TRASPORTO FERROVIARIO

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1 5 Infrastrutture Ferroviarie TRASPORTO FERROVIARIO Caratteristiche fondamentali: - trasporto a guida vincolata. - utilizzabile per trasporti su distanze brevi (trasporto urbano e metropolitano), medie (trasporto pubblico locale e regionale) e mediolunghe (intercity, eurostar e treni ad alta velocità). - la regolazione della marcia non è a vista, come per il trasporto stradale, ma su sistemi di segnalamento, che consentono un elevata sicurezza della marcia. VEICOLI FERROVIARI - Possibili classificazioni: - in relazione alla struttura: veicoli ad assi veicoli a carrelli - in relazione alla capacità di trazione: veicoli motori o locomotive (solo funzione di trazione) o automotrici (anche funzione di carico) veicoli rimorchiati - in relazione alla alimentazione: motori elettrici motori diesel - in relazione al carico trasportato: o passeggeri o merci

2 INTRODUZIONE STORICA ED INQUADRAMENTO GENERALE Le origini della strada ferrata sono da ricercare nel cosiddetto solco carraio, ideato a Pompei dai Romani intorno al 50 d.c. per assicurare il traffico sulla Via Magna. Tale solco, mantenendo le ruote dei veicoli entro apposite guide o scanalature realizzate sulla pavimentazione stradale in lastre di pietra, permetteva di migliorare lo scorrimento dei carri e di ridurre lo sforzo dei cavalli. Guide siffatte comparvero ben presto anche in altre parti dell'impero romano, come attestano le tracce ritrovate in Svizzera, sulla via d'etraz. Verso la metà del secolo XVI gli Inglesi, seguiti dai Tedeschi, ripresero il sistema romano nelle loro miniere di carbone fossile. Ai solchi erano stati sostituiti, in un primo tempo, semplici piste di legno, le quali vennero poi ricoperte con lastre metalliche per rallentarne il logorio, quindi fiancheggiate con tavole per impedire alle ruote di scostarsi dal piano di scorrimento. 6

3 INTRODUZIONE STORICA Le ruote dei carrelli furono presto provviste di un risalto (il bordino) che aveva lo scopo di guidare la ruota e mantenere il carrrello sulla rotaia anche in presenza di sforzi trasversali notevoli (Miniere di New Castle 1738). Bordino Fusello Assile È interessante notare che la distanza di circa 1440 mm fra i solchi carrai romani di Pompei differisce di soli 5mm dallo scartamento di 1435 mm tra le due file di rotaie d'una linea ferro viaria odierna. 7

4 INTRODUZIONE STORICA Intorno al 1760 l industria siderurgica inglese subisce una grave crisi di sovrapproduzione, il prezzo del ferro si riduce notevolmente accelerando la sostituzione delle rotaie in legno con quelle in ferro (inizialmente si trattava spesso di piastre di ferro montate sopra rotaie di legno). L adozione della rotaia consente di risolvere il problema degli elevati pesi per asse del veicolo e della scarsa guidabilità dello stesso. Inoltre l adozione delle rotaie consente di ridurre sensibilmente le resistenze di rotolamento in questo modo si possono raggiungere velocità maggiori a parità di potenza installata sulla macchina. Sulla nascente idea della ferrovia si concentrano interessi industriali per l epoca enormi: nel 1825 viene costruito un primo tratto di ferrovia tra Stoctkon Darlinghton e nel 1829 viene bandita una gara per la costruzione delle locomotive per la prima vera e propria ferrovia commerciale tra Manchester e Liverpoll. A vincerla è George Stephenson con il suo Rocket che sbaraglia gli avversari. 8

5 INTRODUZIONE STORICA La Rocket era una locomotiva che per prima all'epoca adottava un nuovo sistema caldaiascappamento. La caldaia era di tipo tubolare con 25 tubi surriscaldati dal focolare, con forno e griglia separati, che permettevano alla macchina di fornire maggiore potenza e soprattutto miglior rendimento. 9

