Le ferrovie a cremagliera
Tutti abbiamo visto o sentito parlare almeno una volta nella vita delle ferrovie a cremagliera. Vengono usate per ferrovie ad alta pendenza. Servono perché il coefficiente di attrito statico acciaio-acciaio è di 0.74 (basso se confrontato con quello statico della gomma attorno a 1) e, di conseguenza, oltre una certa pendenza l’attrito non sarà abbastanza per permettere alla locomotiva di tirare il carico.
Come mai si usano?
Possiamo calcolare molto semplicemente l’angolo massimo di aderenza dell’acciaio su acciaio. I calcoli sono lasciati al lettore, come scrivono i libri di fisica o matematica. Notevole come sia funzione solo del coefficiente di attrito statico, quindi vale per qualsiasi oggetto su qualsiasi superficie. Nel caso dell’acciaio su acciaio, come per un mezzo su rotaia, l’angolo massimo è di 36°, o in percentuale, una pendenza del 73%. È da notare come in realtà questo sia il valore massimo in condizioni teoriche e considerando solo l’adesione.
Nella realtà, non sono solo le considerazioni di attrito (che sono comunque dei limiti teorici) a essere limitanti, quanto più la trazione possibile per i convogli. Difatti, gli elettrotreni (treni con trazione distribuita su più assali, invece che concentrata nei locomotori) sono quelli che hanno una possibilità di traino maggiore visto il maggior numero di assi motrici: la pendenza massima per alcuni tram e per le linee ad alta velocità è del 4%. Nei treni tradizionali, invece, la pendenza massima accettabile non supera l’1.5% questo è dato dal fatto che la trazione non è distribuita su molti assi, ma è concentrata su qualche asse (non più di una dozzina).
In realtà, si capisce bene quanto queste pendenze siano basse. Di conseguenza, ci vogliono degli spazi lunghissimi per scalare un passo. Difatti, per aumentare l’altitudine in poco spazio in piano, si usano dei tracciati elicoidali, che permettono di aumentare di una data altezza in uno spazio tutto sommato relativamente piccolo, un cerchio di raggio abbastanza grande da permettere il passaggio dei convogli senza problemi. Ovviamente, non è sempre possibile e non è sicuramente il modo più efficiente. Da qui si vede la necessità di un aiuto in caso di tracciati con alte pendenze.
La cremagliera
La cremagliera, può essere pensata come un organo di trasmissione meccanico, viene utilizzata quando si deve trasporre il movimento rotatorio, ad esempio di un albero, a un movimento lineare, o viceversa. Per esempio, viene usato negli sterzi automobilistici . Però, quando si parla della cremagliera a uso ferroviario, non è esattamente un organo di questo tipo. Infatti, i denti della ruota si installano nella cremagliera, che però non serve a muovere qualcosa, perché è solidale al terreno. Ma comunque è una buona approssimazione.
In questo caso, la ruota dentata svolge la stessa funzione della “normale” ruota del treno mentre la cremagliera svolge la funzione della rotaia. In questo modo si annullano i problemi dovuti all’attrito. Di conseguenza, virtualmente si può aumentare il gradiente di salita senza avere problemi legati alla mancanza di attrito tra ruota e rotaia.
Le ferrovie a cremagliera
Questo sistema di trazione può essere di due tipi. Incontriamo il primo tipo nelle ferrovie tradizionali, per esempio in alcuni tratti delle ferrovie svizzere o in alcuni tratti della ferrovia Catanzaro Città-Catanzaro Sala. In questo caso, per i tratti a forte inclinazione (relativamente agli standard ferroviari) una ruota dentata collegata ai motori aiuta a superare le pendenze. Visto che si tratta comunque di una linea ad adesione, ci sono limiti da non superare, anche per non creare troppi disagi ai passeggeri.
Il secondo tipo di sistema è utilizzato prevalentemente in funicolari e simili. Il loro funzionamento assomiglia al precedente, ma con due notevoli differenze. La prima è che la cremagliera corre per tutta la durata della linea, a differenza del precedente, in cui è presente solo nei tratti necessari. L’altra è il fatto che, solitamente, le uniche ruote motorizzate sono le ruote a cremagliera, mentre le ruote “lisce” sono ad assale libero, senza motori. Queste si trovano nelle funicolari, o ferrovie leggere, come la Principe-Granarolo e la Sassi-Superga.
Conclusione
Le ferrovie a cremagliera sono molto utili in ben determinate situazioni, ma, in altre, è molto più conveniente stare nei limiti di salita. Questo perché le infrastrutture necessarie sono delle locomotive con tecnologie ben precise, che si possono usare solo su tratti ben determinati. Quindi si richiede un investimento in tecnologie molto elevato, che diviene utile quando i tratti ferroviari sono brevi e molto scoscesi. Infatti, in Italia, a parte le funicolari e la Catanzaro-Sala, che è scoscesa e breve, tutte le linee sono state trasformate in linee tradizionali o funicolari.
Fonti
https://www.marklinfan.com/f/topic.asp?TOPIC_ID=2338
https://trn.trains.com/railroads/abcs-of-railroading/2006/05/rack-and-cable-railways
Sono studente di ingegneria aeronautica full time, e altrettanto full time posso perdermi a parlare di tutto lo scibile umano, con una predilezione per i mezzi veloci o che hanno un grosso motore, per arrivare fino a cose che non c’entrano granché, come la filosofia o la letteratura.
