Da dove viene il rumore articolare
I giunti ferroviari sono la caratteristica discreta più rumorosa sui binari convenzionali perché convertono il contatto di rotolamento in impatto. Quando una ruota attraversa un giunto, rotola via da un'estremità del binario, cade attraverso lo spazio vuoto e colpisce l'estremità lontana; il gradino verticale tra le due estremità del binario, anche di una frazione di millimetro, più lo spazio stesso, produce un impatto che eccita il binario, la stecca e la ruota in un'ampia gamma di frequenze. Il classico clic-clack è questo impatto ripetuto, due eventi per ruota per giunto. Il livello di rumore è controllato dall'altezza di caduta, impostato dall'angolo di inclinazione e dallo spazio, e dalla forza con cui la stecca serra il giunto: un giunto allentato funziona sotto carico, le estremità del binario pompano e sia l'impatto che la radiazione strutturale peggiorano. Le condizioni delle ruote sono altrettanto importanti, perché una ruota sgonfia o un battistrada usurato aggiunge la propria firma di impatto sopra quella delle giunture.
Misurazione del rumore articolare
Il rumore dei giunti viene misurato nello stesso modo in cui vengono misurati tutti i rumori di passaggio ferroviario: con un microfono lungo il percorso a una distanza e un'altezza definite, catturando il livello di pressione sonora mentre il treno passa, in conformità con la norma EN ISO 3095. Per una sezione giuntata, il livello di passaggio -viene confrontato con una sezione saldata equivalente con la stessa velocità e materiale rotabile e la differenza quantifica la penalità congiunta. L'energia dell'impatto si diffonde su un'ampia banda, tipicamente da poche centinaia di hertz fino a diversi kilohertz, motivo per cui le articolazioni vengono percepite come un clangore acuto piuttosto che come un ronzio tonale. Laddove si applicano limiti di rumore, come i limiti di rumore della STI UE per le linee nuove e ristrutturate, le sezioni articolate sono solitamente quelle che non superano la valutazione e il piano di mitigazione è costruito attorno ad esse. La rugosità del fungo della rotaia, che determina la componente del rumore di rotolamento, viene misurata con un carrello per rugosità conforme alla norma EN 15610 in modo che la necessità di rettifica possa essere quantificata separatamente dall'impatto del giunto.
Fattori di progettazione e manutenzione che aumentano o riducono il rumore
Domina la geometria articolare. Uno spazio più ampio, un angolo di inclinazione maggiore in corrispondenza del giunto o un disallineamento verticale tra le estremità del binario aumentano la caduta e l'impatto. I bulloni serrati della stecca riducono il funzionamento del giunto sotto carico; un giunto serrato adeguatamente mantiene le estremità della rotaia allineate e la stecca a contatto, riducendo sia gli urti che il rumore strutturale irradiato dalla piastra stessa. I giunti di compromesso, che collegano binari di peso o profilo diverso, aggiungono un gradino al cambio di sezione, quindi sono necessarie stecche personalizzate e un attento allineamento per mantenere la transizione silenziosa, e le zone di transizione con cambiamento graduale di rigidità sono progettate per evitare un passo duro. In curva, le forze laterali aumentano l'usura del giunto, l'allineamento degrada più velocemente e la frequenza di manutenzione aumenta; Sui tratti curvi vengono utilizzati design a ganascia rinforzata proprio perché il giunto si deteriora allo stesso tempo acusticamente e meccanicamente.
Misure di mitigazione che funzionano
La soluzione definitiva è rimuovere il giunto: il binario saldato continuo (CWR) elimina completamente lo spazio e l'impatto, motivo per cui il binario saldato è lo standard silenzioso e perché le valutazioni acustiche delle nuove linee presuppongono la saldatura. Laddove devono rimanere dei giunti, su giunti coibentati, giunti di dilatazione e linee di giunzione esistenti, le misure vengono stratificate. La rettifica della testa del binario-ripristina la geometria del giunto e rimuove i gradini e gli avvallamenti che creano il dislivello. I cuscinetti resilienti e le piastre di base disaccoppiano la rotaia dalla traversina, tagliando il percorso delle vibrazioni nella struttura del binario. Gli smorzatori ferroviari, masse accordate fissate al nastro ferroviario, assorbono l'energia di vibrazione che altrimenti si irradierebbe come suono e sono particolarmente efficaci alle frequenze in cui si concentrano gli impatti articolari. Le barriere acustiche poste a lato del binario interrompono il percorso di propagazione verso i recettori vicini. Anche gli effetti termici contano: nella stagione calda la rotaia si espande e gli spazi tra i giunti si chiudono, mentre il tempo freddo li apre, quindi la regolazione del gap stagionale è parte del mantenimento del rumore dei giunti entro i limiti sulle linee articolate.
Materiali e futuro della progettazione congiunta
Le stecche a ganascia composite vengono sempre più utilizzate laddove la corrosione è il problema principale dei giunti: resistono alla corrosione meglio dell'acciaio, riducono il peso e le loro proprietà isolanti vanno a vantaggio delle sezioni elettrificate e dei circuiti di binario-. Il loro comportamento acustico è diverso dalle piastre in acciaio, quindi il regime di fissaggio e allineamento è impostato in base al progetto composito. Continua la ricerca sulla geometria delle articolazioni, sui trattamenti smorzanti e sui sensori integrati che rilevano i primi segnali di allentamento articolare, perché la firma acustica di un giunto è anche il suo segnale di salute: un giunto che inizia a scattare più forte è un giunto che necessita di manutenzione. La regola pratica per gli ingegneri è che il rumore del giunto è la geometria più la tenuta più la condizione della ruota, e ciascuno dei tre è controllabile.
Domande frequenti
Perché i giunti saldati sono più silenziosi dei giunti bullonati?
Un giunto saldato non ha spazi né gradini, quindi la ruota non cade né urta; rimane la componente del rumore di rotolamento, ma viene eliminata la componente d'urto, che prevale in corrispondenza delle giunture.
La sola molatura può risolvere un'articolazione rumorosa?
Solo se il rumore è causato da difetti geometrici, avvallamenti e gradini, che la rettifica rimuove. Una ganascia allentata o una ruota usurata aggiungono rumore che la molatura non può riparare; la diagnosi viene prima.
Perché le articolazioni diventano più rumorose quando fa freddo?
Il freddo contrae la rotaia e apre l'intercapedine del giunto, aumentando l'abbassamento delle ruote all'incrocio; l’aggiustamento del gap stagionale colma il gap riportandolo al valore di progetto prima del momento peggiore dell’inverno.
I giunti isolati devono essere rumorosi?
No. Un giunto isolato con bulloni serrati, estremità del binario allineate e un kit di giunto incollato-ben montato si comporta in modo simile a un giunto saldato; il problema del rumore si manifesta quando lo spazio isolante si allarga e il giunto lavora sotto carico.
Qual è il modo più veloce per ridurre il rumore dei giunti su una linea sotto tensione?
Serrare i bulloni della stecca secondo le specifiche, levigare gli approcci dei giunti per rimuovere avvallamenti e gradini e montare cuscinetti resilienti sotto le traversine dei giunti; la combinazione affronta l'impatto, la geometria e il percorso delle vibrazioni in un unico possesso.