UNIVERSITÀ  DEGLI  STUDI  DI    CATANIA  DIPARTIMENTO  DI  INGEGNERIA  CIVILE  E  AMBIENTALE  

Sezione:  Ingegneria  delle  Infrastrutture  Viarie  e  dei  Trasporti  

 

     

Corso di:

COMPLEMENTI DI PROGETTO DI INFRASTRUTTURE VIARIE  

INFRASTRUTTURE FERROVIARIE  

 

 

 

 

 

Prof. Sascia Canale

Dott. Ing. Natalia Distefano

 

 

 

1.  GENERALITA’  

Veicoli  ferroviari  

Il  moto  e  la  guida  dei  veicoli  ferroviari  avvengono  in  modo  antitetico  rispetto  a  quelli  dei  veicoli  stradali,  poiché  in  ferrovia  la  guida  è  affidata  esclusivamente  al  binario,  trattandosi  di  trasporto  su  sede  propria.    

I   veicoli   ferroviari   hanno   le   ruote   di   uno   stesso   asse   rigidamente   calettate   fra   loro   e   l’insieme   di   due   ruote   e  dell’asse  corrispondente  (assile)  prende  il  nome  di  sala  montata.  

                                                                             

Fig.1  –  Sala  montata  

In   generale   un   veicolo   ferroviario   realizza   il   moto   attraverso   la   trasmissione   al   binario   di   forze   orizzontali  attraverso  le  ruote  motrici.  Il  sistema  di  forze  complessivo  è  costituito  da  forze  verticali,  la  cui  somma  è  il  peso  totale  del  veicolo  che  viene  trasmesso  da  tutte  le  ruote  e  da  forze  orizzontali  la  cui  somma  è  la  forza  di  trazione  trasmessa  dalle  sole  ruote  collegate  al  motore  (ruote  motrici).  

Le  ruote  non  collegate  al  motore  vengono  definite  ruote  portanti,  mentre  il  peso  che  grava  sulle  ruote  motrici  (in  analogia  al  caso  dei  veicoli  stradali),  è  chiamato  peso  aderente.  

La   ruota   (Fig.2)   è   fornita   di   cerchione,   dotato   di   forma   particolare,   con   bordino   e   con   superficie   di   appoggio  inclinata  verso  l’interno  di  un  angolo  la  cui  tangente  è  1/20.  

La  sala  montata  può  considerarsi  come  un  bicono  che  si  muove  sulle  rotaie  e,  sulla  conicità  delle  ruote  si  fonda  l’azione   di   guida   esercitata   dalle   rotaie   sulla   sala  montata.   Infatti,   se   una   sala   in  movimento   su   un   binario   in  rettilineo,  per  una  ragione  qualsiasi,  non  è  centrata,  i  raggi  di  rotolamento  delle  ruote,  per  effetto  della  conicità  dei  cerchioni,  non  saranno  uguali  e  l’asse  A-­‐B  risulterà  inclinato  rispetto  al  piano  p-­‐f  delle  rotaie  (Fig.3).  

Si   verifica   quindi   il   cosiddetto   moto   di   serpeggiamento   che   manda   i   bordini   delle   ruote   ad   urtare  alternativamente   contro   le   rotaie.   Le   oscillazioni   trasversali,   grazie   alla   particolare   conformazione  dell’accoppiamento  sala-­‐rotaia,  si  smorzano  gradualmente  e  la  sala  si  autocentra  naturalmente  sul  binario.  

   

   

   

 

 

Fig.2  –  Ruota  ferroviaria  e  cerchione  

 

                                                         

                                                             

Fig.3  –  Sala  montata  

 

Il   bordino,   di   cui   è   munito   il   cerchione   nella   parte   interna,   non   subirà   gli   urti   contro   le   rotaie,   soltanto   se  l’ampiezza  delle  oscillazioni  della  sala   risulta   inferiore  alla   tolleranza  di   spostamento  che   la  sala  ha  rispetto  al  binario.  

   

 

                                                                 

Fig.4  –  Moto  di  serpeggiamento  

 

Il  fatto  di  avere  le  ruote  coniche  collegate  rigidamente  consente  inoltre  a  ciascuna  sala  montata  di  comportarsi  come  "autosterzante”  durante  il  moto  in  curva.  In  pratica,  la  forza  centrifuga  spinge  la  sala  verso  l'esterno  della  curva   (ad   es.,   nella   direzione  della   freccia   in   figura)   e,   per   effetto   della   conicità   delle   ruote,   si   ha   che   la   ruota  interna  va  a  lavorare  su  un  diametro  minore  e  quella  esterna  su  uno  maggiore.    

Ciò  fa  sì  che  la  sala  affronti  la  curva  limitando  al  minimo  gli  strisciamenti  trasversali:  in  pratica  è  lo  spostamento  laterale   del   bicono   a   fungere   da   "differenziale".   Questo  meccanismo   di   funzionamento   è   favorito   anche   dagli  amplissimi  raggi  planimetrici  adottati  nella  progettazione  ferroviaria.  

 La   sede   ferroviaria   ha   funzione   di   sostegno   e   di   guida   dei   veicoli   tramite   le   rotaie;   le   parti   essenziali   che   la  costituiscono   sono:   l’armamento,   la   massicciata   o   ballast   e   l’eventuale   sub-­‐ballast,   l’eventuale   scudatura   e   la  piattaforma.  

 Prende  il  nome  di  armamento,  l’insieme  formato  dalle  rotaie,  dalle  traverse,  dai  giunti  e  dal  materiale  di  attacco  ai  sostegni  o  di  collegamento,  con  esclusione  della  massicciata.  Una  coppia  di  rotaie  costituisce  il  binario.  

                                                               

   Fig.5  –  Armamento  ferroviario  

 

   Per   piattaforma   si   intende   la   base   di   appoggio   sul   terreno   della   sede   ferroviaria   e   su   di   essa   si   posa  direttamente  la  massicciata  se  risulta  idonea  a  sopportare  i  carichi  che  transitano  sulle  rotaie,  senza  manifestare  sensibili  deformazioni  o  cedimenti.    

