Licenza macchinista - Modulo 2

Modulo 22.1.1 principi base infrastruttura ferroviaria

L'infrastruttura ferroviaria si compone degli elementi in appresso indicati, sempre che essi facciano parte dei binari di corsa e dei binari di servizio, eccettuati quelli situati all'interno delle officine di riparazione del materiale e dei depositi o rimesse per i mezzi di trazione, le diramazioni o i raccordi privati.

Armamento

Con il termine armamento ferroviario viene definito il complesso costituito dalle rotaie di qualsivoglia tipo o genere, dai deviatoi di ogni tipo (semplice, doppio, inglese, etc.), dalla massicciata e da quanto occorre al montaggio, fissaggio e regolazione della via ferrata su cui corrono i treni.

Particolari installazioni di armamento esistono per linee ferroviarie dette ad "aderenza artificiale" (a cremagliera). Generalmente viene interposta tra le due rotaie di un binario una terza rotaia con funzione di aggancio tra binario e mezzo di trazione in modo da garantire la necessaria presa e spinta per poter vincere in salita le forti pendenze presenti.

Binario

Il binario svolge la funzione di sostentamento e guida dei veicoli ferroviari. È costituito da due rotaie parallele, mantenute ad una distanza prefissata, detta scartamento, tramite appositi dispositivi. Hanno il compito principale di fare da guida alle ruote dei treni e di sopportarne il peso (trasmesso poi al ballast). La massicciata minimizza la dilatazione termica delle rotaie, grazie alla densità del pietrisco.

Rotaie

È un profilato di acciaio avente forma adatta a supportare forti carichi verticali nonché tensioni e compressioni in senso longitudinale. I tipi di rotaia si distinguono in funzione del loro peso per metro corrente: 36 UNI, 46 UNI, 50 UNI e 60 UNI. Le barre possono avere lunghezza 36, 108 o 144 m.

Traverse

Le traverse svolgono la funzione di ripartire sulla massicciata le sollecitazioni create dal passaggio dei treni e di ancoraggio del binario. Le traverse sono in legno (rovere e faggio e opportunamente trattato con olii di creosoto per conservarle nel tempo) e in cemento armato precompresso o non precompresso (in alcuni casi sono utilizzate traverse in acciaio). Le traverse in cemento hanno ormai quasi completamente sostituito quelle in legno laddove non è necessario mantenere il binario giuntato.

Attacchi

Gli attacchi sono i dispositivi che tengono la rotaia poggiata sulla traversa. Si dividono in "diretti" ed "indiretti" sia per quanto riguarda la posa che il fissaggio.

Organi di giunzione

Quando la giunzione è sede di estremità di circuiti elettrici di binario occorre garantire l'isolamento elettrico delle testate realizzando una giunzione isolante. Quando il binario è una lunga rotaia saldata si pone una giunzione isolante incollata (GII), il collegamento avviene mediante speciali resine e bulloni ad alta resistenza.

Rotaia

Ciascuna delle guide di acciaio costituenti il piano su cui rotolano le ruote dei veicoli ferroviari e tranviari: il tipo più comunemente usato ha la sezione composta di una parte superiore su cui rotolano le ruote (fungo) e di una inferiore d'appoggio sulle traverse (suola), unite da una parte verticale intermedia (gambo).

2.1.2 Caratteristiche generali dell’infrastruttura

Deviatoi

I deviatoi sono meccanismi che permettono il passaggio dei veicoli ferroviari da un binario ad un altro. Il cambiamento è la parte mobile del deviatoio destinato ad istradare il veicolo sull'uno o sull'altro binario. La sua parte essenziale è costituita da due aghi, i quali sono ricavati da barre speciali ovvero da rotaie appositamente lavorate ed assottigliate ad un'estremità, denominata punta. L'estremità dell'ago, opposta alla punta, si chiama tallone. Gli aghi poggiano su cuscinetti di scorrimento e possono spostarsi girando attorno ad una cerniera che può essere articolata od elastica, in modo da aderire alla rotaia attigua, detta contrago.

Quando un deviatoio viene incontrato da un treno dalla parte degli "aghi" ovvero da lato che permette l'immissione in due direzioni diverse, si dice che il deviatoio viene preso di punta. Nella direzione opposta si dice che viene preso di calcio.

