Brani tranquilli

Il rumore ferroviario è malsano. Centinaia di milioni di franchi sono già stati investiti in barriere antirumore, sistemi di frenata più silenziosi e altre misure per proteggere almeno l'80% della popolazione svizzera dalle emissioni entro il 2025 - ma poiché il traffico ferroviario continuerà ad aumentare, resta ancora molto da fare.

Per ridurre ulteriormente il carico, i ricercatori dell'Empa e della Scuola di Economia e Ingegneria del Cantone di Vaud, sotto l'egida dell'EPF di Losanna, si affidano a un componente poco appariscente del sistema ferroviario: i "rail pads" in plastica elastica, che vengono inseriti tra le rotaie e le traversine in cemento. Servono a proteggere il binario altamente sollecitato, costituito da massicciata compattata e traversine in cemento, consentendo alle rotaie di muoversi minimamente, come una corda di chitarra che viene premuta sulla tastiera in più punti contemporaneamente. Ma è proprio questa libertà dalle vibrazioni che rende il "suono" della rotaia più forte, e questo rumore è il fattore decisivo a velocità frequenti comprese tra 60 e 160 km/h.

Un materiale composito su misura

In Svizzera, i tappetini per rotaie sono solitamente realizzati in plastica dura, l'etilene vinil acetato (EVA). È vero che un materiale più morbido proteggerebbe ancora meglio i binari, ma al prezzo di un maggiore inquinamento acustico. Un dilemma che il team incaricato dall'Ufficio federale dell'ambiente (UFAM) vuole risolvere con un materiale composito. L'idea: guscio duro, anima morbida. Più precisamente: un guscio in EVA e un'anima in materiale morbido, il poliisobutilene (PIB), il cui smorzamento è calibrato con precisione sulla gamma di frequenze da circa 200 a 2.000 hertz, in cui le vibrazioni sono particolarmente rumorose.

Un territorio inesplorato, dunque. Per questo gli esperti hanno progettato decine di varianti: strutture a sandwich fatte di strati piatti, con e senza un "coperchio" in EVA. Riempimenti in PIB a forma di zig-zag, superfici con incisioni e quant'altro. Ma per scoprire in laboratorio l'effetto di ogni tipo di costruzione è stato necessario un lungo lavoro di preparazione.
La complessa interazione tra rotaie, traversine e massicciata è stata simulata da una "cella unitaria a tre traversine": un pezzo di binario, lungo poco meno di due metri, dotato di uno "shaker" che genera frequenze definite e di una sonda che misura l'intensità sonora. Pur non riproducendo il comportamento reale di una linea ferroviaria, questa cella di misura consente di effettuare confronti precisi in condizioni diverse.

Allo stesso tempo, i ricercatori guidati da Bart van Damme del dipartimento "Acustica / Riduzione del rumore" dell'Empa hanno sviluppato una simulazione del sistema con metodi a elementi finiti, che ha dato buoni risultati agli esperimenti: la base per estrapolare infine il comportamento su una linea ferroviaria più lunga. Con questi strumenti del mestiere, i ricercatori hanno esaminato da vicino i progetti dei tappetini ferroviari. I risultati: Secondo van Damme, le strutture a sandwich, che possono essere facilmente piegate grazie agli intagli, non erano adatte a proteggere il letto del binario e a ridurre il rumore allo stesso tempo. Anche il riempimento a zig-zag in PIB non ha portato alcun vantaggio. La soluzione migliore si è rivelata un contenuto di PIB superiore al 50%, inserito in un "guscio" di plastica EVA più dura.

Test su linee ferroviarie reali

Una struttura semplice, quindi, con vantaggi per i test che si svolgeranno su una linea ferroviaria a Nottwil a partire dal prossimo marzo. "Questi pattini sono facili da produrre. Ne serviranno quasi 400 sui 100 metri di binario", spiega van Damme, ed è per questo che un'azienda si sta occupando della produzione dei componenti già brevettati.

Le misurazioni di rumore, vibrazioni, deformazioni e altre caratteristiche mostreranno le prestazioni dei pattini ferroviari. "Speriamo che causino un rumore minore e che allo stesso tempo proteggano meglio la massicciata rispetto ai tradizionali strati intermedi duri", afferma van Damme.

In ogni caso, nel team di ricerca prevale l'ottimismo. "I modelli sviluppati nel progetto consentono di ottimizzare in modo mirato i requisiti, a volte contraddittori", afferma il capo dipartimento dell'Empa Jean-Marc Wunderli. E ancora: "Poiché non sono previsti costi aggiuntivi significativi per la produzione degli strati intermedi, mi auguro che vengano utilizzati su larga scala, contribuendo così in modo significativo alla riduzione del rumore ferroviario".

Fonte: Empa