Da “SAPERE” – Ulrico Hoepli Editore
Anno V - Volume X - n. 120
31 dicembre 1939 - XVIII
LE ALTE VELOCITÀ FERROVIARIE
di Guido Corbellini
…del segnalamento di protezione delle stazioni…
Le alte velocità dei mezzi di trasporto sono una affermazione di progresso che non si improvvisa, ma si raggiunge e si consolida solo dopo una metodica ed adeguata preparazione tecnica ed organizzativa di materiale e di uomini.
Il problema si pone anche per i trasporti ferroviari per i quali anzi si è reso molto sentito in questi ultimi anni in conseguenza della concorrenza degli altri nuovi mezzi di comunicazione e per il prodigioso perfezionamento dei tipi di motori adottati.
Dovendo in ogni caso osservare scrupolosamente gli orari stabiliti, le alte velocità ferroviarie si debbono ottenere con assoluta regolarità, nelle più svariate condizioni dì clima e tenendo conto di tutti gli elementi imprevisti che possono intervenire durante un lungo viaggio. Inoltre si richiede che esse siano ottenute non solo con quella grande sicurezza che è caratteristica dei trasporti su rotaie, ma anche con la migliore e sempre più larga comodità e proprietà offerta al pubblico dei viaggiatori.
Sorgono da queste rigorose condizioni di esercizio dei problemi complessi e nuovi, rivolti verso soluzioni che realizzino un continuo e sostanziale miglioramento delle linee ferrate, della posa dei binari, della loro manutenzione, del segnalamento dì protezione delle stazioni e degli innumerevoli binari e scambi che esse hanno: dello studio dei motori, dei tipi che sono da usare, della resistenza al moto propria dei treni e quindi delle locomotive. Problemi inerenti alla costruzione dei veicoli, all'impiego dei materiali, alle dimensioni da adottarsi per offrire al pubblico la migliore ospitalità: molleggiamento, silenziosità, condizionamento dell'aria ambiente per ottenere sempre una confortevole temperatura ed ima igienica aerazione.
Nel caso della trazione elettrica si prospettano inoltre problemi di captazione della corrente che deve essere derivata a mezzo di archetti striscianti sul filo aereo di contatto con elevatissima velocità che si avvicina e qualche volta supera i 40 m al secondo, ed attraverso i quali devono passare quantità dì corrente ad elevata tensione in continuo aumento. Per esempio, una nostra grossa locomotiva elettrica a corrente continua, trainante un treno dei più pesanti, dal filo aereo a 3000 volt di tensione, spesso deriva con l'archetto strisciante oltre 1000 ampere.
Bisogna evitare forti scintillamenti tra strisciante e filo che possono nuocere ai motori e alla linea, proteggersi dai corti circuiti, impedendo che le intemperie, la neve, il ghiaccio, il vento possano arrecare disturbi alla regolare presa di corrente.
Si tratta di marciare in tali condizioni alla velocità di 100, 120 km/ora di giorno e di notte, con qualsiasi tempo, per centinaia di chilometri spesso senza arresti intermedi, con orari stabiliti, con masse di treno che pesano quasi sempre più di settecento tonnellate, effettuare riprese e frenature dissipando quantità elevate di energia. Se si pensa che un treno elettrico di 1000 tonn nelle ferrovie dello Stato può raggiungere regolarmente su linea pianeggiante i 120 km/ora e che un elettrotreno a tre elementi di 120 tonn è stato spinto fino a 203 km/ora. si può valutare quali imponenti valori assumono tutti i fenomeni dinamici ed oscillatorii connessi con la forza viva sviluppata nel moto e quali affaticamenti ne derivano alla strada, alle opere fisse ed al materiale mobile.
…vi sono degli apparecchi giroscopici che permettono di registrare la esatta
curvatura dei binari nelle curve…
Queste caratteristiche particolari dei servizi ferroviari veloci spiegano come sia necessario che tutta una tecnica specializzata sorga e si perfezioni per applicare e sviluppare nel campo dei trasporti pesanti su strada ferrata quanto di meglio si possa ottenere dalle varie branche della ingegneria civile, meccanica ed elettrotecnica, in modo da apportare un contributo concreto di scienza e di esperienza alla realizzazione di questa spiccata e moderna tendenza dei trasporti ferroviari di raggiungere una sempre più elevata velocità dì piena corsa.
Fino a qualche anno fa la buona manutenzione del binario era controllata dai sorveglianti della linea che, viaggiando sulle locomotive dei treni più veloci, rilevavano ad occhio, in modo del tutto grossolano, i punti da rettificare. Oggi il controllo delle condizioni di manutenzione di una linea si esegue con apparecchi di precisione installati su di una apposita carrozza di ispezione della linea, dotata di modernissimi strumenti registratori di rilievo e di controllo. Vi sono degli apparecchi giroscopici che permettono di registrare la esatta curvatura del binario nelle curve; altri ne valutano invece la sopraelevazione sotto carico e cioè al passaggio del treno di prova; vi sono pattini striscianti che misurano e registrano gli allargamenti del binario sotto il carico del treno tanto se rimangono entro i limiti delle deformazioni elastiche quanto e soprattutto se permangono come deformazione permanente.