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7 INTRODUZIONE STORICA L'Inghilterra, all'avanguardia nel campo ferroviario, vide superare per la prima volta la velocità di 100km/h nel 1835 sulla linea Manchester-Liverpool. Lo scartamento di quattro piedi e otto pollici e mezzo (1435mm), scelto da George Stephenson ( ) quando costruì la prima linea ferroviaria fra le due piccole città inglesi di Darlington e Stoctkon, era stato dettato dalla larghezza dei carrelli a mano utilizzati allora nelle miniere di carbone. La ferrovia e la macchina a vapore si diffondono rapidamente in tutta Europa facilitando il trasporto di beni e persone e lo sviluppo di nuove iniziative industriali. Già nel 1839 viene inaugurata in Italia la prima linea ferroviaria la Napoli Portici. 11

8 INTRODUZIONE STORICA La costruzione della Napoli-Portici prende le mosse nel 1836, su proposta della Società francese Bayard intesa a realizzare un collegamento da Napoli a Nocera, con diramazione da Torre Annunziata per Castellammare di Stabia, per una lunghezza di circa 40km. Il progetto della Società francese, costituita dall'ingegnere Armando Giuseppe Bayard, si propose l'obiettivo di compiere i lavori in sei anni, con i capitali di una costituenda Società per Azioni, utilizzando la manodopera locale. Il progetto proposto trovò il consenso di Ferdinando II ed il 5 ottobre del 1836 fu firmata la convenzione definitiva mentre, il 5 luglio 1838, dopo aver reperito i capitali necessari, iniziarono i lavori del primo tratto Napoli-Torre del Greco. La linea, tra Napoli e Torre del Greco, incontrava nel suo percorso la stazione del Granatello di Portici, per poi proseguire per il Forte Colostro, ove fu aperta una fermata provvisoria, e giungere infine a Torre del Greco. Nel corso degli anni grazie allo sviluppo tecnologico vengono introdotte numerose innovazioni e migliorie nella locomotive a vapore. 12

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11 INTRODUZIONE STORICA Lo sviluppo delle ferrovie italiane dopo il 1839 è strettamente legato alle vicende politiche della Nazione. Dalla costruzione della Napoli-Portici e fino al 1885 furono circa una ventina le società ferroviarie che ottennero la concessione per la realizzazione di una strada ferrata, situazione che comportava notevoli disagi per i passeggeri e le merci a causa delle complicazioni tariffarie, degli orari e delle coincidenze. Sin dai primi anni dall'unità d'italia nacque così l'esigenza di ridurre il numero delle concessioni e di accorpare la gestione delle linee ed in virtù di ciò si costiuirono le società SFAI (Strade Ferrate dell Alta Italia), SFR (Strade Ferrate Romane) e lo Società delle Strade Ferrate Vittorio Emanuele che comprendeva anche lo Rete Sicula e Calabra. Successivamente, nel 1885, con un ulteriore riordino, furono accorpate anche le società rimaste escluse in precedenza e l'esercizio ferroviario italiano fu tale da risultare ripartito fra tre grandi società: lo RM (Rete Mediterranea), lo RA (Rete Adriatica) e lo già citata SFR. 15

12 INTRODUZIONE STORICA Il 1 luglio 1905, dopo lunghi anni di ricerche e dibattiti parlamentari e in uno stato di salute sempre più precario per le Società esercenti, lo Stato abbandonava le convenzioni con le società private che gestivano le reti Mediterranea, Adriatica e Sicula ed assumeva la titolarità delle ferrovie. Nascevano così le Ferrovie dello Stato e con la nazionalizzazione delle ferrovie prendeva il via un imponente programma di rinnovamento, volto al miglioramento della tecnologia e del comfort di viaggio, nel quale furono coinvolte anche le aziende italiane Ansaldo e Breda. L'aspetto di gran lunga più rilevante del periodo, però, fu il vasto piano di elettrificazione della rete, che pose l'italia all'avanguardia europea in questo campo. I numerosi problemi determinati dalla trazione a vapore indussero a ricercare un tipo diverso di energia. 16