 La  larghezza  della  piattaforma  dipende  da:  •  numero  dei  binari  da  sistemare;  •  scartamento  dei  binari;  •  sagoma  d'ingombro  dei  veicoli;  •  spessore  della  massicciata;  •  esistenza  di  eventuali  servizi  accessori  (passaggi  pedonali,  cunette  di  scolo,  condutture  varie,  dispositivi  

di  manovra  e  di  segnalazione).  

La   dimensione   inter-­‐binario   fissata   per   le   ferrovie   italiane   è   pari   a   1435   mm   per   lo   scartamento   ordinario  utilizzato  in  quasi  tutte  le  ferrovie  europee.  Esiste  anche  uno  scartamento  ridotto  (950  mm  per  le  FS)  adottato  solo  per  basse  velocità  di  esercizio  e  traffico  limitato.  

Rotaia  

La  nomenclatura  dei  principali  elementi  che  compongono  la  rotaia  è  la  seguente:  

•  fungo  =  parte  superiore  sulla  quale  poggiano  direttamente  le  ruote  ferroviarie;  •  suola  =  parte  inferiore,  tramite  la  quale  la  rotaia  poggia  sulle  traverse;  •  gambo   =   parte   centrale,   posta   tra   fungo   e   suola,   sede   delle   forature   per   la   giunzione   di   due   rotaie  

consecutive;  • superficie  di  rotolamento  =  parte  superiore  del  fungo  a  diretto  contatto  con  la  parte  attiva  del  cerchione;  • piani  di  steccatura  =  piani  di  raccordo  tra  fungo  e  gambo  e  tra  gambo  e  suola;  sono  detti  così  perché  tra  

di   essi   sono   sistemate   le   “stecche”   o   “ganasce”   in   prossimità   delle   estremità   delle   rotaie   ed   in  corrispondenza  delle  giunzioni  tra  2  rotaie  consecutive.    

                                               

                                                                                                               

   Fig.6  –  Elementi  di  una  rotaia  

 Si   definisce   organo   d’attacco   il   dispositivo   che   permette   alla   rotaia   l’ancoraggio   alla   traversa   (trasferendo   a  questa   gli   sforzi   verticali),   una   corretta   posizione   trasversale   e   longitudinale   (serraggio   idoneo   ad   evitare  movimenti  relativi  tra  rotaia  e  traversa),  l’isolamento  elettrico  (se  necessario).  

 L’organo  d’attacco  può  essere:  

•  diretto:   se   l’organo   di   collegamento   fra   rotaia   e   traversa   garantisce   anche   la   posizione   della   rotaia  (applicato  su  traverse  in  legno  ed  ormai  in  disuso);  

• indiretto:   la   funzione   di   collegamento   rotaia/traversa   è   separata   da   quella   di   assicurare   la   posizione  della  rotaia  (è  oggi  il  tipo  più  diffuso,  sia  per  traverse  in  legno,  che  per  quelle  in  c.a.p).  

 A  sua  volta   la   rotaia  può  essere  posta   in  opera  con  posa  diretta   (se  poggia  direttamente  sulla   traversa)  o  con  posa  indiretta  (se  tra  rotaia  e  traversa  è  interposta  una  piastra  d’acciaio  con  lo  scopo  di  meglio  ripartire  i  carichi).  

                                 Fig.7  –  Posa  diretta  –  Attacco  diretto                                              Fig.8  –  Posa  indiretta  –  attacco  diretto  

 

 

                             Fig.9  –  Posa  indiretta  –  Attacco  indiretto                                                

 

Traverse  

Si  definisce  traversa  (o  traversina)  l’elemento  prismatico  trasversale  che  collega  le  due  rotaie  di  un  binario.  

La  sezione  trasversale  delle  traverse  può  appartenere,   in   funzione  delle  proprie  dimensioni,  a  sette  gruppi  e,  a  seconda  della  forma,  a  tre  categorie.  

L’interasse  delle  traverse  costituisce  il  modulo  o  passo  o  spartito  e  caratterizza  il  comportamento  del  telaio  del  binario  condizionando  il  trasferimento  delle  forze  verticali  e  quindi  i  cedimenti.  In  passato  si  utilizzavano  moduli  di  75  cm,  oggi  la  gran  parte  della  rete  adotta  un  modulo  di  60  cm  sia  per  linee  tradizionali  che  AV/AC.    

Esistono  moduli  di  traversa  ridotti  (50  cm),  ma  anche  di  66  cm  (linee  secondarie  FS).  

Le  traverse  svolgono  la  funzione  di:    

•  ripartire  sulla  massicciata  le  sollecitazioni  indotte  dalla  circolazione;  •  ancoraggio  del  binario  alla  massicciata  in  presenza  delle  azioni  indotte  dalle  variazioni  di  temperatura  e  

dalle  accelerazioni  e  decelerazioni  dei  convogli.    

Per  le  lunghe  rotaie  saldate,  l’immobilità  del  binario,  in  presenza  di  elevati  gradienti  di  temperatura,  è  garantita  appunto  dall’ammorsamento  delle  traverse  nel  pietrisco.  

I  materiali  costituenti  le  traverse  attualmente  in  uso  sono  il  legno  ed  il  cemento  armato  precompresso  o  no  (in  passato  anche  l’acciaio).  Le  traverse  in  legno  di  rovere  e  faggio,  ma  anche  in  cerro,  pino  e  larice,  vengono  trattate  (impregnate   in   autoclavi   con   olii   di   catrame)   per   conservare   nel   tempo   (dai   parassiti   e   funghi),   non   devono  essere  larghe  più  di  30  cm,  alte  più  di  17  cm  e  lunghe  2,60  m  e  presentano  una  sabotatura  (piano  di  ferratura)  di  50  cm.  

