Italian high speed rail development: an Investigation on Train-Infrastructure Aerodynamic Interactions

This thesis deals with the ballast lifting phenomenon and the tunnel overpressures since, due to the Italian high-speed line characteristics, they represent the most challenging aerodynamic issues considering the train speed increase. After an initial overview on the state of the art of each topic, mainly focusing on the European level, in the first part of each chapter, the experimental tests carried out over the last four years is shown highlighting the developed methodologies used to study and better understand each issue. Afterwards the most relevant outcomes of the parametric analysis performed to investigate the dependence of each phenomenon on the most influential parameters are discussed. Finally, the most remarkable results in terms of practical applications are presented: in the case of the ballast lifting, the effect of the designed countermeasures adopted on the Italian HS line, while, in the case of the pressures in tunnel, the application methodology, based on a one-dimensional code, to estimate the aerodynamic loads on sealed and unsealed trains under different working conditions.

Questa tesi si occupa del fenomeno del sollevamento del pietrisco e delle sovrapressioni in galleria dal momento che, a causa delle caratteristiche della linea ferroviaria ad alta velocità italiana, rappresentano i problemi aerodinamici predominanti all'aumentare della velocità. Dopo una prima panoramica sullo stato dell'arte di ogni argomento concentrandosi principalmente al livello europeo, nella prima parte di ogni capitolo vengono riportate le prove sperimentali condotte negli ultimi quattro anni evidenziando le metodologie sviluppate e utilizzate per studiare e meglio comprendere i due fenomeni. Successivamente vengono mostrati i risultati più rilevanti dell'analisi parametrica eseguita per studiare la dipendenza di ogni fenomeno dai parametri più influenti. Infine, vengono presentate le applicazioni pratiche più significative: nel caso del sollevamento del pietrisco, viene mostrato l'effetto delle contromisure adottate sulla linea ad alta velocità italiana, mentre, nel caso delle pressioni in galleria, viene illustrata la metodologia, basata su un codice monodimensionale, utilizzata per stimare i carichi aerodinamici su treni sigillati e non sigillati in diverse condizioni operative.