13 INTRODUZIONE STORICA Lo sviluppo della rete ferroviaria (1865) 17

16 INTRODUZIONE STORICA Si svilupparono ricerche sull'elettrificazione delle linee già nel 1899, realizzando esperimenti con i sistemi ad accumulatori e a terza rotaia in corrente continua. Sulla linea della Valtellina venne realizzato un intervento che si dimostrò subito molto vantaggioso: la linea venne elettrificata usando corrente alternata trifase a V. Si decise di elettrificare allo stesso modo anche lo linea dei Giovi, dove venivano affrontate pendenze del 35 per mille provvedendo nel contempo a progettare una motrice elettrica, lo FS E

17 INTRODUZIONE STORICA Con il programma di elettrificazione, inoltre, si passò dai 450 chilometri elettrificati della fine della Prima Guerra Mondiale ai 1.200km del 1928, fino a raggiungere, nel 1940, un totale di 5.170km. Il programma di elettrificazione aveva privilegiato i collegamenti internazionali con Francia, Austria e Svizzera, tagliando fuori quasi del tutto il Sud del Paese. Prima della guerra, nel 1940, la rete ferroviaria statale era di oltre km, venivano trasportati 194 milioni di passeggeri e circa 60 milioni di tonnellate di merci, dati destinati ad aumentare nei primi anni di conflitto per la progressiva scomparsa dei carburanti per auto e camion. All'inizio degli anni Ottanta, il forte squilibrio a favore della gomma aveva segnato per l'italia un poco invidiabile record: per andare da una città all'altra, 85 persone su 100 si spostavano in auto, mentre solo 12 prendevano il treno. All'estero, intanto, e soprattutto in Francia e Germania l'alta Velocità diventa va una realtà. 21

18 VEICOLI FERROVIARI In generale i veicoli ferroviari sono raggruppati e collegati tra loro per formare un convoglio, che può comprendere uno o più veicoli motori ed uno o più veicoli rimorchiati. La lunghezza totale del convoglio può essere teoricamente qualunque; essa è limitata dai vincoli imposti dalle caratteristiche della via (ad esempio la lunghezza dei binari nelle stazioni) e dalla potenza del sistema di trazione. Viene indicato con rodiggio il numero di assi ed il loro accoppiamento nei carrelli: si possono avere carrelli ad 1, 2 o 3 assi; il numero di carrelli per ogni veicolo è, tranne casi particolari, pari a 2 o 3. Esempi di schemi di rodiggio: 22

19 VEICOLI FERROVIARI Principali caratteristiche fisiche di alcuni tipi di carrozze (trasporto passeggeri) e di carri merci. Principali caratteristiche fisiche di alcuni tipi di locomotive Le componenti di un veicolo sono: - organi di rotolamento (sala montata); - sospensioni e carrelli; - sistemi di trazione; - sistemi di frenatura. 23

20 INTRODUZIONE STORICA LA TRAZIONE ELETTRICA IN ITALIA (a partire dagli anni 1920) Le gloriose E428 - Anni 50 24

21 LOCOMOTORI PIU RECENTI IL PENDOLINO a cassa oscillante ETR

22 IL PENDOLINO Il termine Pendolino identifica una categoria di treni ad assetto variabile, in grado di percorrere tratti ferroviari - non specificatamente attrezzati per tale scopo - a una velocità superiore anche del 25-30% rispetto a quella dei convogli tradizionali, grazie a specifiche apparecchiature che inclinano la cassa verso l interno delle curve. La riduzione dei tempi di percorrenza è stata possibile aumentando la velocità in curva e per non diminuire il comfort dei viaggiatori, è necessario inclinare la cassa del treno verso l'interno della curva per contrastare la forza centrifuga. L'uso di un giroscopio permette di riconoscere in anticipo il sopraggiungere della curva,mentre parallelamente un accelerometro misura l'entità della forza centrifuga da compensare e quindi l'entità dell'inclinazione della cassa (per un massimo di 8 ). 26

23 IL TRENO VELOCE ITALIANO ETR

24 ETR 500 L'ETR 500 è il primo treno ad alta velocità a cassa non oscillante costruito in Italia; il suo progetto parte negli anni ottanta per vedere la luce, con alcuni cambiamenti, negli anni novanta con la produzione in serie e l'utilizzo da parte di Trenitalia. 28