 Le   traverse   di   cemento   armato   hanno   ultimamente   sostituito   le   traverse   in   legno   (laddove   non   è   necessario  mantenere   il   binario   giuntato)   e   sono   distinte   in   monoblocco   (unico   manufatto   in   conglomerato   cementizio  precompresso   longitudinalmente)   e   biblocco   (costituita   da   due   elementi   in   conglomerato   cementizio   con  armatura  lenta  disposti  sottorotaia  e  collegati  da  un  tirante  in  acciaio).  

L’impiego  delle  traverse  in  cemento  armato  presenta  i  seguenti  vantaggi  rispetto  a  quelle  in  legno:  

•  grande  stabilità  dell’armamento  ferroviario  dovuta  al  peso  del  calcestruzzo  sensibilmente  più  elevato  di  quello   del   legno   (a   titolo   d’esempio,   si   osserva   che   un   binario   armato   con   rotaie   UIC   60,  montate   su  traverse  in  legno,  ha  un  peso  per  metro  di  circa  250  kg,  mentre  lo  stesso  binario  montato  su  traverse  in  cemento  armato  ha  un  peso  per  metro  di  ben  600  kg);  

•  elevata  inerzia  nei  confronti  delle  sollecitazioni  verticali  prodotte  dal  passaggio  dei  carichi  mobili;  •  ridotta  attività  di  manutenzione;  •  possibilità  di  armare  gli  ancoraggi  delle  rotaie  in  officina,  garantendo  in  tal  modo  un  accurato  rispetto  

dello  scartamento;  •  riduzione  del  tempo  di  produzione.  

Per   contro,   l’utilizzo   delle   traverse   in   cemento   armato   presenta   i   seguenti   svantaggi   rispetto   alle   traverse   in  legno:  

• impossibilità  di  recupero  degli  elementi  usurati;  • necessità   di   ricorrere   a   particolari   provvedimenti   per   isolare   le   rotaie   fra   loro   e   la   terra   nel   caso   di  

trazione  elettrica.  

 Massicciata  

La  massicciata  è  la  parte  della  sovrastruttura  costituita  da  elementi  di  roccia  frantumata  (ballast)  che  assicura  la  geometria  e  la  stabilità  del  binario  in  essa  annegato.  

 La  massicciata  svolge  i  seguenti  compiti:    

•  distribuisce  i  carichi  verticali  sul  piano  di  sottofondo  del  corpo  ferroviario,  •  assicura  al  binario  le  condizioni  geometriche  di  progetto  (livelli  e  allineamenti  sia  di  costruzione  che  di  

manutenzione),    •  assorbe   gli   sforzi   indotti   nel   binario   dalla   circolazione   dei   treni   (verticali   ed   orizzontali   dovuti   alle  

azioni  di  guida,  ai  moti  di  serpeggio,  alle  azioni  frenanti,  alle  azioni  di  martellamento),  dalle  variazioni  di  temperatura,    

•  costituisce  un  drenaggio  delle  acque  meteoriche,    •  conferisce  elasticità  al  binario  e  realizza  un  filtro  fra  binario  ed  ambiente  per  le  vibrazioni.  

   Il  materiale   lapideo  per   la   formazione  della  massicciata   deve   essere   permeabile   e   costituito   da   elementi   con  coefficiente  d’attrito  interno  non  inferiore  a  45°  ed  una  densità  non  minore  di  1,5  t/m3.  I  suoi  elementi  devono  essere  a  spigoli  vivi  (le  FS  impongono  indici  Los  Angeles  inferiori  a  20-­‐25  per  linee  normali  e  non  superiore  a  16  per  linee  AV/AC).    

La  pezzatura  del  pietrisco  deve  essere  compresa  per  le  FS  tra  3  e  6  cm.    

Per   massicciate   ferroviarie   di   solito   vengono   preferite   le   rocce   silicee   alle   rocce   calcaree:   le   caratteristiche  chimico-­‐mineralogiche   della   roccia   e   la   sua   struttura   influenzano   le   caratteristiche   meccaniche   di   resistenza  all’usura  e  di  durabilità.  Un  pietrisco  di  rocce  silicee  ha  una  durabilità  di  un  trentennio  contro  una  durabilità  di  un  ventennio  di  un  pietrisco  di  rocce  esogene  (se  sottoposto  ad  un  traffico  giornaliero  di  200000  t).  

La  sezione  di  una  massicciata  ha   forma   trapezoidale  ed  è  costituita  dalle   seguenti  parti:   cassonetto   (parte  ove  sono   annegate   le   traverse),   unghiatura   (sezione   triangolare   del   trapezio),   ciglio   dell’unghiatura   (è   lo   spigolo  superiore  della  massicciata),  piede  dell’unghiatura  (è  lo  spigolo  inferiore  della  massicciata).  

                                   

   Fig.10  –  Massicciata  ferroviaria  

   

Sub-­‐ballast  o  sottofondo  

Specifici  controlli  sperimentali  hanno  evidenziato  come  i  vari  livelli  di  velocità  di  marcia  dei  convogli  sollecitino  con   modalità   diverse   il   binario,   soprattutto   per   effetto   delle   vibrazioni   (lunghezze   d'onda,   accelerazioni)  prodotte  da  difetti  d'appoggio  del  binario  stesso.  

La   trasformazione   dell'energia   di   vibrazione   in   lavoro   di   deformazione   determina   scorrimenti   reciproci   fra   i  granuli   della   piattaforma   che   possono   portare   a   nuove   configurazioni   di   equilibrio   anche   prossime   alle  condizioni  limite.  

Di   conseguenza,   per   il   raggiungimento   di   velocità   sempre   più   elevate,   si   è   introdotto   un   nuovo   elemento  strutturale  (sub-­‐ballast  o  sotto-­‐ballast),  all’interfaccia  tra  ballast  e  sottofondo,  idoneo  a  mantenere  inalterata  la  geometria   del   binario   in   relazione   alle   elevate   velocità   previste   tenendo   presente   che   le   accelerazioni   delle  traverse  aumentano  con  il  quadrato  della  velocità.    

