Le Ferrovie/Lezione VI
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LEZIONE VI
Ferrovie a forte pendenza e ferrovie elettriche.
Ferrovie a dentiera e ferrovie funicolari. — Abbiam già detto che l’aderenza della locomotiva deve essere eguale allo sforzo di trazione ch’essa deve compiere. Col crescere della pendenza della linea cresce lo sforzo e l’aderenza può venire a mancare. Perciò quando si tratta di superare dislivelli molto notevoli, e non si vuole affrontare la spesa per una ferrovia a lungo sviluppo, si possono adottare pendenze forti e rinunciare all’aderenza naturale, ricorrendo a speciali sistemi di trazione, come sono le ferrovie a dentiera e le ferrovie funicolari. Queste applicazioni convengono specialmente per le brevi linee che servono a creare l’accesso ad una località, mèta di escursionisti, a congiungere due quartieri di una stessa città ed a scopi analoghi, che in generale escludono il trasporto delle merci in grandi quantità.
Il concetto di ricorrere ad una dentiera per ottenerne l’aderenza è, come abbiam visto, antichissimo; solamente che il presupporlo d’uso generale costituiva un errore. Il merito di averlo applicato per primo nei giusti limiti di convenienza spetta all’ingegnere svizzero Riggenbach, al quale si deve la costruzione della celebre ferrovia del Righi, aperta nel 1869. A questa prima ferrovia altre ne seguirono, specialmente in Isvizzera, dove la costituzione montuosa del suolo e l’abbondanza dei siti di escursione favoriscono il sorgere di simili impianti.
Le dentiere adottate sulle varie linee sono di più tipi, che non ci fermeremo a descrivere. Per averne un’idea basta pensare ad una rotaia la quale, invece di aver la superficie liscia, presenti dei larghi intagli che la rendano simile ad un’asta dentata e sia collocata frammezzo alle due rotaie comuni. In questa rotaia centrale fanno presa le ruote dentate di cui è munita la locomotiva e la propulsione può quindi aver luogo anche quando si adottino pendenze del 200 o 250 per 1000, come si fa comunemente su queste linee.
Se la pendenza da superare è ancor più grande si ricorre a dentiere speciali, poste di piatto in guisa che la locomotiva può ingranarvisi dai due lati e restarvi meglio assicurata. Così si fece per la ferrovia, anch’essa sorta in Isvizzera e conosciutissima, che porta alla vetta del Monte Pilato, a 2076 metri sul mare, e tocca la pendenza del 480 per mille.
La massima audacia in questo genere di ferrovie è rappresentata dalla linea destinata a raggiungere la vetta della Jungfrau, posta a 4166 metri sul mare. La linea parte dalla Piccola Scheidegg, ove si collega alle ferrovie che vengono da Interlaken, e si dirige verso la Jungfrau per le montagne Eiger e Monch. Il tracciato è di circa 12 chilometri, il dislivello da vincere di 2102 metri e la pendenza massima prevista del 350 per mille. I due primi chilometri, sino alla stazione di Eigergletscher, non presentano niente di particolare: ma, a partire da questo punto e sino al suo termine, la linea entra in una galleria di 10 chilometri. Su questo percorso si trovano cinque stazioni, costituite da altrettanti allargamenti praticati nella roccia. Nelle tre ultime alcune finestre laterali aperte nel monte permettono, di godere di un colpo d’occhio meraviglioso, su un immenso panorama di nevi eterne e ghiacciai. La linea ora è aperta sino alla stazione di Jungfraujoch, posta a 3764 m. sul mare.
Talvolta occorre superare anche i limiti di pendenza delle ferrovie a dentiera e allora si rinuncia alla locomotiva e si fanno delle ferrovie funicolari, le quali non hanno della ferrovia che il solo binario, destinato a far da guida dei veicoli in moto, più che a costituire una vera e propria strada. Come lo dice lo stesso nome, in questo sistema il veicolo è tirato in su alla salita e trattenuto alla discesa da una grossa fune metallica, che è posta in moto da una macchina fissa. Di solito la fune è unica e i suoi due capi son collegati uno alla vettura ascendente e l’altro alla vettura discendente. Il movimento delle due vetture avviene contemporaneamente e al mezzo della linea il binario è raddoppiato perchè le vetture possano scansarsi.
