A numerical model for the analysis of ground vibrations generated by rail vehicles

This thesis develops a numerical model to analyse ground vibrations generated by railway vehicles, describing the interaction between the vehicle, the track, and the soil. The analysis focuses on train speed, distance to the receiver point, ballast stiffness, sub-pad stiffness, and wheelset mass. The results show that attenuation increases with distance from the track, with a faster decay at high frequencies and more persistent propagation at low frequencies. The simulations demonstrate that reducing ballast stiffness and wheelset mass makes it possible to decrease the vibration levels transmitted into the ground. Within the frequency range considered, the effect of sub-pad stiffness is negligible. The study highlights the importance of the developed methodology in identifying the role of different design and operational parameters in the onset of vibrations generated by the train–track interaction. The methodology can be used both for preliminary investigations during the design of new railway infrastructure and for analysing the effectiveness of possible mitigation solutions.

Questa tesi sviluppa un modello numerico per analizzare le vibrazioni del terreno generate dai veicoli ferroviari, descrivendo l’interazione tra veicolo, binario e suolo. L’analisi si concentra su velocità del treno, distanza del punto ricevente, rigidezza della massicciata, rigidezza del sotto piastra e massa delle sale. I risultati mostrano che l’attenuazione aumenta con la distanza dal binario, con un decadimento più rapido alle alte frequenze e una propagazione più persistente alle basse frequenze. Le simulazioni mostrano come una riduzione della rigidezza della massicciata e della massa delle sale permette di ridurre i livelli di vibrazione trasmessi nel suolo. È di importanza trascurabile, per il range di frequenza considerato, l’effetto della rigidezza del sotto piastra. La metodologia sviluppata consente di identificare il ruolo di diversi parametri progettuali e operativi nell’insorgere delle vibrazioni generate dall’interazione treno-armamento. La metodologia puo essere utilizzata sia per effettuare delle indagini preliminari durante la progettazione di una nuova infrastruttura ferroviaria o per analizzare l’efficacia di eventuali soluzioni mitigatrici.