In  particolare  il  sub-­‐ballast  deve:  

•  garantire  una  migliore  distribuzione  delle  sollecitazioni  statiche  e  dinamiche  nel  sottofondo,    •  adattarsi,  senza  fessurarsi,  ad  eventuali  assestamenti  del  piano  di  posa,    •  resistere  alle  sollecitazioni  a  fatica  ed  ai  cicli  di  gelo-­‐disgelo,  •  impedire  la  risalita  di  materiale  fino  verso  la  massicciata,  •  fornire  un  permanente  e  regolare  piano  di  scolamento.  

 Per   ottenere   i   suddetti   obiettivi,   le   FS   prevedono   che   il   sub-­‐ballast   possa   essere   costituito   da   uno   strato   in  conglomerato  cementizio  dello  spessore  di  almeno  20  cm  (si  tratta  di  misto  cementato  caratterizzato  da  inerti  a  basso  dosaggio  di  cemento;  il  basso  modulo  elastico  consente  una  buona  deformabilità)  oppure  da  uno  strato  in  conglomerato  bituminoso  dello  spessore  minimo  di  12  cm.    

   

 2.  TIPOLOGIE  DI  APPARECCHI  DEL  BINARIO  

Il   sistema   di   trasporto   su   rotaia   è   definito   unidirezionale,   in   quanto   i   veicoli   su   binario   non   hanno   altra  possibilità  di  movimento  se  non  quella  lungo  l’asse  del  binario  medesimo.  

È  però  evidente  che  una  simile  limitazione,  se  assoluta,  riduce  la  possibilità  d’utilizzazione  al  solo  caso  di  navetta  tra  due  stazioni  estreme.  

Dovendosi,   invece,  svolgere  un  vero  servizio  ferroviario  è  indispensabile  disporre  di  apparati  capaci  di  deviare  un  convoglio,  che  si  trovi  su  un  binario,  su  di  un  secondo  binario  che  da  esso  si  diparta,  oppure  di  permettere  ad  un  convoglio  l’attraversamento  di  un  binario  intersecante.  

   Tali  dispositivi,  detti  apparecchi  del  binario,  trovano  largo  impiego:  

• nelle  stazioni,  dove  deve  potersi  ricevere  un  treno  in  uno  qualsiasi  dei  binari  di  stazionamento,  per  poi  da  esso  farlo  ripartire;  

• nei  siti  in  cui  devono  effettuarsi  incroci  o  precedenze  fra  treni;  • nei  fasci  di  riordino,  ove  si  deve  poter  modificare  l’ordine  secondo  cui  si  succedono  i  carri  in  uno  stesso  

treno;  • nei   fasci  di   smistamento  e  di   ricomposizione  dei   treni,   ove   si  debba  provvedere  a   sezionare  un   treno,  

ottenendone  sezioni  da  affidare  ad  altri  treni  o  viceversa;  • nei  piazzali  secondari  di  stazione  e  in  quelli  di  depositi  locomotive;  • nel  corso  della  linea  ferroviaria,  laddove  si  abbia  una  diramazione  o  bivio,  nella  necessità  di  collegare  le  

due  vie  di  corsa  di  una  linea  a  doppio  binario,  per  consentire  la  circolazione  nel  senso  opposto  a  quello  di  marcia  normale  che,  nella  rete  ferroviaria  nazionale,  avviene  sul  binario  di  sinistra.  

In  relazione  ai  movimenti  consentiti,  gli  apparecchi  di  binario  si  classificano  in:  

• scambi  o  deviatoi  semplici,  se  consentono  la  deviazione  da  un  binario  a  un  altro;  • scambi  o  deviatoi  multipli,  se  consentono  la  deviazione  da  un  binario  ad  altri  due;  • intersezioni,  se  consentono  il  reciproco  attraversamento  di  due  binari  che  si  intersecano;  • scambi-­‐intersezioni  (scambi  inglesi),  se  consentono  sia  la  deviazione  che  l’attraversamento  reciproco  fra  

due  binari:  possono  essere  semplici  o  doppi  a  seconda  che  la  deviazione  dall’uno  all’altro  dei  due  binari  che  si  intersecano  sia  possibile  da  uno  solo  o  da  entrambi  i  lati  dell’intersezione;  

•  comunicazioni  (semplici  e  doppie)  con  la  funzione  di  collegamento  tra  binari  adiacenti.  

È   evidente   che   un’apparecchiatura   capace   di   rendere   possibile   il   passaggio   di   un   veicolo   dal   binario   in   cui   si  trova,  ad  un  altro  binario  che  da  esso  si  dirama,  deve  poter  assumere  due  distinte  posizioni:  

1.  con  una  posizione,  il  veicolo  deve  poter  proseguire  sul  binario  in  cui  marcia;  2.  con  l’altra  posizione,  il  veicolo  deve  poter  essere  avviato  sul  binario  deviato.  

L’apparecchio  elementare  del  binario  è  rappresentato  dal  deviatoio  semplice  che,  se  usato  per  la  deviazione  da  un  binario  ad  un  altro  è  costituito  da:  

• un  ramo  principale  o  di  corretto  tracciato,  generalmente  rettilineo,  ma  che  può  anche  essere  curvo  e  che  costituisce  la  continuazione  del  binario  principale;  

• un  ramo  deviato,  che  immette  dal  binario  principale  all’altro  binario.  

                                                                                                         

   Fig.11  –  Deviatoio  semplice  

Il  deviatoio  si  dice  destro  o  sinistro  quando,  guardandolo  dalla  punta,  il  ramo  deviato  volge  rispettivamente  verso  destra  o  verso  sinistra.  

Se  usato  per   la  diramazione  di  due  binari  da  un  unico  binario,   i   rami  del  deviatoio  sono  entrambi  deviati  ed   il  deviatoio  si  dice  simmetrico  o  asimmetrico  a  seconda  che  i  rami  abbiano  o  meno  la  stessa  curvatura.  

Nel  caso  di  deviatoio  destro  o  sinistro,  si  ha  una  sovrapposizione  di  un  tratto  di  binario  curvo  con  un  tratto  di  binario  retto,  tangenti  l’uno  con  l’altro.  

