BINARIO
BINARIO (fr. file de rails; sp. fila de carriles; ted. Schienenstrang; ingl. line of rails)
S'intende comunemente per binario il complesso di due guide o rotaie di ferro su cui corrono i treni e i tram. Il binario non si compone peraltro delle sole rotaie. Tecnicamente esso risulta dalla massicciata o ballast e dall'armamento. La massicciata è lo strato di materiali minuti (in generale ghiaia o pietrisco) posto sopra il piano della piattaforma stradale e che sopporta l'armamento inviluppandolo parzialmente; l'armamento è la parte caratteristica della linea ferroviaria o tramviaria ed è costituito dalle rotaie, dai sostegni di esse e dagli accessorî.
La pressione delle rotaie è trasmessa indirettamente alla massicciata dai sostegni, sui quali le rotaie poggiano o direttamente o per mezzo di piastre o di cuscinetti, e ai quali sono fissate con attacchi (arpioni, caviglie e piastrine di stringimento).
Le rotaie hanno una lunghezza limitata (solitamente 9 0 12 metri; talvolta anche 18 metri); per formare il piano continuo del ferro vengono riunite testa a testa mediante giunti o giunzioni, formati da stecche o ganasce, da chiavarde e da rondelle.
L'insieme delle rotaie, delle piastre, degli attacchi e dei giunti si dice materiale metallico di armamento.
Le due rotaie collocate parallelamente alla debita distanza formano precisamente un binario, che si dice armato, quando le rotaie sono in opera sui sostegni, con la massicciata disposta secondo il profilo normale. Lavori di armamento sono tutti i lavori relativi alla posa e alla manutenzione dell'armamento.
La massicciata è la fondazione artificiale del binario e costituisce il vero regolatore dell'elasticità della via. Affinché i convogli possano marciare senza scosse notevoli con sensibile velocità e completa sicurezza è indispensabile che i binarî conservino la loro posizione planimetrica ed altimetrica invariata e che riposino sopra un letto di elasticità determinata. L'elasticità del terreno presenta grandi variazioni da tronco a tronco ed è necessario quindi porre al di sopra del piano di regolamento uno strato di massicciata che mantenga l'elasticità della via a un grado conveniente e pressoché uniforme. Oltre al rendere elastica la via e ripartire le pressioni, la massicciata oppone una resistenza notevole alle sollecitazioni che tendono a produrre scorrimenti longitudinali e trasversali dei sostegni ed aumenta anche la resistenza al sollevamento delle traverse. Infine mantiene i sostegni asciutti; dà ai sostegni stessi una fondazione; costituisce un riparo contro il gelo.
La massicciata, costituita di elementi d'una certa grossezza e uniformi deve essere elastica, permeabile, resistente al gelo e alle pressioni. Può essere formata con materiali naturali, artificiali e con residui industriali. Solitamente è costituita da ghiaia di fiume o di torrente, da ghiaia di cava, da pietrisco artificiale. Si distribuisce in due strati: lo strato inferiore, che serve da letto di posa, è la parte resistente al carico verticale e si consegna spianato sulla sede stradale agli armatori incaricati della posa del binario; lo strato superiore che ha lo scopo di opporsi agli spostamenti del binario viene sovrapposto al primo ad armamento compiuto.
I sostegni possono essere isolati, longitudinali e trasversali. Devono in ogni caso soddisfare ai seguenti requisiti essenziali: le dimensioni devono essere tali da ripartire su superficie abbastanza ampie di massicciata le pressioni verticali, affinché la pressione unitaria non superi il carico di sicurezza; la forma deve prestarsi ad una rincalzatura facile, ad un attacco molto solido e semplice delle rotaie, e deve opporsi con efficacia agli sforzi che tendono ad alterare lo scartamento, producendo gli slineamenti del binario; la materia deve presentare una certa elasticità, una resistenza notevole alle azioni esterne, principalmente agli agenti atmosferici, ed una sufficiente resistenza di attrito nella massicciata.
I sostegni quasi generalmente adottati ora (da noi sono gli unici) sono i trasversali, costituiti dalle traverse. Il servizio che si ha da un binario armato con traverse è molto soddisfacente: il movimento dei convogli è dolce, lo scolo delle acque è facile, le pressioni sulla massicciata sono bene ripartite, le due file di rotaie sono perfettamente solidali e gli attacchi delle rotaie riescono abbastanza solidi e semplici. Inoltre l'aumento di resistenza dell'armamento può ottenersi con facilità riducendo l'interasse delle traverse e la resistenza opposta dalle traverse agli sforzi che tendono ad alterare lo scartamento, producendo gli slineamenti del binario, è rilevante. Le traverse si fanno di legno, di ferro omogeneo, di cemento armato e miste.
