Numerical study of railway track ballast behaviour

Le compagnie ferroviarie utilizzano treni sempre più veloci e che possano trasportare un numero di persone e una quantità di merci sempre più elevata, causando problemi di manutenzione dovuti al costante deterioramento dei binari del treno. Questo si deve per due principali motivi: le rotaie sono saldate fra di loro e la dilatazione longitudinale è impedita, causando un buckling che spinge la massicciata verso l’esterno. Inoltre, i carichi del treno applicano delle forze sulla traversina causandone il suo cedimento e la deformazione della massicciata. Con questa tesi si vuole sviluppare uno studio numerico del comportamento della mas- sicciata del binario, affinché esso sia efficacemente confrontabile con i risultati ottenuti attraverso prove di laboratorio. Affinché ciò avvenga è stato scelto di utilizzare il software LMGC90 sviluppato dall’Université de Montpellier, che sfrutta degli script in Python. Seppur negli anni vi siano state numerosi miglioramenti negli elementi che compongono il binario, la massicciata non ha subito particolari cambiamenti. Questa è stata modellata utilizzando la modellazone granulare, quella che meglio descrive il comportamento della massicciata e ne sono state studiate la resistenza agli sforzi laterali e il suo cedimento causato dall’applicazione di forze sinusoidali sulla traversina. Per quanto riguarda la resistenza laterale, sono state eseguite delle simulazioni che hanno dimostrato la validità della modellazione, in funzione dei diversi profili di massicciata, della sua compattezza e dei coefficienti di attrito. Inoltre il grafico della resistenza laterale in funzione degli spostamenti della traversina è risultato avere un comportamento coerente con delle prove effettuate in laboratorio. Nella seconda parte, sono stati ottenuti delle curve mostranti il cedimento della traversina in funzione della rigidezza e del numero dei sottostrati elastici, nonché del tipo di forza applicata sulla traversina. Queste sono state confrontate con delle curve presenti in letteratura, dimostrando la presenza costante di tre fasi nei grafici. Inoltre si è studiato il campo delle accelerazioni, delle velocità e delle frequenze nella massicciata. Questa tesi, infine, accenna a dei possibili miglioramenti per degli sviluppi futuri.