• Telaio ad aghi legati: i due aghi sono rigidamente collegati da tiranti di accoppiamento, in modo tale che sia assicurato il loro movimento contemporaneo.
• Telaio ad aghi slegati: i due aghi hanno ciascuno il proprio tirante di manovra e possono, entro certi limiti, muoversi in maniera indipendente l'uno dall'altro.

L'incrociamento è la parte del deviatoio, in corrispondenza della quale le due file di rotaie, che formano il proseguimento degli aghi, vengono ad intersecarsi; dell'incrociamento fa parte il cuore, costituito dalla punta delle rotaie incrociantisi e delle attigue rotaie a gomito o zampa di lepre. Il passaggio delle ruote sulla punta del cuore è assicurato da due brevi controrotaie, aventi l'estremità a gomito ed attigue alle rotaie esterne dell'incrociamento.

Parte più delicata del deviatoio, il cuore è formato dall'intersezione delle due rotaie del corretto tracciato e del ramo deviato. Esso viene materializzato non nell'esatto punto matematico di intersezione delle due rotaie convergenti, ma in posizione più arretrata. Questa interruzione di continuità delle due rotaie ("spazio nocivo") è comunque necessaria per permettere il passaggio del bordino. Di conseguenza, in corrispondenza di tale spazio, viene a mancare l'appoggio per una delle due ruote.

Nel momento in cui la ruota del veicolo percorre lo spazio nocivo, questa perde il vincolo di guida. Per garantire che il veicolo venga comunque guidato si posizionano, a fianco alle due rotaie esterne, due controrotaie che hanno la funzione di trattenere il bordino sul suo lato interno. Viene assicurato così il passaggio delle ruote dal lato corretto della punta del cuore, senza che queste vengano a toccarla fisicamente.

Su linee dove sono ammesse alte velocità vengono installati deviatoi a cuore mobile; oltre a muoversi la parte del telaio (aghi), si muove anche il cuore che si sposta a destra o a sinistra a seconda del ramo che il treno deve percorrere. In questo modo la zona nociva sparisce completamente a vantaggio della sicurezza e del comfort di marcia, rendendo non necessario l'utilizzo di controrotaie.

La velocità massima ammessa deve essere ridotta se si passa su un ramo deviato a seconda del raggio di curvatura del deviatoio (nel senso corretto non ci sono riduzioni di velocità). Due deviatoi, situati su due binari generalmente attigui o paralleli, collegati tra loro in modo da consentire il passaggio dall'uno all'altro binario, costituiscono una comunicazione (semplice a destra o sinistra).

Tipi di deviatoio

• Deviatoio semplice è costituito solo dal ramo di corretto tracciato e dal ramo deviato, con il relativo dispositivo d'azionamento.
• Un deviatoio doppio consiste di due deviatoi (uno destro e uno sinistro) che si susseguono a distanza ridotta, parzialmente compenetrati per risparmiare spazio: il cuore del primo deviatoio viene a trovarsi in corrispondenza del tallone del secondo deviatoio. Un deviatoio doppio si può chiamare destro o sinistro a seconda di quale sia la direzione del primo ramo deviato.
• Un deviatoio triplo (simile al doppio), è composto anch'esso da due deviatoi (destro e sinistro) compenetrati, ma in questo caso totalmente: gli aghi vengono a trovarsi alla stessa altezza e di conseguenza i due cuori. Nella pratica, i due cuori coincidono con i due aghi esterni, riferendosi alle curve. I deviatoi tripli, per via del ridotto ingombro, trovano applicazione nei depositi e sulle navi traghetto.
• Un deviatoio simmetrico presenta entrambi i rami curvi, l'uno devia a sinistra e l'altro a destra. Si ottengono per modifica in officina di deviatoi retti, e ciò porta alla conseguenza che la velocità alla quale possono essere percorsi aumenta: il raggio del ramo deviato infatti raddoppia, e di conseguenza la velocità massima subisce un favorevole aumento.
• Il deviatoio inglese, chiamato anche scambio-intersezione, è un dispositivo che permette sia l'intersezione tra due binari, sia il passaggio da un binario all'altro. Può classificarsi come semplice o doppio, a seconda che la comunicazione sia permessa provenendo da una sola direzione o da entrambe. Nel primo caso è presente solo una coppia di aghi, nel secondo caso due.
• Il deviatoio in curva è collocato in corrispondenza di una curva: è curvo quindi sia il ramo deviato sia quello di corretto tracciato.