25 ETR 500 Questo treno non ha un assetto variabile come i pendolini in quanto la morfologia della rete AV/AC di RFI in esercizio (e di quella in fase di costruzione) non comporta raggi di curvatura stretti, sui quali un treno ad assetto variabile guadagnerebbe circa il 30% in velocità. Trattandosi comunque di linee in gran parte costellate da gallerie, l'etr 500 ha un profilo aerodinamico filante ed è dotato di sensori ed elettrovalvole automatiche per evitare sbalzi di pressione per i passeggeri al momento dell'ingresso nei tunnel. Il è stato battuto il record italiano di velocità su rotaia. A compierlo, raggiungendo la velocità di 362 chilometri all'ora, è stato uno dei due convogli diagnostici delle Ferrovie (l'etr 500-Y1). La composizione del convoglio è bloccata e composta da due testate motrici E.404 identiche poste alle estremità e da un numero di rimorchiate variabile. 29

26 AV/AC IN ITALIA 30

27 IN EUROPA TGV (Francia), Vmax = 512 km/h è una velocità da record con rodiggio tradizionale Particolare della connessione tra i veicoli 31

28 TRENO TGV Prima generazione tecnologia basata sulla continuità del convoglio: La particolarità del TGV è quella di essere costituito da un convoglio articolato, composto di carrozze appoggiate su carrelli in comune tra due vagoni, escluse le testate motrici che sono dotate di due carrelli ognuna. Questa disposizione presenta numerosi vantaggi: - per il consumo energetico, questa disposizione ha permesso di abbassare il centro di gravità del convoglio e migliorare la penetrazione aerodinamica grazie al muso affusolato. - per il comfort, nessun viaggiatore si trova a viaggiare sul carrello del treno. - per la sicurezza, dato che il convoglio articolato resiste meglio in caso di deragliamento; i treni normali in questi casi hanno la tendenza a disarticolarsi. 32

29 TRENO TGV Il principale svantaggio risiede nell'impossibilità di "smembrare" l'assieme così costituito e nella necessità di disporre di gru particolarmente potenti nelle officine di riparazione per sollevare le carrozze durante le operazioni di manutenzione. Quando viaggia sui binari classici, il TGV è perfettamente compatibile con le infrastrutture esistenti se non per l'evidente obbligo di elettrificazione della linea (anche se viene utilizzato anche su tratte di rete non elettrificata, accoppiato con motrici diesel). 33

30 TRENO ICE (Germania) Il 1 maggio dell 88 il treno ICE/V sperimentale ha raggiunto la velocitàdi km/h in composizione di 5 pezzi. 34

31 LINEA FERROVIARIA ORDINARIA: VIADOTTO GALLERIA RILEVATO Si tratta praticamente di una strada, con qualche sistema in più: l armamento, l alimentazione d energia e il segnalamento. 35

32 CARATTERISTICHE DEL SISTEMA DI TRASPORTO FERROVIARIO La geometria di tracciato di una linea ferroviaria è per molti aspetti simile a quella stradale, con alcune sostanziali differenze. Come ordine di grandezza degli elementi geometrici (almeno nell ambito delle velocità ferroviarie normali di 160 km/h), il raggio minimo delle curve planimetriche è dello stesso ordine di grandezza di quello autostradale (1.200 m) come anche il raggio minimo delle curve altimetriche (3.000 m). Le pendenze altimetriche normalmente utilizzate sono, invece, sostanzialmente diverse: - in ferrovia si prevedono, in genere, pendenze massime del 1,5%; - in autostrada del 4-5%. Ciò a causa del bassissimo valore dell aderenza disponibile al contatto ruota-rotaia che, per il sistema di trasporto ferroviario, rappresenta un aspetto fortemente condizionante: lo sforzo di trazione applicabile, limitato dal valore. 36

