COGI, il sistema messo a punto dal Dipartimento Ricerca e Sviluppo di GCF per il Controllo Ottico dei Giunti Isolanti, promette di innovare radicalmente tecniche e procedure per monitorare le Giunzioni Isolanti Incollate delle rotaie, una delle maggiori vulnerabilità dell’infrastruttura ferroviaria.
L'innovativo sistema, progettato secondo specifiche tecniche e funzionali di RFI, testato e certificato in Laboratorio e, quindi, verificato e validato sul campo per mesi da Enti di certificazione accreditati, è oggi brevettato e pronto ad essere adottato sulle reti ferroviarie. Permette di misurare da remoto, con continuità e in tempo reale e con scale di risoluzione micrometriche le deformazioni che, nel tempo, interessano le Giunzioni Isolanti Incollate - in particolare l'ovalizzazione dei fori delle ganasce prodotta dall’azione ciclica dei carichi dinamici e delle escursioni termiche e il conseguente scollamento dei giunti - consentendo così di individuare ed intervenire con tempestività in presenza di anomale deformazioni e disallineamenti che sono spesso causa di incidenti ferroviari.
Un salto di qualità non indifferente in tema di sicurezza se si considera che l’individuazione di eventuali malfunzionamenti delle giunzioni è oggi affidato al controllo visivo - non scevro da possibilità d'errore - degli operatori della manutenzione.
 

«COGI è un dispositivo ottico passivo dotato di sistemi di ancoraggio magnetico che consente di applicarlo rapidamente a qualsiasi tipo di rotaia» spiega l’ing. Marco Renzetti, del Dipartimento R&S di GCF. «Tramite due connettori plug and play è collegato ad un framework diagnostico sviluppato ad hoc che, da server remoto o in cloud, permette di monitorare con continuità l’apertura della giunzione, ad una frequenza dell’ordine dei kHz e con una risoluzione dell’ordine dei micron, il che consente di identificare non solo lo scollamento in senso classico, ma tutti i movimenti e i micromovimenti dei giunti isolanti».

Anima del COGI, la sua parte sensibile, è costituita da un filamento di fibra ottica dotato di un reticolo di Bragg appositamente preparato - su progetto e brevetto GCF - da Diamond SA che provvede a trasformare il filamento di fibra in un trasduttore opto-meccanico di precisione. La stessa azienda provvede a realizzare, oltre al sensore, i cavi di raccordo utilizzando connettori a bassa perdita progettati per resistere ad ambienti ostili e mantenere un elevato livello di protezione.

«La deformazione meccanica longitudinale di trazione/compressione cui è sottoposta la fibra ottica» spiega Elisa Duca, ingegnere del Dipartimento R&S GCF «induce una variazione geometrica del reticolo che, a sua volta, provoca una variazione nella lunghezza d’onda della luce riflessa. In questo modo il software di diagnostica può ricavare in modo accurato e ripetibile la deformazione subita dalla fibra, confrontarla con le variazioni normalmente indotte dalla variazione della temperatura, e appurare quando si superi un livello standard di normalità».

Nei mesi scorsi Ferrovie Emilia Romagna ha promosso l’installazione di COGI e l’esecuzione di prove di validazione sul campo presso gli impianti ferroviari della stazione di Crespellano, sulla linea Casalecchio-Vignola (km 12+579) dove sono state individuate sette Giunzioni Incollate Isolanti monitorate con Cogi: «Per tre mesi, un software sviluppato appositamente ha raccolto i dati trasmessi dal Cogi mentre, parallelamente, è proseguita la periodica attività di ispezione visiva condotta da personale FER» spiega l’ing. Ilario Febi, della Divisione R&S di GCF. «Per la sperimentazione è stato scelto uno strumento con frequenza di campionamento di 1 kHz ed una risoluzione in lunghezza d’onda pari a 8 pm, corrispondenti ad una risoluzione minima spaziale di circa 10 micron».

Due particolari stress-test sono stati contestualmente effettuati per testare le modalità di reazione e, per così dire, di “discernimento” di COGI al passaggio non solo dei treni ma, anche, di mezzi ferroviari deputati alla manutenzione dei binari e della massicciata: «Anche in questo caso - continua l’ing. Febi - il sensore COGI ha continuato a leggere la deformazione della giunzione durante e dopo le operazioni di rincalzatura senza subire danni, interruzioni o spostamenti tali da superare le soglie di allarme».

 

Gli sviluppi immediati e a medio termine

Ora, mentre si sta concludendo l’iter per l’estensione internazionale extra-Ue del brevetto, l’innovativo sistema diagnostico di GCF verrà ulteriormente installato su una tratta di 7 km della Oleggio – Bellinzona. «La sperimentazione – commenta l’ing. Renzetti – ha dimostrato ampiamente che oggi è possibile misurare in modo affidabile, continuo e remoto lo stato di un numero elevato di Giunzioni Isolanti Incollate da una sala di controllo, raccogliendo dati statistici utili a per incrementare l’efficienza e l’efficacia delle ispezioni visive».

Ad esempio, grazie alla risoluzione offerta dal sensore COGI, al range di misura e al campionamento garantito dal sistema, si potrà rilevare anche il processo di ovalizzazione dei fori della ganascia che innesca la rottura della GII. E sarà possibile gestire un sistema di allarmi automatici che – sulla base di soglie prestabilite – potranno essere trasmessi tramite email, sms o notifiche push ad uno o più referenti della sicurezza. Ma non è tutto.
La sperimentazione ha evidenziato come, grazie a COGI, sia possibile stimare predittivamente e con buona approssimazione la vita utile di una GII, basandosi sui dati derivati dai segnali di transito del treno quali la stima del carico assiale e l’energia che la GII ha assorbito, ruota per ruota. La Divisione R&S di GCF - con l'aiuto di un percorso di dottorato executive - è al lavoro per sviluppare all’uopo un algoritmo di predizione che possa ulteriormente implementare le possibilità di COGI nel tutoraggio della sicurezza dell’infrastruttura ferroviaria.
Conclude l’ing. Elisa Duca: «COGI presenta diversi vantaggi: è affidabile, preciso, rapido da installare e configurare, economico, completamente passivo, ossia non ha necessità di essere alimentato da energia elettrica e, dunque, esclude by design qualunque possibilità di interferenza con i campi elettrici tipici dell’ambiente ferroviario. Ma, soprattutto, è un sistema modulare, passibile di ulteriori sviluppi in termini di funzionalità e capacità predittive».

Infine, aggiudicato a GCF nel mese di settembre, sta prendendo corpo anche il nuovo “Accordo quadro” per l’elettrificazione degli ulteriori 80 chilometri circa della linea Parma - Poggio Rusco. «Siamo pronti – conferma Filippo Sasso – per avviare i lavori a metà marzo. Inizieremo con la tratta centrale, la Guastalla-Suzzara, con il getto dei blocchi di fondazione e la posa dei pali, cui darà seguito l’attrezzaggio e la tesatura. Contiamo poi di avviare in contemporanea, a maggio, la lavorazione delle altre due tratte, la Parma-Guastalla e la Suzzara Poggio Rusco».
La conclusione dei lavori, che prevedono la realizzazione anche di ulteriori due Cabine TE e due sottostazioni, è prevista per la fine del 2023.