Quello che occorre in queste linee è un mezzo potente e sicuro di frenamento, che agisca nel caso, per verità assai difficile a verificarsi, ma che va sempre preveduto, della rottura della fune. I tipi di freno che vengono adottati sono a funzionamento automatico, entrano cioè in azione non appena la fune si allenta, e consistono in sorta di tenaglie applicate ai longheroni della vettura, che si serrano fortemente contro le rotaie. La garanzia offerta da questi freni è pressochè assoluta e non si ricorda alcun serio accidente avvenuto in seguito alla rottura della fune di trazione.
Per le ferrovie funicolari non esiste alcun limite di pendenza; se occorre si va sino alla verticale e allora la ferrovia si trasforma in un grande ascensore.
La Svizzera è piena di ferrovie funicolari e molte ve ne sono anche in Italia. Il loro impiego permette di risolvere assai convenientemente difficili problemi di comunicazione. Chi non ha inteso parlare della funicolare del Vesuvio, distrutta più volte dalle eruzioni, che permette di giungere a pochi metri del cratere del vulcano, di quella che da Como mena al colle di Brunate o delle altre che portano da Varese al Sacro Monte e al Monte delle Tre Croci?
Restando sempre nel campo delle funicolari, ricorderemo che l’ultima creazione di questo genere quasi di moda è quello delle funicolari aeree. Si rinuncia al binario propriamente detto e si fa scorrere la vettura, per mezzo di un carrello cui essa è sospesa, su due coppie di funi tese fra il punto di partenza e quello di arrivo, ricorrendo, quando è necessario a piloni di sostegno intermedi. Come nelle funicolari ordinarie, vi è poi una seconda fune che fa scorrere innanzi e indietro la vettura. Si applica in tal modo al trasporto delle persone il sistema già adottato da tempo pel trasporto dei materiali coi cosidetti telefori. La perfezione raggiunta in questi meccanismi è tale che il servirsene non è da considerarsi niente affatto pericoloso. Ognuno, del resto, ha potuto averne la prova nelle piccole costruzioni del genere che si fanno spesso in occasione di festeggiamenti od esposizioni.
Per completare l’accenno ai tipi speciali di ferrovie ci rimane da parlare delle ferrovie ad una sola rotaia, che non sono ancora, come gli altri sistemi, entrate nel campo vero e proprio delle applicazioni, quantunque in Irlanda e in Algeria vi siano da tempo in esercizio alcune brevi linee del tipo inventato dall’ingegnere Lartigue. In questo tipo l’unica rotaia è portata da cavalletti, più o meno elevati a seconda delle condizioni del terreno, il quale, di massima, non viene alterato. La macchina e i veicoli rimangono a cavalcioni della rotaia, sulla quale scorrono per mezzo di ruote poste una dietro l’altra. Di fianco ai cavalletti vi sono però altre due rotaie in corrispondenza ad appositi rulli portati dal materiale mobile, in modo che questo rimane completamente guidato. A titolo di curiosità aggiungiamo che al sistema indicato si avvicina il tipo di ferrovia proposto per congiungere con un mezzo celere Milano a Milanino, la città-giardino creata per iniziativa dell’Unione Cooperativa.
Una variante interessantissima della ferrovia ad una sola rotaia, è rappresentata dalla ferrovia sospesa che congiunge Barmen ad Elberfeld in Germania, nella quale i veicoli scorrono, per mezzo di un carrello cui son sospesi, lungo un’armatura metallica applicata ad altissimi cavalletti, posti a traverso di un torrente.
Si cerca da qualche tempo di semplificare la ferrovia ad una sola rotaia, che, specialmente dopo l’introduzione della trazione elettrica, potrebbe servire a risolvere interessanti problemi ed a raggiungere elevatissima velocità. Le esperienze sono condotte in base al principio di non ricorrere più, per l’equilibrio del veicolo, alle rotaie laterali applicate ai cavalletti, bensì ad un apparecchio stabilizzatore speciale, fondato sulle proprietà del giroscopio.
Il giroscopio è una specie di trottola a forma di anello molto pesante. Posta che sia in moto la trottola, se noi proviamo a spostarla dalla sua posizione, incontriamo una grande resistenza. Applicato ad una vettura che corra su una sola rotaia il giroscopio neutralizzerà l’azione della gravità tendente a far cadere da un lato la vettura: l’equilibrio sarà così ottenuto.