Manovra dei deviatoi e fermascambiatura

Per la manovra dei deviatoi sono utilizzati dispositivi che provocano lo spostamento del telaio degli aghi; lo spostamento può essere elettrico o manuale; l’effettivo spostamento degli aghi può avvenire per azione:

• Meccanica: forza di gravità agente sul contrappeso.
• Elettromeccanica: movimento provocato da motori elettrici.
• Oleodinamica: movimento provocato da attuatori oleodinamici messi in pressione da apposite pompe comandate elettricamente o manualmente (in caso di degrado).

Manovra meccanica/manuale

Sono azionati dall'uomo per mezzo della sua forza muscolare e mediante apparati meccanici elementari quali contrappesi e leve che ne facilitano la manovra. Gli scambi o deviatoi manuali sono solitamente percorribili da treni a velocità non superiori ai 30 km/h.

Manovra elettromeccanica

Il movimento dei deviatoi con azionamento elettromeccanico avviene ad opera di una cassa di manovra elettrica in grado di trascinare gli aghi del deviatoio nelle due configurazioni possibili. Le casse di manovra in traversa (MET - Manovra Elettrica Traversa): tutte le parti meccaniche ed elettriche necessarie alla manovra del deviatoio sono contenute in una traversa cava in materiale metallico, evitando i lunghi tiranti di cui invece devono essere dotate le casse di manovra installate fuori dal deviatoio.

Manovra oleodinamica

I deviatoi ad azionamento oleodinamico sono caratterizzati da una serie di bracci espandibili, chiamati attuatori, il cui moto è regolato dalla variazione di pressione di una sostanza oleosa. Sono di solito applicati su linee ad alta velocità, o linee ad elevato traffico, o comunque linee dove per varie esigenze sia necessario che i treni percorrano le deviate a velocità particolarmente elevate.

Fermascambio a chiave

La fermascambiatura a chiave si attua per mezzo di una serratura applicata al contrago e collegata all'ago; se quest'ultimo è accostato la chiave può essere girata ed estratta dalla serratura, garantendo così il bloccaggio del deviatoio. Non potrà essere mosso se non inserendo nuovamente la chiave nella serratura per poi girarla, al fine di sbloccare il deviatoio.

Fermascambio elettrico

La sicurezza della fermascambiatura è realizzata per mezzo di un collegamento elettrico di posizione, con elettromagneti di bloccaggio.

Fermascambio a morsa

Si tratta di apparecchi portatili che possono essere utilizzati per assicurare un deviatoio nell’una o nell’altra delle due posizioni, qualora risulti inefficiente il dispositivo normale di fermascambiatura del deviatoio oppure questo sia slacciato.

Tallonamento

Quando uno scambio è preso di calcio, questo deve essere correttamente configurato per permettere ad un convoglio di impegnarlo nella giusta direzione. Se ciò non avviene, cioè se il convoglio imbocca lo scambio dal ramo per il quale non è al momento configurato, si parla di tallonamento. Il primo asse del convoglio che vi transita forzerà il telaio degli aghi a spostarsi in modo da permettere il corretto passaggio. In particolare: l'ago accosto verrà discostato dal bordino della ruota che sta andando ad incunearsi tra ago e contrago, mentre l'ago discosto verrà spinto ad accostarsi dal bordino dell'altra ruota. Velocità max. n30km/h.

Si definiscono deviatoi intallonabili: la manovra di tallonamento provoca il danneggiamento del deviatoio stesso, con eventuale pericolo di svio del rotabile (banda rossa: intallonabile). Deviatoi tallonabili: quelli che permettono che la manovra di tallonamento avvenga senza danni (mancanza di banda rossa).

Intersezioni

Si definisce intersezione un dispositivo dell'armamento ferroviario che permette a due binari rettilinei di incrociarsi a raso. A differenza di uno scambio, non è possibile per un veicolo ferroviario cambiare il binario di percorrenza in quanto un'intersezione non è un dispositivo di deviazione.