Nel   caso   di   deviatoio   simmetrico   o   asimmetrico,   invece,   si   sovrappongono   due   tratti   di   binari   curvi   in   senso  opposto,  fra  loro  tangenti  e  aventi  il  medesimo  raggio  o  raggi  differenti.  

In  uno  scambio  sono  sempre  presenti  due  parti  caratteristiche,  cioè:  

Ø  una  parte  mobile  –   costituente   il   cambiamento  e   comunemente  chiamata   telaio  degli  aghi   –   capace  di  assumere  due  diverse  posizioni  per  garantire   la  continuità  del  binario  di  entrata,   rispettivamente,  con  l’uno  o  con  l’altro  binario  di  uscita;  

Ø  una  parte  fissa  –  costituente  l’incrociamento  e  comunemente  chiamata  cuore  –  in  cui  è  resa  possibile  la  marcia  dei  veicoli,  sull’una  o  sull’altra  uscita,  malgrado  l’incrocio  che  necessariamente  si  deve  verificare  tra  la  rotaia  sinistra  dell’uscita  destra  e  la  rotaia  destra  dell’uscita  sinistra.  

Le  due  parti  principali  sono  tra  loro  collegate  da  quattro  brevi  rotaie  che  prendono  il  nome  di  rotaie  intermedie.    

Per   consentire   che   una   ruota   munita   di   bordino   venga   avviata   su   di   un   istradamento   diverso   da   quello  corrispondente  alla  rotaia  su  cui  essa  sta  rotolando  è  necessario  che  la  nuova  rotaia  venga  accostata  alla  prima  in  modo  tale  da  invitare  su  di  essa  il  bordino  e  portare  così  la  ruota  sulla  nuova  direzione.  Il  passaggio  della  ruota,  ed   in  particolare  del  bordino,   sulla  nuova   rotaia  deve  anche  avvenire   con  ogni  possibile  dolcezza,   senza  alcun  urto  o  sobbalzo,  e  l’accostamento  deve  essere  sicuro  e  completo  in  modo  da  evitare  qualsiasi  invito  al  bordino  ad  incunearsi  tra  le  due  rotaie  forzandone  l’accoppiamento.  

 

Fig.12  –  Elementi  dello  scambio  

Per  garantire  questo  si  provvede  lavorando  l’estremità  della  rotaia  mobile  in  modo  tale  da  garantire  un  perfetto  adattamento  del   suo   fianco   al   fianco  della   rotaia   fissa   ed   anzi   facendo   in  modo   che   la  punta  della  prima  vada  addirittura  a  nascondersi  sotto  al  fungo  della  seconda.    

 È   proprio   per   questa   lavorazione,   che   provoca   un   caratteristico   assottigliamento   della   punta,   che   si   parla   di  questa  estremità  indicandola  come  ago.  La  parte  di  rotaia  fissa  contro  cui  l’ago  va  ad  appoggiarsi  viene  chiamata  contrago.  

Per   ottenere   il   cambiamento   è   necessaria   una   coppia   di   aghi   ciascuna   dei   quali   deve   poter,   alternativamente,  essere   accostata   al   proprio   contrago.   In   ogni   ago   si   riscontra   una   punta   e,   dal   lato   opposto,   un   tallone.   Dalla  denominazione   di   punta   e   tallone   nascono   le   locuzioni   preso   di   punta   e   preso   di   tallone   per   indicare   che   lo  scambio   viene   percorso,   rispettivamente,   da   un   movimento   che   incontra   prima   la   punta   e   poi   il   tallone   o  viceversa.  Pertanto  uno  scambio  è  preso  di  punta  da  un  convoglio  che  lo  utilizzi  come  deviazione  mentre  è  preso  di  tallone  da  un  convoglio  che  lo  utilizzi  come  confluenza.  

                                                                                     

   Fig.13  –  Esempio  di  scambio  ferroviario  

Il  movimento  degli  aghi  di  uno  scambio  può  ottenersi  od  attraverso  una  vera  e  propria  rotazione  attorno  ad  un  perno  verticale  posto   in   corrispondenza  del   tallone   (con  aghi   a   cerniera)  o  per  deformazione  elastica  dell’ago  stesso   in  corrispondenza  del  suo  tallone  (ad  aghi  elastici).   I  due  aghi  di  uno  scambio  devono  potersi  accostare  alternativamente   ai   rispettivi   contraghi.   Se   gli   aghi   si   accostassero   contemporaneamente   ambedue   al   proprio  contrago,  gli   assi  di  un  convoglio   che  prendesse   lo   scambio  di  punta   forzerebbero   lo   scambio  nel   senso  che  si  infilerebbero   tra   i   due   aghi   inoltrandosi   così   in   una   zona   a   scartamento   rapidamente   decrescente   con  conseguente  sicuro  svio  per  scavalcamento  dei  bordini  al  disopra  dei  funghi.    

Analogamente,   se   i   due   aghi   fossero   ambedue   lontani   dal   rispettivo   contrago,   gli   assi   del   convoglio   li  abbraccerebbero   infilandosi   così   in   una   zona   a   scartamento   rapidamente   crescente   con   conseguente   svio   per  caduta  dei  cerchioni  dai  funghi.  

È   evidente   la   necessità   di   collegare   tra   di   loro   i   due   aghi,   con   dei   tiranti   di   accoppiamento   o   di   unione,  costituendo  così  un  telaio  degli  aghi.  È  il  telaio  che  assume  due  distinte  posizioni  in  ciascuna  delle  quali  uno  degli  aghi   è  discosto  dal   suo   contrago  mentre   l’altro   è   accosto   al   suo.   La   corsa  del   telaio  degli   aghi   viene   tenuta,   in  corrispondenza  delle  punte,  di  almeno  12  centimetri.  

!