A risultati molto interessanti sono giunti due inventori, l’ingegnere inglese Brennan e il tedesco Scherl; ma ancora non si può dire che il problema sia completamente risolto. Se la soluzione si troverà, la ferrovia ad una sola rotaia, oltre ai vantaggi innanzi enumerati, presenterà quello di prestarsi all’impianto economico di linee speciali in regioni accidentate perchè, permettendo di ridurre le curve a raggi minimi, non richiederà movimenti di terra ed opere d’arte di rilievo.
La trazione elettrica. — I tentativi iniziali per l’applicazione dell’energia elettrica alla trazione datano dalla metà del secolo scorso e fra coloro che studiarono il problema va ricordato anche il maggiore italiano Bessolo, al quale fu nel 1855 accordato un brevetto per un tipo di conduttura aerea da servire alla trasmissione dell’elettricità ad un veicolo in moto. Ma questi primi inventori pensavano di ricorrere ad una macchina magneto-elettrica, mentre il tedesco Werner Siemens applicò alla trazione la dinamo, inventata nel 1864 dal nostro Antonio Pacinotti e potè presentare all’esposizione del 1879 a Berlino il primo saggio di ferrovia elettrica che abbia funzionato in modo veramente pratico.
Il concetto su cui si basa la trazione elettrica è quello che vien detto della trasmissione dell’energia elettrica a distanza. Se possediamo una dinamo, cioè una macchina che, messa in moto, produce la corrente elettrica, e se mandiamo la corrente così indotta in un’altra dinamo, questa si porrà in moto. Tale principio è importantissimo non tanto in sè, perchè si conoscono altri mezzi per trasmettere a distanza il moto da una macchina che lo produce ad altra che lo utilizza, ma perchè la trasmissione elettrica presenta sulle altre forme di trasmissione importantissimi vantaggi. In tutte le trasmissioni di energia si verifica inevitabilmente una perdita, ma la elettricità permette la trasmissione con perdite molto limitate, anche quando il movimento di una grande macchina viene comunicato a tante piccole macchine, agenti a velocità assai diverse dalla prima.
Nella trazione elettrica non abbiamo più, come nella trazione a vapore, una locomotiva colla caldaia in cui si crea la forza meccanica bruciando il carbone, ma una grande officina, ove, bruciando il carbone o utilizzando un salto d’acqua, si pone in moto una macchina produttrice dell’elettricità, una conduttura che corre lungo i binari, e tante altre macchine elettriche poste in moto dalla corrente loro fornita dalla conduttura. Questa seconda serie di macchine è costituita dalle vetture elettriche delle tramvie e dalle locomotive elettriche delle ferrovie.
Noi dobbiamo supporre nel lettore la conoscenza della macchina elettrica; perciò ci limiteremo a trattare ciò che è speciale alla trazione elettrica.
Da quel che si è detto innanzi, ogni ferrovia o tramvia ha bisogno di una linea elettrica destinata a portare la corrente dalla macchina generatrice a quelle montate sulle vetture o sulle locomotive. Questa linea è composta di più conduttori. Nel caso in cui si adoperi la corrente continua, o quella alternata monofase i conduttori sono due e tre quando s’impiega la corrente alternata trifase. In ogni caso per uno dei conduttori si utilizza lo stesso binario.
Per gli altri conduttori si seguono sistemi diversi. Il sistema più comune è quello di ricorrere ad un filo di rame (due nel caso della corrente trifase) teso ad una certa altezza sul binario, e questo sistema si dice del filo aereo. Oppure si ricorre pel secondo conduttore ad una terza rotaia posta a fianco delle due rotaie costituenti il binario. Tanto il filo aereo, come la terza rotaia devono essere isolati dal suolo e dal binario allo stesso modo e per la stessa ragione per cui si tengono isolate le ordinarie condutture elettriche. Queste però si possono isolare ricoprendole con materie che si chiamano appunto isolanti, ma le condutture della trazione elettrica debbono essere lasciate nude, altrimenti non si presterebbero al loro scopo, e ciò, come si comprende, costituisce una speciale difficoltà.
