Binario e scambio

Un binario è una strada che guida le ruote: due rotaie tenute a distanza fissa su traverse, sulle quali corrono ruote con bordino. Lo scambio sposta due rotaie appuntite per far passare un treno da un binario a un altro. La più antica via costruita per trattenere le ruote è il Diolkos, una strada lastricata con due solchi attraverso l’istmo di Corinto, costruita intorno al 600 a.C. Nel XVI secolo le miniere europee usavano rotaie di legno, e nel 1767 una fonderia inglese cominciò a ricoprire le sue rotaie di legno con piastre di ghisa.

Che cos’è

Un binario è formato da due rotaie parallele fissate su elementi trasversali, le traverse, che le tengono a distanza costante, lo scartamento. Le traverse poggiano su un letto di pietrisco, la massicciata, che distribuisce il carico sul terreno e lascia scolare la pioggia. Le ruote di un veicolo ferroviario sono calettate a coppie sui loro assi e ognuna ha sul bordo interno un risalto, il bordino. Il fungo della rotaia porta il peso, i bordini tengono la sala montata fra le rotaie e il veicolo segue il binario senza bisogno di essere guidato.

Poiché un treno non può sterzare le ruote per lasciare la linea, è il binario stesso a dover cambiare direzione. È il compito dello scambio. In un deviatoio un binario si divide in due: all’inizio due rotaie mobili mandano le ruote da una parte o dall’altra, e più avanti un incrocio permette alle ruote di un itinerario di passare sopra la rotaia dell’altro.

Come funziona

Una ruota d’acciaio su una rotaia d’acciaio rotola con pochissima resistenza, ed è per questo che una sola locomotiva può trainare un treno lungo. Se la sala si sposta di lato, il bordino di una ruota tocca il fianco interno del fungo e viene respinto. In curva la rotaia esterna riceve questa spinta, e nelle curve strette la divide con una controrotaia posata all’interno della rotaia interna.

All’inizio di uno scambio due rotaie esterne, i contraghi, proseguono senza interruzione. Fra di esse si trovano due aghi, piallati fino a una punta sottile e collegati da tiranti che li fanno muovere insieme. Quando un ago è accostato al suo contrago, l’altro resta scostato dal proprio e lascia un varco abbastanza largo per un bordino. Le ruote dal lato chiuso vengono condotte lungo l’ago, i bordini dell’altro lato passano nel varco e tutto il treno prende l’itinerario impostato. Una leva di manovra accanto al binario, o un motore, sposta gli aghi tramite aste, e lo scambio viene bloccato nella sua posizione prima che un treno ci passi sopra.

Più avanti la rotaia interna di un itinerario deve incrociare la rotaia interna dell’altro. In questo incrocio le rotaie si uniscono in una punta a V, il cuore, con un varco su ciascun lato in cui passano i bordini. Dall’altra parte del binario, una controrotaia accanto alla rotaia opposta trattiene l’altra ruota della sala, perché il bordino non urti la punta e non passi dalla parte sbagliata. Uno scambio che il treno incontra dalla parte delle punte, dove può essere mandato sull’uno o sull’altro binario, è preso di punta; uno che incontra dall’altra estremità, dove due binari si riuniscono, è preso di calcio.

Come si fa

Un modellino da tavolo mostra come due aghi collegati scelgono l’itinerario. Servono una tavoletta lunga circa 60 cm, listelli di legno quadrati di circa 5 mm per le rotaie, palette di legno da caffè come traverse, colla vinilica, due puntine da disegno, una striscia di cartone rigido, un bastoncino di legno, un seghetto o un taglierino, carta vetrata, due ruote di legno da giocattolo di circa 3 cm, un tondino che entri nei loro fori e un foglio di cartoncino sottile.

Due aghi uniti da una striscia di cartone scelgono la strada della sala.

Cominciate dalla sala. Incollate le due ruote sul tondino a circa 4 cm l’una dall’altra, poi incollate sulla faccia interna di ciascuna un disco di cartoncino un po’ più grande della ruota, come bordino. Incollate una fila di traverse sulla tavoletta e poi il binario dritto, mettendo le rotaie in modo che i bordini corrano appena all’interno con uno o due millimetri di gioco. Incollate una seconda coppia di rotaie lungo una curva dolce che si stacca da un lato. Dove la rotaia interna della curva incontra la rotaia interna del binario dritto, tagliatele entrambe perché si uniscano a punta, con un varco su ogni lato per i bordini, e incollate una corta controrotaia all’interno di ciascuna rotaia esterna, di fronte a quella punta. All’inizio dello scambio limate due listelli corti a punta, posateli fra i contraghi e fissate ciascuno all’estremità grossa con una puntina, in modo che possa ruotare. Incollate sotto entrambi, vicino alle punte, una striscia di cartone che li faccia muovere insieme, e fissate accanto al binario un bastoncino girevole che spinga la striscia. Mettete lo scambio in una posizione, fate rotolare piano la sala dalle punte e guardate quale binario segue, poi cambiate posizione.

Storia ed evoluzione

Sul Diolkos due solchi tagliati nel lastricato trattenevano le ruote dei carri.

Le vie preparate per trattenere le ruote sono molto antiche. In Grecia, attraverso l’istmo di Corinto, il Diolkos era una strada lastricata con grandi lastre di pietra, usata per trasportare via terra navi e carichi fra il golfo di Corinto e il golfo Saronico. Due canali a circa 1,5 m l’uno dall’altro la percorrono e trattenevano le ruote dei carri. La ceramica e le lettere incise nelle pietre datano la costruzione alla fine del VII o all’inizio del VI secolo a.C., e la tradizione la attribuisce a Periandro, signore di Corinto. Lunghi tratti furono riportati alla luce fra il 1956 e il 1962 negli scavi diretti dall’archeologo Nikos Verdelis.

Nelle miniere descritte da Agricola un perno sotto il carrello correva in un solco fra due tavoloni.

Le vie di legno ricomparvero nelle miniere dell’Europa centrale. Nel 1556 Georgius Agricola descrisse carrelli spinti fuori dalle gallerie lunghe su due travi accostate. Un perno di ferro smussato sotto il carrello correva nel solco formato dove le travi si toccavano, così che il carrello non poteva uscire dalla via.

In Inghilterra, nel 1603–1604, Huntingdon Beaumont posò una via di legno per portare il carbone da Strelley a Wollaton, vicino a Nottingham. Le rotaie di legno erano fissate una dopo l’altra su traverse e i carri erano tirati da cavalli. Il ferro arrivò nel Settecento. Nel 1767 la fonderia di Coalbrookdale, nello Shropshire, cominciò a fissare piastre piatte di ghisa sopra le sue rotaie di legno, che le proteggevano dall’usura. Nel 1789, su una linea da Loughborough a Nanpantan, l’ingegnere William Jessop posò rotaie messe di costa e spostò i bordini sulle ruote, all’interno delle rotaie, come nelle ferrovie di oggi. Le rotaie laminate in ferro battuto, brevettate da John Birkinshaw nel 1820, erano più lunghe e robuste, e George Stephenson le usò sulla ferrovia da Stockton a Darlington.

Le prime ferrovie cambiavano itinerario con una rotaia scorrevole: un breve tratto di binario che si spingeva di lato finché non si allineava con l’una o l’altra linea. Charles Fox brevettò uno scambio ad aghi mobili appuntiti che la sostituì. Grace’s Guide data il suo brevetto al 1832, Rail Engineer al 1838. Aghi appuntiti, un cuore fisso e controrotaie restano le parti di un deviatoio comune.