Le  due  rotaie  costituite  dagli  aghi  si  intersecano  in  corrispondenza  di  quello  che  si  è  già  definito  incrociamento  o  cuore  dello  scambio.  L’intersezione  dà  luogo  a  due  angoli  opposti  al  vertice  i  cui  lati  devono  essere  percorribili  da  ruote  con  bordino:  è  pertanto  indispensabile  che  su  entrambi  i  lati,  in  un  punto  subito  precedente  quello  in  cui  si  incrociano  gli  assi  delle  due  rotaie,  venga  praticato  un  taglio  di  larghezza  sufficiente  a  permettere  il  passaggio  del  bordino.  Subito  oltre  il  taglio,  ed  a  partire  dal  punto  in  cui  si  incrociano  i  bordi  interni  dei  funghi  delle  due  rotaie,  è  possibile  riprendere  la  continuità  delle  rotaie:  si  viene  così  a  creare  la  caratteristica  punta  del  cuore.  

L’ampiezza   dell’angolo   costituente   il   cuore   è   funzione   dell’angolo   di   deviazione   e   cioè   dell’angolo   formato  dall’asse  dei  due  rami  di  uscita  del  deviatoio.  

 È   costituito   da   un   unico   pezzo   ottenuto   per   fusione   di   una   lega   acciaiosa   ad   alto   tenore   di   manganese   per  ottenere  sufficiente  durezza  del  materiale  e,  quindi,  conseguente  elevata  resistenza  all’usura.  In  corrispondenza  dell’incrociamento  si  ha  un’interruzione  delle  due  rotaie  che  si   incrociano  e  ciò   fa  sì  che   in  quel  punto  viene  a  mancare,  per  una  delle  due  ruote  di  ogni  sala,  l’appoggio  del  bordino  al  normale  fungo.  

Il  mancato   appoggio   si   verifica   per   un   certo   intervallo   che   è   tanto   più   lungo   quanto   più   piccolo   è   l’angolo   di  deviazione   dello   scambio   e   quanto  maggiore   è   lo   spessore   che   non   si   può   fare   a  meno   di   lasciare,   per   ovvie  ragioni   costruttive   e   di   resistenza,   alla   punta   del   cuore.   Questo   intervallo   di   mancato   appoggio   viene   detto  intervallo  nocivo  o  spazio  nocivo  e  corrisponde  ad  una  zona  di  marcia  non  guidata.  

   Il  deviatoio  semplice  è  individuato  dalle  FS  da  una  sigla  in  cui  figurano  nell’ordine:  

§  la  lettera  S  che  sta  ad  indicare  lo  scambio  semplice;  §  il  tipo  di  armamento;  §  il  raggio  del  ramo  deviato;  §  il  valore  della  tangente  dell’angolo  di  uscita  (b);  §  una  lettera  d  o  s,  a  seconda  che  si  tratti  di  scambio  destro  o  sinistro.  

Si   ricorda   che   la   classificazione  delle   rotaie   viene   fatta   in   base   al   loro  peso  per  metro   lineare:   si   parla   così   di  armamento  da  46  o  da  60,  a  seconda  che  ci  si  riferisca  ad  un  armamento  le  cui  rotaie  pesano,  ciascuna,  46  kg  o  60  kg  per  metro  lineare.  

A  titolo  d’esempio,  la  sigla  S  60/250/0,12  d  identifica  uno  scambio  semplice,  costituito  da  rotaie  UIC  60,  avente  il  ramo   deviato   costituito   da   una   porzione   di   circonferenza   di   raggio   pari   a   250  m   e   un   angolo   di   uscita   la   cui  tangente  ha  il  valore  di  0,12,  destro.  

La   comunicazione   semplice   è   un   dispositivo   che   ha   la   funzione   di   collegare   tra   loro   due   binari   adiacenti,   che  generalmente  si  sviluppano  lungo  un  tracciato  rettilineo.  

Essa  è  composta  da  due  scambi  semplici  destri  o  sinistri,  collegati  tra  di  loro  mediante  il  ramo  deviato.  

Si   definisce   comunicazione   semplice   destra,   la   comunicazione   composta   da   scambi   con   deviazione   destra,  mentre  scambi  con  deviazione  sinistra  danno  origine  ad  una  comunicazione  semplice  sinistra.  

   

                       Fig.14  –  Comunicazione  semplice  destra                                                                    Comunicazione  semplice  sinistra  

 

Una  comunicazione  con  due  scambi  intersezione  semplici  o  doppi  può  essere  indifferentemente  destra  o  sinistra.  Tra  i  due  rami  deviati  dei  deviatoi,  costituenti  la  comunicazione,  si  interpone  di  regola  una  campata  L  di  binario.  

   

     Fig.15  –  Comunicazione  semplice  con  2  scambi  intersezione  semplici  

 

     Fig.16  –  Comunicazione  semplice  con  2  scambi  intersezione  doppi  

La  comunicazione  doppia,  denominata  a   forbice,  è  costituita  da  4  deviatoi  A,  B,  C,  e  D,  disposti  su  due  binari   in  posizione   simmetrica   rispetto   al   punto  di   intersezione  M  degli   assi   dei   rispettivi   rami  deviati.   Per  una   siffatta  comunicazione  occorrono,  oltre  ai  4  cuori  semplici  a,  b,  c  e  d  dei  4  deviatoi  semplici,  2  cuori  semplici  e  ed  f  e  due  cuori  doppi  g  ed  h  di  intersezione  dei  rami  deviati.  

La   tangente  dei  cuori  e,   f,  g,  ed  h  di   intersezione  dei  rami  deviati  ha  un  valore  circa  doppio  di  quella  dei  cuori  semplici,  a,  b,  c,  e  d  dei  deviatoi.  

       Fig.17  –  Comunicazione  doppia  a  forbice  

 

 

3. STAZIONI  FERROVIARIE  

La   stazione   ferroviaria   si   può   definire   come   un   nodo-­‐sistema   della   rete   ferroviaria,   nel   quale   si   sviluppano   i  seguenti  processi:  

Ø  arrivi  e  partenze  dei  viaggiatori;  Ø  spedizione,  ricevimento  e  smistamento  delle  merci;  Ø  operazioni  di  esercizio;  Ø  servizi.  