33 CARATTERISTICHE DEL SISTEMA DI TRASPORTO FERROVIARIO Lo sforzo di trazione applicabile al contatto ruota-rotaia in pianura su ferro è circa 1/5 rispetto a quello su gomma, essendo l aderenza ruota-rotaia molto minore rispetto all analoga ruota gommata-strada. La bassa aderenza ruota-rotaia impedisce di ottenere in ferrovia lo stesso sforzo di frenatura raggiungibile su strada. Per questo motivo, nelle ferrovie, le distanze per l arresto risultano sempre molto maggiori di quelle stradali (p.e. a 100 km/h oltre 600 m contro 150 m) e, normalmente, maggiori dello spazio di visuale libera. Di contro, la ferrovia è un sistema di trasporto caratterizzato da bassi valori delle resistenze all avanzamento. Esso è quindi un sistema a elevato rendimento perché permette il trasporto di notevoli quantità di carico utile per unità di sforzo di trazione. 37

34 Trasporto ferroviario. Può realizzarsi anche in condizioni estreme plano-altimetriche e climatiche; esempio di CREMAGLIERAA ZERMATT (SVIZZERA) - Linea del Gornergrat. Caso di sfruttamento dell aderenza artificiale Ruota dentata (sul veicolo motore) Rotaia centrale dentata. 38

35 EUROTUNNEL Oppure in ambiente sottomarino avanzato sistema ferroviario La sezione tipo del TUNNEL: 39

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37 IL PIÙ LUNGO TUNNEL ESISTENTE SEIKAN TUNNEL (JAPAN) Collega Hokkaidò e Honshù, due delle principali isole del Giappone. Complessivamente il tunnel è lungo 53.9 km, 23.3 dei quali si trovano a 100 metri sotto il fondo dello stretto di Tsugaru. I treni impiegano mediamente meno di mezz ora per attraversarlo completamente. 41

38 SEIKAN TUNNEL (JAPAN) 42

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41 - Tunnels ferroviari: 64,3 km x2 - Tunnels stradali discenderie: 8,7 km + 16 km cunicoli esplorativi 45

42 ALTRO ESEMPIO DI SISTEMA STRADA-FERROVIA 46

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44 IL FUTURO FERROVIARIO IN GIAPPONE TRENO AV- MLX01 - LEVITAZIONE MAGNETICA - velocità record 550 km/h (gennaio 1998) Yamanashi Maglev Test Line Il Giappone ha testato nella prefettura di Yamanashi un treno maglev, il JR-Maglev, che ha raggiunto la maggior velocità mai raggiunta da un convoglio terrestre. l treno utilizza magneti superconduttori e sospensioni elettrodinamiche. Se la proposta del Chuo Shinkansen verrà approvata, Tokyo e Osaka verranno collegate dal maglev e il tracciato di test entrerà a far parte della linea. 48

45 MAGLEV La via diventa anche motrice, oltre ad essere guida dei veicoli. 49

46 MAGLEV Il primo sistema commerciale di maglev urbano è diventato operativo in Giappone nel marzo Questo sistema è formato di nove stazioni lungo un tracciato di 8,9 chilometri della linea Tobu-kyuryo conosciuta anche come Nagoya East Hill Line. La linea ha un raggio operativo minimo di 75 metri e un'inclinazione di 6. Il motore lineare a levitazione magnetica ha una velocità massima di 100 km/h. Quella linea serve alla popolazione locale per raggiungere l'expo Il treno è stato sviluppato dalla Chubu HSST Development Corporation che ha collaborato anche al tracciato di test a Nagoya. Un maglev urbano simile a quello giapponese è stato presentato in Corea dall'azienda Rotem. 50

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48 GESTIONE DEL TRASPORTO FERROVIARIO IN ITALIA Le Ferrovie dello Stato, nate nel 1905 con la nazionalizzazione delle tre reti ferroviarie private allora esistenti, confluiscono nel 1924 nel Ministero delle Comunicazioni per divenire poi, nel 1944, una Direzione Generale del Ministero dei Trasporti. Il cambiamento più radicale (in vista dell'attuale configurazione) è avvenuto negli ultimi anni, con la trasformazione da Azienda Autonoma in Ente Pubblico nel 1985 e, infine, in Società per Azioni. L'evoluzione prosegue nel 1998, con la creazione della Divisione Infrastruttura e, nel maggio 1999, con la costituzione di altre tre divisioni che assicurano il trasporto di passeggeri sulla media e lunga distanza, il traffico delle merci, il trasporto in ambito locale. È stata l'unione Europea a introdurre nuovi principi basati sulla nozione di impresa ferroviaria, sulla separazione tra rete e servizio commerciale, sul risanamento finanziario e sul diritto d'accesso alle strutture. 52