Le traverse in ferro omogeneo sono assai meno usate; si sono impiegate dal 1900 (stazione di Ancona) traverse in cemento armato. Il problema di queste ultime non è ancora risolto appieno. Si sono costruite e si usano, in misura limitata, traverse miste di ferro e legno, di cemento armato e legno, di cemento armato e ferro.
La parte caratteristica del binario è costituita dalle rotaie, cioè dalle guide metalliche a profilo conveniente che formano il piano di corsa liscio e regolare. La rotaia è assoggettata a sforzi complicati dal punto di vista della loro natura e della loro direzione. Il carico verticale tende a deteriorare la superficie di scorrimento e produce la flessione della rotaia. Potendosi questa considerare nel suo comportamento come una trave continua percorsa da carichi mobili, la tensione, per un elemento qualunque; è alternativamente positiva e negativa. In curva la forza centrifuga, in rettilineo il moto di serpeggio dei veicoli e i moti anormali della locomotiva generano una spinta orizzontale che tende a ribaltare la rotaia intorno allo spigolo esterno, a spostarla sulla traversa normalmente all'asse della via, a torcerla. Inoltre le ruote dei veicoli e le ruote portanti della locomotiva esercitano una spinta longitudinale nel senso del moto; le ruote motrici invece dànno una spinta uguale e contraria allo sforzo di trazione; quella predomina su questa, e quindi la rotaia tende anche a scorrere parallelamente all'asse della via. Perché la rotaia possa resistere a queste diverse sollecitazioni è necessario che le dimensioni della sezione siano tali da mantenere la tensione massima sempre al disotto del limite di elasticità, che la forma dia, per la migliore utilizzazione del metallo, la massima resistenza col minimo di peso, e permetta attacchi semplici e robusti che mantengano sempre la rotaia nella posizione assegnatale, e che la materia sia omogenea e resistente.
Si usarono tipi svariatissimi di rotaie; oggi si può dire che i tipi quasi esclusivamente adottati sono quello a doppio fungo, in misura assai limitata, e quello a base piana o a suola o rotaia Vignole, che costituisce il tipo normale del nostro armamento e, si può dire, di tutte le reti continentali.
Il binario si chiama a scartamento normale quando la distanza fra i bordi interni delle rotaie è in rettilineo di m. 1,445; a scartamento ridotto se tale distanza è minore. (Vi sono, p. es., scartamenti di m. 1,10; di m. 1,00; di m. 0,95; di m. 0,75 e di m. o,60. Quello di m. 0,95 è il più comunemente usato da certe ferrovie secondarie in Italia; mentre quelli di m. 0,75 e m. 0,60 sono in generale riservati a linee di servizio).
La sezione della rotaia, e quindi il peso, varia col variare dell'importanza della linea e dello scartamento. I tipi di rotaie presentemente usati, per linee importanti, dalle nostre ferrovie dello stato (tipi che si avvicinano a quelli delle ferrovie federali svizzere), rispettivamente per linee allo scoperto e a miti pendenze e per linee o tratti di linee in condizioni difficili e nelle lunghe gallerie, pesano kg. 46,3 e kg. 50,6 al metro e sono alte 145 e 149 millimetri. Per linee secondarie il peso scende a kg. 36 e anche a 30; per scartamento ridotto di m. 0,95 anche a kg. 20 circa. Come materia per le rotaie si può dire che oggi, salvo casi speciali, è generale l'impiego dell'acciaio fuso. Tutta una tecnica speciale, assai progredita, si occupa delle prove sulle rotaie, prove di collaudo ed altre, che vengono eseguite specialmente prima della loro posa in opera ma che seguono anche la vita della rotaia in opera, particolarmente per l'accertamento del consumo o logoramento al passaggio dei carichi, per gli spostamenti, ecc.
Per l'unione delle rotaie alle traverse e per la giunzione delle rotaie fra loro occorrono speciali pezzi metallici, costituenti nel complesso il cosiddetto materiale minuto o accessorio di armamento. Essi sono essenzialmente, per il primo scopo: piastre d'appoggio o di fondo, arpioni o, in generale ora, caviglie a vite mordente (talora munite di guarniture o spirali metalliche) con speciali piastrine di stringimento; per il secondo scopo: stecche o ganasce e chiavarde con riparelle o rondelle. Si può ritenere che per i migliori armamenti il peso complessivo del materiale minuto rappresenti il 30% circa del peso delle rotaie.