Le macchine elettriche poste sulle vetture o sulle locomotive elettriche debbono venire a contatto con i due o tre conduttori; il contatto colle rotaie ha luogo per mezzo delle stesse ruote, quello col conduttore isolato si ottiene per mezzo di un apparecchio di presa che è l’asta a rotella (detta anche con parola straniera trolley) o l’archetto delle tramvie elettriche, oppure un altro organo adatto, una specie di pattino, che striscia sulla terza rotaia.
Ciò che ha creato un ostacolo al primo diffondersi della trazione elettrica è il fatto che le correnti adatte a questo impiego sono, come si dice, a potenziale elevato e quindi pericolose per le persone. Ma i perfezionamenti introdotti nell’attrezzatura aerea e negli accessori dei motori permettono ormai di avvalersi senza alcun pericolo delle correnti ad elevato potenziale. L’esperienza ha poi dimostrato che l’uomo impara sempre più a schivare i pericoli, tanto che il sistema a terza rotaia, ritenuto come uno dei più pericolosi, non dà luogo ad un numero di disgrazie superiore a quelle che si verificano per dolorosa fatalità con tutti gli altri sistemi.
I vantaggi che la trazione elettrica presenta rispetto alla trazione a vapore son diversi. L’eliminazione del fumo, per quanto possa considerarsi cosa secondaria, ha notevole importanza nel caso dell’esercizio di linee tramviarie cittadine e di lunghe gallerie ferroviarie. È fuor di dubbio che senza la trazione elettrica le tramvie non avrebbero potuto diffondersi come han fatto nell’interno delle città e rendere così segnalati servizi colla loro elevata velocità e le loro frequenti partenze. Allo stesso modo si può asserire che le difficoltà incontrate nell’esercizio a vapore della galleria dei Giovi, ove, per l’asfissia che colpì il personale di un treno, si verificò qualche anno addietro un gravissimo disastro, sono completamente sparite colla trazione elettrica.
La trazione elettrica offre ancora, in confronto della trazione a vapore, il vantaggio di permettere, senza forte aumento di spesa, la moltiplicazione dei treni che è assai utile sulle linee poste in vicinanza alle grandi città, rende più agevole il raggiungere elevate velocità di marcia, permette il rapido avviamento dei treni e quindi diminuisce le perdite di tempo dovute alle fermate.
In molti casi la trazione elettrica può riuscire più economica della trazione a vapore, perchè colla trazione elettrica si deve trasportare un peso molto minore. Una locomotiva, di qualunque genere sia, deve sempre, oltrechè trasportare il treno, trasportare sè stessa e quindi impiegare a tale scopo una parte tanto maggiore della sua forza quanto più essa è pesante. Orbene, a parità di potenza, la locomotiva elettrica pesa meno della locomotiva a vapore, il che si comprende subito quando si pensa che la locomotiva a vapore deve trascinare con sè anche la fonte del moto, cioè la caldaia, mentre la locomotiva elettrica riceve l’energia da una macchina fissa che può essere impiantata in un punto lontano di più decine ed anche centinaia di chilometri.
Una ragione speciale di preferenza per la trazione elettrica l’hanno i paesi che posseggono forze idrauliche naturali e sono sprovviste di carbone, e sono quindi interessati ad utilizzare per l’importante servizio ferroviario una ricchezza esistente sul loro territorio.
Le forze idrauliche si sogliono chiamare gratuite; ora ciò non è esatto, perchè anche le acque van raccolte e sistemate con opere spesso costosissime, ma nella maggioranza dei casi l’energia elettrica creata col salto idraulico costa meno di quella prodotta col vapore. In tali condizioni si trova l’Italia e ciò spiega perchè sulle nostre ferrovie sono stati fatti i più grandiosi e completi esperimenti di trazione elettrica di tutto il mondo.
Il sistema della terza rotaia con corrente continua è applicato alla linea Milano-Varese-Porto Ceresio, mentre sulle linee Valtellinesi da Lecco a Colico e da Colico a Sondrio e Chiavenna è applicato il sistema a corrente alternata trifase, con conduttura aerea. Lo stesso sistema è applicato sulla linea dei Giovi presso Genova e sulla linea del Cenisio da Bardonecchia a Modane.
Non è possibile far pronostici sicuri sulla estensione che prenderà la trazione elettrica; sarebbe certo azzardato affermare ch’essa sostituirà totalmente la trazione a vapore, ma è assai probabile che di qui ad alcune decine di anni la maggioranza delle linee venga esercitata coll’elettricità.