…su di una apposita carrozza di ispezione della linea…
…vi sono pattini striscianti che misurano e registrano gli allargamenti dei
binari…
…mediante appositi oscillografi istallati sul treno…
Lo studio del binario sotto i carichi dinamici veloci è oggetto dì particolari esperienze. Si controllano gli sforzi subiti dalle rotaie misurando le loro deformazioni elastiche al passaggio degli assi dei treni e risalendo da queste alla valutazione delle forze che le hanno prodotte. Tali deformazioni assumono valori di millesimi di millimetro e si manifestano in tempi di millesimi di secondo. Un urto di una ruota su di un giunto di rotaia, alla velocità di 120 km/ora, si verifica nel tempo di 1/1700 di secondo. Per misurare il valore di tale urto, che provoca accelerazioni istantanee superiori a due o tre volte quelle della gravità, si usano accelerografi appositamente ideati. Il terreno nella prossimità delle rotaie vibra fortemente: occorre misurare tali vibrazioni per studiare le ripercussioni sul materiale e sulla via; sì usano perciò degli accelerometri speciali di grande sensibilità e precisione. I ponti metallici al passaggio dei carichi mobili subiscono degli urti che li fanno oscillare: occorre misurare il periodo proprio di oscillazione di tali travate per evitare le risonanze tra esse e le sollecitazioni pulsanti trasmesse dai rotabili che vi transitano sopra ad alta velocità.
…occorre misurare il periodo proprio di oscillazione di tali travate…
…il terreno nella prossimità delle rotaie vibra fortemente: occorre misurare
tali vibrazioni…
Ma dove le difficoltà sperimentali di indagine aumentano è nella misura delle sollecitazioni che si manifestano nelle singole parti dei rotabili stessi mentre sono spinti alle alte velocità e sulle quali occorre applicare appositi strumenti rivelatori e registratori degli sforzi che subiscono i singoli organi in conseguenza delle azioni dinamiche che sopportano. Strumenti delicatissimi, a contatti microfonici, a quarzo piezoelettrico, a variazione di resistenza o di capacità elettrica, con valvole rivelatrici ed amplificatrici, vengono posti in posizioni, non accessibili all'operatore durante la corsa del treno e che sono soggette ad urti e sobbalzi, per poter registrare regolarmente, con continuità ed esattezza, su appositi oscillografi istallati sul treno lanciato ad elevata velocità, tutto il complesso di vibrazioni, di sforzi, di deformazioni che occorre controllare e studiare.
Le forme aerodinamiche del materiale che sono necessarie per diminuire la resistenza al moto dei rotabili veloci, vengono sperimentati alla «galleria del vento» con gli stessi metodi usati nell'aeronautica: si impiega sempre il sistema speculare o della riflessione o del doppio modello per avere in tal modo la possibilità di tener conto in maniera sufficientemente approssimativa dei fenomeni aerodinamici che si manifestano nel moto veloce in prossimità del suolo che è caratteristico dei veicoli terrestri. Le F.S. hanno fatto eseguire anche degli esperimenti con modelli di proprio materiale rotabile alla vasca idrodinamica con gli stessi metodi usati nello studio delle forme e dei profili di architettura navale per poter far correre il modello del rotabile esattamente in prossimità del modello del binario installato in fondo alla vasca stessa. Si è potuto così con questo nuovo metodo applicato per la prima volta da esperimentatori italiani di materiale ferroviario, studiare con maggiore esattezza di quella ottenibile alle gallerie del vento l'influenza della vicinanza del terreno al mobile veloce, giungendo a conclusioni molto importanti sulla necessità della carenatura anche della parte inferiore dei veicoli.
…vengono sperimentate alla galleria del vento…
…con modelli di proprio materiale rotabile alla vasca idrodinamica…
I vantaggi realizzati in Italia con l'uso delle prove alla vasca in confronto di quelli ottenuti alla galleria del vento furono rilevati da tecnici specialisti stranieri, specialmente inglesi ed americani.
In aggiunta a queste esperienze, rilievi cinematografici di fenomeni meccanici, registrazione di fenomeni elettrici dei regimi transitori, ecc. completano il quadro sperimentale dello studio dei mezzi per raggiungere sempre più elevate velocità.
Le Ferrovie Italiane dello Stato non sono seconde alle altre in questo genere di esperienze di avanguardia.
I risultati ottenuti già si manifestano concreti e danno motivo a bene sperare per l'avvenire.
Difatti, oltre ai massimi valori delle velocità raggiunte e già ricordati, una recente prova con un elettrotreno dì serie uguale a quello esposto all'Esposizione Universale di Nuova York ha permesso di superare la distanza fra Firenze e Milano di km 313, senza arresti intermedi in sole due ore, alla velocità commerciale di ben 166 km/ora estesa a tutto il percorso con la velocità massima di 200 km/ora raggiunta in più punti; si è con tale media attraversato velocemente l'Appennino superando la lunga galleria della Direttissima, opera insigne dell'ingegneria ferroviaria, ed i grandi nodi ferroviari dì Bologna, Modena, Parma e Piacenza, Cosa degna di rilievo, tale corsa è stata inserita nel normale traffico dei treni dell'importantissima arteria; e tali treni non hanno avuto nessun disturbo o ritardo alla loro marcia regolare.
…una recente prova con un elettrotreno di serie…
Da queste prove ed affermazioni brillanti che servono per saggiare ed allenare il materiale, gli impianti, gli uomini e l'organizzazione tecnica della circolazione dei treni, si ricava una abbondante messe di dati sperimentali che servono per i progetti successivi; esse sono quindi gli indici avanzati del progresso delle comunicazioni ferroviarie italiane che viene gradualmente ottenuto in tutti i servizi offerti al pubblico.