
®
Una soluzione anti-rumore per ogni applicazione
Tipo di ruota
Tipo di veicolo
Soluzione
Ruote monoblocco
Veicoli passeggeri
e alta velocità
Syope
Veicoli passeggeri
e alta velocità
Syope
Braw
Veicoli leggeri
Galene
(calettate a freddo)
Ruote monoblocco
(disco freno montato in
cartella)
Ruote elastiche
Ruote monoblocco
(calettate a caldo)
Ruote frenate a
ceppi
(tram e metro)
Veicoli passeggeri
Carri merci
Hypno
• La soluzione Syope è realizzata da
un pannello composto da un
particolare polimero viscoelastico e
metallo.
• E’ applicato tramite uno speciale
processo d’incollaggio.
• Non necessita fissaggi meccanici o
modifiche alla geometria della ruota.
• Limitato
incremento
di
peso
Riduzione rumore in rettilineo:
(10 kgmax)
4-6 dB
10 dB al di sopra di 1,5 kHz
• Il prodotto è in servizio da oltre
10 anni ed è ormai “Service Proven”
Riduzione completa dello
“squealing noise” in curva
Passby Curva 1 (secondo binario)
msura a 7,5 m
Livello di pressione sonora
dB re 20e-5
100
80
Norm. 1
Norm. 2
Syope 1
Syope 2
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
6
7
kHz
8
9
10
11
12
13
14
Alcune delle principali applicazioni Syope
Circumvesuviana EMU Firema
GTW2/6 DMU – Stadler Merano - Malles
HSP - Alstom
ETR680 Czech Pendolino - Alstom
CRH1 Zefiro - Bombardier
CRH3 Velaro Cina - Siemens
ETR600 – ETR610 - Alstom
ETR1000 Bombardier/Asaldo Breda
Il prodotto
 Si tratta di una particolare applicazione della soluzione Syope per le
ruote con disco freno in cartella
 Il pannello è applicato nella zona di transizione tra cartella e corona
mantenendo un ingombro molto ridotto
 Anche in questo caso non sono necessari fissaggi meccanici o
modifiche geometriche alla ruota
Le ruote Syope Braw sono installate sui veicoli GTW Stadler in
servizio sulla linea Valvenosta-SAD dal 2008
Caratterizzazione in laboratorio
• Il montaggio del disco freno contribuisce allo
smorzamento dei modi propri della cartella
• La soluzione Syope Braw contribuisce
smorzamento dei modi propri della corona
allo
Campagna prove in Valvenosta
 Livelli di pressione sonora furono misurati a bordo
dei carrelli motori lungo l’intera linea della Valvenosta
 Un carrello motore equipaggiato con
ruote Syope Braw il secondo senza
 L’analisi dello spettro del livello di pressione
sonora mediato lungo l’intera linea mostra la
riduzione dei picchi di risonanza della ruota al di
sopra dei 2 kHz.
80
70
Standard wheel
Syope Braw
Pressure level [dB(Pa)]
60
50
40
30
20
10
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Frequency [Hz]
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
 Tali risonanze sono responsabili dello
“squealing noise” e “flanging noise” e risultano
maggiormente eccitate in curva.
Veicoli urbani (Tram e Metropolitane)
Lo “squealing noise” è un tipico
problema dei tram quando
percorrono curve strette
La ruota elastica
Cerchione
Tassello elastico
Anello
Vite di fissaggio
Centro ruota
Shunt
Gli absorber Galene sono
stati ideati per smorzare le
risonanze proprie del
cerchione responsabili dello
“squealing noise” che si può
verificare durante il transito
in curve strette
Il rumore da rotolamento in
rettilineo è invece
notevolmente ridotto grazie
alla presenza dei tasselli
elastici
Il prodotto
 Appendici di materiale composito (acciaio - polimero viscoelastico)
fissate rigidamente al cerchione tramite viti.
 Limitato ingombro.
 Se correttamente dimensionati possono ridurre in modo evidente
determinate frequenze di risonanza del cerchione.