Le operazioni di posa del binario, sia nel caso di posa a nuovo sia in quello di posa per rifacimento o rinnovamento, sono delicate e comprendono tutta una tecnica speciale, particolarmente quando si ricorre all'esecuzione di parecchie operazioni con procedimenti meccanici anziché a mano. In complesso, sul primo strato di massicciata vengono disposte le traverse, su queste le rotaie e si fa luogo alla posa provvisoria del binario, la quale diventa poi definitiva, dopo una serie di verifiche e di controlli, con lo spandimento del secondo strato di massicciata.
Particolari studî e provvidenze richiede la posa del binario in corrispondenza alle curve. È necessario intanto l'uso di rotaie più brevi per il diverso sviluppo dell'esterna rispetto all'interna, allo scopo di mantenere la corrispondenza dei giunti. Ma, soprattutto, per la sicurezza della circolazione nei riguardi degli effetti prodotti dalla forza centrifuga, è indispensabile nelle curve far luogo a due provvedimenti fondamentali l'allargamento del binario e la sopraelevazione della rotaia esterna. Lo scartamento di m. 1,445 indicato può arrivare anche a m. 1,460; la rotaia esterna può, secondo il raggio della curva e la velocità di circolazione, essere sopraelevata rispetto all'interno sino a m. 0,12 normalmente e talora anche sino a m. 0,14. Nei casi di sopraelevazione notevole (solitamente quando è uguale o superiore a centimetri sei) è necessario disporre il binario, nel passaggio dal rettilineo alla curva circolare, secondo una speciale curva di raccordo, costituita comunemente da un tratto di parabola cubica e talora da un tratto di clotoide.
In quanto alla posa si ricorda ancora che le rotaie sono inclinate di un ventesimo verso l'interno del binario rispetto al piano delle traverse; che è necessario, per le variazioni di temperatura, lasciare un piccolo spazio fra le estremità delle rotaie in relazione alla temperatura di posa; che occorre raccordare due livellette successive quando le differenze di pendenza sono assai sentite (il raccordo si fa mediante superficie cilindrica o conica secondo che si tratti di rettifilo o di curva, avente una direttrice di grande raggio); che in corrispondenza ai passaggi a livello il binario è di solito armato con rotaia e controrotaia, ecc.
Facili e comuni nozioni di esercizio delle strade ferrate spiegano le denominazioni di linea a semplice binario, a doppio binario ecc.; nonché le locuzioni binario di corsa, di ricovero, di scarico, di sicurezza, di precedenza, ecc.; binario tronco o morto, ecc.
La manutenzione dei binarî, seguendo il metodo della revisione generale, comporta le seguenti operazioni, da farsi ogni anno od ogni due o tre anni secondo il traffico delle linee, nell'ordine secondo cui si espongono: scopertura del binario; ispezione, verifica e ricambio dei materiali di armamento, correzione dei fuori-squadra e degli spazî fra le rotaie; rettifica del livello e rincalzamento delle traverse; ricopertura del binario; regolarizzazione dell'allineamento; profilatura della massicciata e delle banchine. Di regola si comincia la revisione generale dopo 6 o 7 anni dall'apertura all'esercizio. Per massicciate di ghiaia o pietrisco terrosi si fa, quando occorre, il risanamento (vagliatura e aggiunta di nuovo materiale). La massicciata in genere deve essere in media ripristinata o ricaricata tenendo conto di un consumo annuale pari a 1/38 circa del volume complessivo.
Gli studî relativi alla stabilità del binario, in relazione anche alla durata dei diversi suoi elementi, ai limiti ammissibili di logoramento per le rotaie, ecc. hanno assunto sempre maggiore importanza con l'aumentare del peso e della velocità dei convogli. E si è visto che le ricerche di carattere prevalentemente teorico (in origine soprattutto tedesche) hanno un valore limitato; mentre è necessario procedere a complete, metodiche ricerche a base sperimentale. In tale senso si ebbe qualche notevole studio in Europa, in passato, specialmente in Francia. Però le ricerche sperimentali più estese sono quelle condotte dagli Americani (Stati Uniti), ricerche che hanno già portato a notevoli conclusioni e che, iniziate nel 1913, continuano tuttora. Esse hanno per base il seguente principio: rendersi anzitutto esatto conto dell'entità degli sforzi che si verificano sui binarî nelle effettive condizioni di servizio. Gli Americani risolvono cioè l'importantissimo problema della misura diretta degli sforzi interni, rendendosi indipendenti da ogni discutibile e più o meno complicato procedimento di calcolo necessario sempre per passare dalla forza applicata alla sollecitazione interna. La mole di lavoro sperimentale americano è già imponente e indubbiamente aumenterà. Difficile sarà certo la sintesi di tale lavoro, ma senza dubbio l'indirizzo è ottimo e lascia sperare molto di più di tutti gli studî precedenti in materia.