BLOCCO, sistema di

BLOCCO, sistema di (fr. e ingl. block-system; sp. instalacion de block; ted. Blockanlage)

Si dà questo nome a un sistema e a una serie di apparecchi mediante i quali si provvede a garantire la sicurezza della circolazione dei treni.

La successione dei convogli ferroviarî viaggianti nello stesso senso si può regolare in base a due modalità. O si stabilisce che un treno non parta da una stazione prima che sia trascorso un determinato intervallo di tempo dalla partenza del treno precedente; oppure si attende a far partire un treno quando sia giunta notizia dell'arrivo del convoglio precedente, da un punto della linea esattamente determinato e situato a conveniente distanza sulla comune direzione di marcia.

Nel primo caso la regola riesce assai semplice perché basta soltanto tener conto delle velocità relative dei treni che si susseguono. In pratica, fissato l'intervallo regolamentare, per es. di 10 minuti, applicabile a treni che procedano a velocità eguale, esso sarà accresciuto quando un treno celere segua un altro lento (i treni in tal caso si vanno avvicinando) e potrà essere diminuito tutte le volte che un treno lento segua un altro celere (i treni si vanno allontanando). La misura dell'aumento nel primo caso è facile a determinarsi perché, se si pone la condizione che i treni giungano alla prossima stazione a distanza di tempo pari all'intervallo, bisogna farli partire in guisa che fra le due partenze intercorra un tempo che superi l'intervallo della differenza fra i tempi di percorso dei due treni. Nel caso di un treno lento che segua un altro celere si può fare una riduzione discrezionale; portare, per es., l'intervallo alla metà (5 minuti).

Ma questa regola basata sul tempo è pericolosa, giacché presuppone che i treni conservino durante il percorso fra le stazioni la velocità prevista, che cioè né rallentino né si fermino in linea. Perché la regola valga in ogni caso, occorre che il personale della linea, allorché un treno rallenta o si arresta, provveda a ripristinare l'intervallo esponendo il segnale di fermata al treno successivo.

La pratica avendo dimostrato che sull'opera del personale non si può fare assegnamento sicuro per ciò che concerne la conservazione dell'intervallo in linea, specialmente quando il traffico sia elevato, si è finito col dare la preferenza al secondo sistema, per il quale, come abbiamo detto, un treno si fa partire dopo aver ricevuto avviso che il treno precedentemente partito ha raggiunto un punto determinato della linea, rispettando così non piu̇ un intervallo dl tempo, ma un intervallo di spazio.

Questo secondo sistema è più sicuro, perché nessun pericolo sorge se il treno prima partito rallenta o si arresta in linea; il secondo treno non partirà se non sarà avvisato che il primo è giunto o, in altre parole, ogni treno al partire è sicuro di avere dinnanzi un tronco di linea sgombro. Ma, mentre il primo sistema si può applicare prescindendo da qualsiasi attrezzatura, il secondo presuppone l'esistenza d'un apparecchio con il quale si possa dare avviso alla linea di ogni arrivo o passaggio di treno.

Quando le stazioni restano a poca distanza possono essere scelte come punti di riferimento della marcia dei treni e poiché sono sempre collegate fra loro dal telegrafo, il metodo dell'intervallo di spazio si risolve nel sistematico avviso che ciascuna stazione dà alla precedente, nel senso della marcia dei treni, dell'arrivo o del passaggio dei convogli. Se, invece, le stazioni restano a notevole distanza, l'applicazione di questo metodo riduce il numero dei treni che possono transitare sulla linea, giacché diventa troppo lungo l'intervallo di tempo fra un treno e l'altro. Basta anzi la presenza di due sole stazioni a forte distanza per limitare il numero dei treni su un'intera linea.

È facile, tuttavia, comprendere che si può porre rimedio a simile condizione di cose creando fra le stazioni situate a distanza notevole uno o più posti di segnalamento che abbiano la sola funzione di annunciare il transito dei treni, cosa che non richiede nemmeno l'esistenza del telegrafo, giacché si tratta di avvisi tipici e brevi trasmissibili con apparecchi di corrispondenza semplificati. Naturalmente questi posti debbono essere forniti anche di segnali che permettano d'informare il personale dei treni se la via è libera oppur no, senza arrestarli come si fa nelle stazioni, cosa che darebbe luogo a inutile perditempo.

Il numero dei posti da intercalare fra due stazioni sarà tanto maggiore quanto più grande è la distanza e più elevato il numero dei treni che si vuol far transitare. In generale si può dire che quando vi sia da smaltire un traffico rilevante, dovendosi porre in moto molti treni nella giornata, l'intervallo di tempo fra essi dovrà esser ridotto e quindi esser breve lo spazio intercedente fra i posti successivi di avviso.

L'impianto fra le stazioni di posti muniti di segnali per i treni e di apparecchi per corrispondere fra loro costituisce ciò che si dice sistema di blocco.