 Gli  impianti  che  assistono  i  processi  anzidetti  sono:  

§  impianti  per  il  servizio  viaggiatori;  §  impianti  per  il  movimento  delle  merci;  §  impianti   per   operazioni   di   esercizio   relative:   al   movimento   (incroci,   circolazione,   precedenze,  

formazione   di   treni,   smistamento);   alla   trazione   (sosta,   pulizia,   rifornimenti   d’acqua,   carburante   e  lubrificanti,   piccole   riparazioni);   alle   operazioni   sui   veicoli   (sosta,   pulizia,   rifornimento   d’acqua,  sostituzione  di  batterie,  riparazioni  di  carrozze  e  di  carri);  alle  operazioni  postali,  di  magazzinaggio,  etc.  

   

Un  primo  criterio  di  classificazione,  basato  sull’importanza  del  traffico,  distingue:  

• le   piccole   stazioni   comprendenti   stazioni   medio   piccole   e   scambiatori   per   pendolari   in   grandi   aree  metropolitane,  nonché  piccole  stazioni  o  fermate  per  comuni  di  piccole  dimensioni;  

• le   stazioni   medie   di   centri   urbani   importanti   (capoluoghi   di   provincia),   quando   possiedono   più   di   2  binari   per   ogni   direzione   (è   il   caso   delle   stazioni   di   diramazione,   poste   in   corrispondenza   di   una  biforcazione  della  linea);  tali  stazioni  sono  in  genere  collocate  all'interno  del  tessuto  urbano  più  denso  e  sono   veri   poli   attrattori;   a   tali   stazioni   si   possono   assimilare   stazioni   secondarie   di   grandi   aree  metropolitane  (ad  es.,  Milano  Lambrate  o  Firenze  Rifredi);  

• le  grandi  stazioni  di  grandi  aree  metropolitane  o  di  città  sede  di  altre  stazioni  di  nodo;  tali  stazioni,  molto  spesso  con  tipologia  di  testa,  sono  in  genere  collocate  all'interno  del  tessuto  urbano  più  denso  ed  hanno  forte  ruolo  di  polarizzazione.    

 Secondo  la  specializzazione  funzionale,  le  stazioni  ferroviarie  si  distinguono  in:  

• stazioni  viaggiatori  alta  velocità  (di  interesse  internazionale  e  nazionale)  specializzate  per  il  traffico  dei  treni  superveloci;  

• stazioni  viaggiatori  grandi  linee  (di  interesse  internazionale,  nazionale  e  interregionale);  • stazioni  viaggiatori  linee  di  interesse  regionale  (metropolitane  regionali);  • stazioni  ferroviarie  di  linee  di  interesse  locale  (metropolitane)  • scali  merci;  (esiste  tutta  una  complessa  gerarchia  degli  scali  merci)    • stazioni  merci  e  stazioni  di  smistamento,  poste  in  prossimità  dei  nodi,  dove  si  selezionano  i  carri  in  arrivo  

verso  un  numero  ristretto  di  destinazioni;  • stazioni  miste  (di  norma  per  le  stazioni  di  piccola  e  media  dimensione).  

 In  relazione  al  servizio  di  movimento  treni  le  stazioni  possono  essere:  

• di   capotronco,   che   delimitano   un   tratto   di   linea   dove   si   svolgono   operazioni   di   gestione   relative   alla  circolazione  dei  treni;  

•  di  diramazione;  •  di  comunicazione,  tra  tratte  eterogenee:  per  esempio  a  semplice/doppio  binario;  a  scartamento  diverso.  

 Nella  suddetta  classificazione,  si  considerano  i  seguenti  impianti:  

• posti  di  movimento,   ubicati   lungo   la   linea  o   all’interno  del  piazzale  delle   grandi   stazioni,   non  adibiti   al  servizio  del  pubblico  ma  preposti  alle  operazioni  legate  alla  circolazione  dei  treni;  

• bivi,  all’esterno  della  stazione  propriamente  detta,  dove  convergono  più  linee;  • stazioni  di  smistamento  dove  si  ordinano  i  carri  merci  dei  treni  in  arrivo  per  formarne  altri  con  rotabili  

tutti  diretti  verso  una  stessa  direzione.  

 È  poi  possibile  una  classificazione  basata  sull’ubicazione  dei  fabbricati  viaggiatori  rispetto  al  fascio  dei  binari,  e  cioè:  

• le  stazioni  di  testa.  Tale  tipologia,  tipica  delle  grandi  città  capolinea,  è  caratterizzata  da  un  gran  fascio  di  binari  che  si  restringe  man  mano  si  collega  con  le  linee  di  arrivo  e  partenza,  da  notevole  complessità  e  costo  di  esercizio;  si  noti  comunque  che  può  essere  utilizzata  per  stazioni  estreme  o  intermedie;  

• le  stazioni  di  transito  (o  di  passaggio);  • le  stazioni  a  cuneo,  in  corrispondenza  di  biforcazioni;  • le  stazioni  ad  isola,  circondate  dalle  linee  che  vi  fanno  capo.  

 Un  ultimo  criterio  si  fonda  sulla  ubicazione  del  piazzale  della  stazione  rispetto  alle  linee  che  vi  confluiscono.  Si  distinguono,  allora:  

• le  stazioni  estreme  o  terminali,  ubicate  al  termine  di  più  linee;  • le  stazioni  intermedie,  poste  lungo  le  linee  (di  testa  o  di  transito);  • le  stazioni  di  diramazione  e/o  convergenza  di  due  o  più  linee.  

   

       Fig.18  –  Tipologie  di  stazioni  ferroviarie  

 

 Fasci  elementari  di  binari  di  stazione  

Si   definisce  manovra   qualunque   spostamento  di  mezzo  motore   o   di   veicolo   nell'ambito   di   una   stazione   o,   più  genericamente,  nell'ambito  di  un  impianto  ferroviario.  