49 FERROVIE DELLO STATO Le Ferrovie hanno impresso, prima con la creazione delle Divisioni, e poi delle Società, una svolta radicale all'organizzazione del sistema, creando: - una Holding industriale di indirizzo strategico, Ferrovie dello Stato S.p.a.; - una Società dedicata al trasporto di passeggeri e merci, Trenitalia, nata nel 2000, che gestisce le attività di trasporto di passeggeri sulle medie e lunghe percorrenze, il traffico metropolitano e regionale e il trasporto delle merci; - una Società che gestisce lo rete ferroviaria, RFI - Rete Ferroviaria Italiana, nata nel 2001,cui è affidata l'attività di progettazione, costruzione, messa in esercizio, gestione e manutenzione dell'infrastruttura ferroviaria. Con la controllata TAV, RFI sta realizzando un imponente programma di investimenti che ha per cardine lo messa in esercizio delle nuove linee ad Alta Velocità/Alta Capacità. 53

50 FERROVIE DELLO STATO Le altre principali Società che completano il Gruppo Ferrovie dello Stato rientrano nella logica della specializzazione dei ruoli e sono: - ltalferr, Società di ingegneria che ha il compito di progettare e realizzare grandi interventi infrastrutturali e tecnologici previsti nei piani di investimento e potenzia mento delle ferrovie. - Ferservizi (Centro Servizi del Gruppo Ferrovie dello Stato), Società che ha uffici operativi nelle maggiori città italiane, occupandosi delle seguenti attività: Acquisti di Gruppo, Servizi Amministrativi, Servizi di Facility e Building, Information & Communication Technology, Progetti Insourcing e Servizi Immobiliari. - Grandi Stazioni, Società di Servizi del Gruppo incaricata di riqualificare e gestire il network delle 13 principali stazioni ferroviarie italiane. Il suo obiettivo è quello di rinnovare totalmente le strutture ed i servizi offerti al pubblico delle stazioni intese non più e non solo quali luoghi di passaggio obbligato, ma "piazze urbane", dove si concentrano servizi ed attività a d isposizione di tutti i cittadini. 54

51 FERROVIE DELLO STATO - FS Logistica, logistica ferroviaria per il sistema nazionale delle merci. Qualificare, valorizzare e gestire 5 milioni di metri quadrati di aree su oltre 50 aree distribuite sull intero territorio nazionale. Sviluppare business nella logistica nazionale ed internazionale con imprese del settore. - Sogin, che analizza i bisogni di mobilità e le motivazioni ad essi legate (studio, lavoro, tempo libero), al fine di offrire servizi di trasporto su gomma che integrano quelli offerti da Trenitalia. Svolge il proprio ruolo attraverso le sue controllate, tra cui la SITA, su una rete che si estende capillarmente in Italia e in molti paesi europei ed extraeuropei. - Centostazioni, di recente costituzione, che ha lo scopo di realizzare il programma di riqualificazione, gestione e valorizzazione commerciale delle 103 stazioni di medie dimensioni, secondo un modello analogo a quello adottato per Grandi Stazioni. 55

52 FERROVIE DELLO STATO La rete ferroviaria italiana consta di: km di linee a semplice binario, due terzi delle quali elettrificate, km a doppio binario per un totale di km di sviluppo complessivo; km linee a AV; stazioni per il servizio passeggeri e 479 impianti per il servizio merci, km di gallerie e 530km tra ponti e viadotti. Il Gruppo Ferrovie dello Stato assicura al sistema dei trasporti la circolazione di circa treni al giorno, per un totale di 472 milioni di viaggiatori e 88 milioni di tonnellate di merci trasportate in un anno. Esso dispone di un parco di circa rotabili ed effettua anche un servizio traghetti per la Sardegna e attraverso lo Stretto di Messina. 56