Località di servizio

Nell’ambito delle località di servizio, i binari si distinguono come segue:

• Binari di circolazione: binari adibiti all’arrivo, alla partenza o al transito dei treni;
• Binari secondari: non adibiti al movimento dei treni;
• Binari di corsa: binari di circolazione che sono la diretta prosecuzione dei binari di linea nell’ambito della stazione. Tali binari, generalmente di più corretto tracciato, sono quelli utilizzati di regola per il transito dei treni senza fermata;
• Binario di ricevimento o stazionamento: è generalmente delimitato da due scambi estremi (tra le traverse di stazionamento) o da uno scambio e un paraurti, sul quale il treno espleta il servizio di stazione.

Distanze varie

Franco minimo

Per assicurare il libero passaggio dei veicoli lungo la linea ferroviaria occorre che sia sempre garantita una distanza minima tra ciascun punto della sagoma di un qualsiasi veicolo ed il punto più vicino della via. Il valore del franco minimo è fissato, in Italia, in 150 mm se la linea è in rettifilo od in curva di raggio non inferiore ai 250 m. Al di sotto di tale raggio di curvatura i franchi minimi vanno aumentati ed esistono opportune tabelle. Gli ostacoli debbono trovarsi a non meno di 1,70 metri dal bordo interno della rotaia più vicina in rettilineo e nelle curve con oltre 1500 m di raggio. Se il raggio è inferiore la distanza è elevata a 2 metri.

Nelle linee a doppio binario occorre che i franchi minimi siano garantiti anche tra i materiali di due treni che si incrociano sui binari. La distanza tra le due sagome deve essere di almeno 300 mm. L’intervia o interbinario è di 2,12 metri (misurato tra i bordi interni delle rotaie più vicine). L’interasse tra i due binari è di 3,555 metri (la distanza tra gli assi dei due binari). Nelle curve l’intervia viene maggiorato. In pratica per le linee fino a 200 km/h il valore dell’intervia è fissato in FS in 2,565 metri (interasse di 4,00 metri). Nelle stazioni l’intervia minima è di 2,50 metri.

Tracciato o pendenza

Il tracciato è l’elemento minimo di una struttura ferroviaria, caratterizzato dal raggio minimo delle curve e la pendenza massima delle sue tratte.

Si definisce livelletta un tratto di linea ferroviaria a pendenza costante. La pendenza, che si esprime in per mille è costituita dal rapporto fra il dislivello di due punti estremi di una livelletta e la sua proiezione orizzontale. Lungo una livelletta la pendenza è data dal numero di metri di cui la strada ferrata sale per ogni km di distanza in proiezione orizzontale.

I valori delle pendenze ferroviarie non sono molto elevati a causa del basso coefficiente di aderenza del contatto ruota rotaia. Valori massimi in RFI sono dell’ordine del 35 per mille. Nelle ferrovie in concessione, di montagna si raggiunge anche il 60 per mille ad aderenza naturale il 75 per mille con l’ausilio di una cremagliera. Per contenere la pendenza massima, le ferrovie soprattutto di montagna seguono un percorso tortuoso, allungando il percorso con andamento sinuoso, che riduce di molto la velocità cui la linea può essere percorsa.

La sopraelevazione ferroviaria è la pendenza trasversale del binario che normalmente si prevede in curva, il cui scopo è di permettere di percorrere la curva stessa ad una velocità maggiore riducendo la forza centrifuga a cui è sottoposto un veicolo ferroviario. In Italia, il limite massimo è fissato a 16 cm, se fosse eccessivo porterebbe al ribaltamento del veicolo.

Ranghi di velocità sull’infrastruttura ferroviaria

La sopraelevazione della rotaia esterna compensa in tutto o in parte l’effetto della forza centrifuga, la parte non compensata prende il nome di accelerazione non compensata (ANC). Da questo valore dipende l’assegnazione del veicolo ad una determinata categoria di velocità (rango).

Gradi di prestazione

Ogni linea per entrambi i sensi di marcia è suddivisa in sezioni di carico, alle quali viene attribuito un grado di prestazione cioè il valore di resistenza che la linea oppone alla trazione dei treni in base alle sue caratteristiche altimetriche e planimetriche. I gradi di prestazione sono 31 e si indicano in cifre arabe. Il grado 1 si riferisce alle linee o tratti di linea pianeggianti o in discesa.

Per entrambi i sensi di marcia, in relazione alle pendenze si definiscono i gradi di frenatura come quel valore di resistenza che la linea oppone alla frenatura dei treni. I gradi di frenatura principali sono 10 e si indicano con numeri romani.