Sviluppo absorber Galene per tram Combino
 Misure acustiche in linea avevano rivelato una
marcata risonanza a 2kHz
 Analisi numeriche e sperimentali sulla ruota
avevano evidenziato alla medesima frequenza il 2°
modo flessionale del cerchione
+
-
-
+
+
-
Sviluppo absorber Galene per tram Combino
 Misure acustiche in linea avevano rivelato una
marcata risonanza a 2kHz
 Analisi sperimentali sulla ruota avevano
evidenziato alla medesima frequenza il 2° modo
flessionale del cerchione
 L’ottimizzazione
della
forma
geometrica dell’absorber ha permesso
di ottenere un sufficiente smorzamento
da eliminare quasi completamente la
risonanze in esercizio
 Il dispositivo Hypno è specificamente ideato per ruote carro frenate a ceppi,
 E’ in grado di resistere sia alle temperature (500 °C) raggiunte durante la frenatura che di
adattarsi alla dilatazione termica della corona di rotolamento
(ha superato i test di frenatura previsti da UIC 510.5)
 Hypno non utilizza polimeri (che non resisterebbero alle alte temperature) ma ottiene lo
smorzamento delle vibrazioni attraverso la generazione di energia d’attrito tra le membrane
metalliche di cui è composto
 Gli absorber sono realizzati da lamine in acciaio Inox opportunamente assimeate tra loro e
fissate in una gola nel sottocorona.
 Gli absorber permettono l’ispezione visiva in esercizio della cartella
 L’incidenza sul “Life cycle cost” del veicolo è limitato essendo gli absorber riutilizzabili al cambio
ruote .
Test acustici in linea
Le prestazioni acustiche delle ruote Hypno sono state verificate durante una campagna prove
dimostrando la possibilità nel caso di un carro cisterna di rispettare i limiti acustici delle TSI
Applicatione su veicoli passegeri
Applicazione della soluzione Hypno sul veicolo passeggeri
sulla lina del Bernina - Rhatische Bahn
Una soluzione anti-rumore per ogni applicazione
Tipo di ruota
Ruote monoblocco
(calettate a freddo)
Ruote monoblocco
(disco freno montato in
cartella)
Ruote elastiche
Ruote monoblocco
(calettate a caldo)
Ruote frenate a
ceppi
Tipo di veicolo
Soluzione
Veicoli passeggeri
e alta velocità
Syope
Veicoli passeggeri
e alta velocità
Syope
Braw
Veicoli leggeri
Galene
(tram e metro)
Veicoli passeggeri
Carri merci
Hypno
Una soluzione anti-rumore per ogni applicazione
Tipo di ruota
Soluzione
Ruote monoblocco
(calettate a freddo)
Ruote monoblocco
(disco freno montato in
cartella)
Ruote elastiche
Ruote monoblocco
Syope
•La geometria della ruota non
necessita modifiche
• Non necessita viti di fissaggio
• Peso ridotto
Syope
Braw
• La geometria della ruota non
necessita modifiche
• Non necessita viti di fissaggio
• Peso ridotto
• Efficiente contro il rumore in
curva
Galene
(calettate a caldo)
Ruote frenate a
ceppi
Caratteristiche
Hypno
• Riutilizzabile
• Può essere installato su ruote già
montate sotto il veicolo
• Riutilizzabile
• Può essere installato su ruote già
montate sotto il veicolo
• Resiste ad alte temperature di
frenatura (500°C)
Una soluzione anti-rumore per ogni applicazione
Tipo di ruota
Soluzione
Riduzione del rumore
Syope
• Rumore in rettilineo: 4-6 dB
• Rumore in curva “squealing”: ≈ 10dB
(disco freno montato in
cartella)
Syope
Braw
• Rumore in rettilineo : 3-4 dB (dato dal
montaggio del disco freno in cartella)
• Rumore in curva “squealing”: ≈ 10dB
Ruote elastiche
Ruote monoblocco
Galene
• Rumore in rettilineo : 3-4 dB
• Rumore in curva “squealing”: ≈ 10dB
Hypno
• Rumore in rettilineo : 3-4 dB
• Rumore in curva “squealing”: ≈ 10dB
Ruote monoblocco
(calettate a freddo)
Ruote monoblocco
(calettate a caldo)
Ruote frenate a
ceppi
Soluzioni per la riduzione dell’impatto acustico dei rotabili ferroviari
Grazie per l’attenzione
I T AL Y
UNITED KINGDOM
SWEDEN
P O L AN D
INDIA
CHINA
JV CHINA