 In  particolare  si  considera  manovra  qualunque  spostamento  di  un  treno  o  di  una  parte  di  esso,  durante  la  sosta  in  stazione  e  prima  che  sia  dato  l'ordine  di  partenza.  

 I  fasci  elementari  di  binari  che  servono  per  i  movimenti  dei  treni  e  le  

 manovre  nell'interno  di  una  stazione  sono:  

 •  i  binari  di  incrocio;  

 •  i  binari  di  precedenza;  

 •  i  fasci  di  binari,  propriamente  detti.  

 Un  binario  di  incrocio  o  di  precedenza  è  un  binario  parallelo  a  quello  di  corsa  e  da  esso  derivato  con  due  scambi,  o   due   comunicazioni,   alle   estremità.   Costruttivamente   un   binario   del   genere   non   presenta   caratteristiche  

particolari;  per  esso  si  usa  un  armamento  più  leggero  di  quello  dei  binari  di  corsa.  Si  definisce  lunghezza  utile  o  modulo   di   un   binario   di   incrocio   o   di   precedenza   la   distanza   in  metri   fra   le   traverse   limiti   dei   due   scambi   di  estremità.    

   

 

   

 

 

 

 

 Fig.19  –  Stazioni  intermedie  

 

Un  gruppo  di  più  binari  paralleli,  tra  loro  collegati  da  scambi,  prende  il  nome  di  fascio  dei  binari.  

Il  collegamento  può  avvenire  da  un  solo  lato  ed  in  tal  caso  si  ha  un  fascio  di  binari  tronchi;  da  ambedue  i  lati  ed  allora  il  fascio  viene  detto  di  binari  passanti.  Tutti  i  binari  di  un  fascio  convergono  in  un  unico  binario  rettilineo,  di   opportuna   lunghezza,   oltre   l'ultimo   scambio.   Tale   binario   prende   il   nome   di   asta   di  manovra   e   consente   il  recupero  di  veicoli   ferroviari,   isolati  o   in  colonna,  da  un  binario  del   fascio,  ed   il   loro  passaggio   in  altro  binario  parallelo.  

 

 Fig.20  –  Fasci  di  binari  

 

In  linea  di  massima  la  lunghezza  dei  binari  di  un  fascio  si  stabilisce  di  volta  in  volta.  

 La   lunghezza  dell'asta  si  determina  in  relazione  a  quella  utile  del  binario  più   lungo  del   fascio,  aumentata  della  lunghezza  del  mezzo  di  trazione  normalmente  usato  per  le  manovre.  

 La  geometria  del  fascio  e   la  posizione  degli  scambi  si  studiano  in  modo  tale  da  ottenere  la  massima  lunghezza  utile  possibile  evitando,  contemporaneamente,  l'impiego  di  curve  di  piccolo  raggio.  

 Il   raggruppamento  dei   binari   può   avvenire,   fondamentalmente,   in   tre    modi   diversi:   a   raggruppamento   retto,  curvo  e  misto.  

Nel  raggruppamento  retto  gli  scambi  si  susseguono  o  con  tutti   i  rami  allineati  (prima  figura)  o  con  tutti   i  rami  deviati  allineati  (seconda  figura).  

                                                               

Fig.21  –  Fascio  a  raggruppamento  retto  con  rami  retti  allineati  

 

 

Fig.22  –  Fascio  a  raggruppamento  retto  con  rami  deviati  allineati  

Nel   raggruppamento   curvo,   invece,   con   il   ramo   deviato   di   uno   scambio   si   allinea   quello   retto   dello   scambio  successivo.  

                                                                                 

   Fig.23  –  Fascio  a  raggruppamento  curvo  

   

 Nel  raggruppamento  misto,  i  due  sistemi  precedenti  vengono  entrambi.  È  il  sistema  più  usato.  

                                               

Fig.24  –  Fascio  a  raggruppamento  misto  

Nel  caso  dei  binari  passanti  il  collegamento  di  estremità  si  effettua  con  uno  dei  tre  sistemi.  Per  le  estremità  del  fascio  si  possono  applicare  sistemi  differenti.  

Nel  sistema  a  raggruppamento  retto  con  rami  deviati  allineati  da  ambo  le  parti,  vi  sono  binari  tutti  decrescenti  di  lunghezza  diversa  via  via  che  ci  si  allontana  dal  binario  principale.  

                                                                                     

Fig.25  –  Fascio  retto  allineato  su  binario  deviato  

Adottando  per  le  due  estremità  raggruppamenti  retti  diversi  si  hanno  binari  tutti  della  stessa  lunghezza.  

                                                                                     

Fig.26  –  Fascio  retto  con  applicazione  di  raggruppamenti  retti  diversi  alle  estremità  

Stesso  risultato  della   configurazione  precedente  si  può  ottenere  con   il   sistema  detto  a   losanga  che   impiega  ad  ambedue  gli  estremi  il  raggruppamento  retto  con  allineamento  dei  rami  deviati,  ma  provoca  l'inconveniente  di  non  aver  più  un  binario  di  corretto  tracciato.  

In   qualche   caso,   come   indicato   in   figura,   si   inserisce   anche   una   comunicazione   intermedia   con   scambi   inglesi  interessanti   tutti   o   parte  dei   binari.   Il   collegamento  dei   fasci   tronchi   o  passanti   ai   binari   di   circolazione   viene  realizzato  con  opportune  comunicazioni.  

In  corrispondenza  del  collegamento  vi  è  un'asta  di  manovra.  

                                                                                                     

Fig.27  –  Fascio  a  losanga  

In   alcuni   casi   il   fascio   si   considera   suddiviso   in   due   fasci   paralleli,   ciascuno   con   la   sua   asta   di   manovra.   Ciò  consente   di   svolgere   manovre   indipendenti   o   di   far   partire   e   giungere   un   treno   nel   primo   fascio,   senza  interrompere  l'esecuzione  di  manovre  sul  secondo.  

                                                                               

Fig.28  –  Fascio  a  binari  paralleli