Come abbiamo detto, non è necessario per la corrispondenza del blocco ricorrere al telegrafo, perché si tratta di trasmettere comunicazioni che, essendo sempre eguali e di pochissimi tipi (linea libera, linea impedita, ecc.) riescono facilmente realizzabili con circuiti elettrici ed elettromagnetici. Il più antico degli apparecchi destinati a tale scopo fu costruito da Fothergill Cooke nel 1844 e messo in attività sulla ferrovia inglese Norwich-Yarmouth appartenente alla rete del Great Eastern Railway (fig.1). È basato sullo stesso principio del telegrafo ad ago, inventato pure dal Cooke, e consiste in un invertitore col quale la corrente di una batteria si può mandare attraverso una conduttura in un senso o nell'altro, ottenendo così una deviazione dell'ago verso sinistra o verso destra. L'ago deviato a sinistra significa "via libera", a destra "via impedita". L'avviso ai treni si dava con segnali a bracci (semafori) collocati in corrispondenza ai posti di blocco e affidati ad appositi guardiani che, secondo le indicazioni del telegrafo ad ago, manovravano il semaforo.

Gli apparecchi furono a poco a poco perfezionati, finché assunsero la forma della fig. 2, che mostra come gli elementi principali consistessero in un campanello, due segnali in miniatura che, ripetendo l'indicazione dei veri segnali di linea, potevano prendere la posizione di via libera (braccio inclinato) e quella di via impedita (braccio diritto) e due pulsanti coi quali si può agire sui piccoli segnali del posto vicino. In ogni posto intermedio occorrono due di questi apparecchi, uno collegato mediante conduttura col posto prossimo da un lato, l'altro col posto prossimo dall'altro lato. Gli apparecchi diventano quattro per linee a doppio binario con due direzioni di marcia.

Per poter ottenere una reale garanzia di sicurezza nella successione dei treni a distanza di spazio escludendo la possibilità di erronee segnalazioni e comunicazioni fra posti limitrofi, è però necessario stabilire una certa subordinazione fra i segnali della linea e le indicazioni dell'apparecchio di corrispondenza, per modo che venga data via libera ad un treno soltanto quando la sezione sia perfettamente libera, quando cioè il treno precedente l'abbia abbandonata e sia protetto dal segnale esistente al termine della sezione stessa. Lo scopo si raggiunge: a) facendo in modo che un segnale possa essere aperto soltanto allorché sia realmente intervenuto l'avviso di via libera con l'apparecchio di corrispondenza; b) stabilendo che il segnale posto all'inizio di una sezione di blocco debba esser chiuso non appena un treno l'abbia oltrepassato e resti così evitato che un secondo treno possa approfittare dell'apertura del segnale e penetrare nella sezione prima che l'altro ne sia uscito; c) facendo in maniera che il segnale di linea libera non possa essere ripetuto con l'apparecchio di corrispondenza se non quando il treno per il quale era stato dato il segnale precedente sia effettivamente uscito dalla sezione. Quest'ultima condizione esige che lo strumento di corrispondenza dopo ogni segnalazione di via libera venga "bloccato", e dopo ogni passaggio di treno venga rimesso in condizione di poter dare una segnalazione analoga o "sbloccato".

In questa operazione essenziale si può vedere anche l'origine della denominazione del sistema.

Riassumiamo ora il seguito delle operazioni da compiere fra due posti di blocco contigui, uno che diremo a monte perché, dato il senso di marcia dei treni, è il primo ad essere incontrato, l'altro che diremo a valle perché è incontrato dopo. Il guardiano del posto a monte essendo in attesa del treno chiede se la via è libera al guardiano del posto a valle; questi, rispondendo affermativamente con una manovra che modifica i circuiti del posto a monte, blocca il suo apparecchio. Il guardiano a monte, avvalendosi del consenso avuto, apre il segnale (prima non avrebbe potuto materialmente farlo) e il treno entra nella sezione; il passaggio del treno è preannunciato a valle. Il guardiano del posto a valle al passaggio del treno sblocca il suo apparecchio, cioè si pone in grado di dare, se richiesto, un nuovo consenso. Quanto abbiamo detto vale per il caso che si usi il regime della via normalmente chiusa; se, invece, la via è tenuta normalmente aperta, la prima operazione non è necessaria e al passaggio di ciascun treno il guardablocco a valle avverte il guardablocco a monte e questi riapre il segnale. In Italia e nella maggior parte delle ferrovie europee è preferito il sistema a via normalmente chiusa.

Il sistema di blocco può essere assoluto e permissivo. È assoluto se si prescrive che quando il treno incontri all'arresto il segnale d'ingresso nella sezione deve fermarsi senza oltrepassare il segnale, salvo che non ne sia autorizzato dal personale di linea; permissivo se il treno, arrestato che si sia al segnale chiuso, abbia facoltà di penetrare nella sezione per accertarsi dell'ostacolo che si oppone alla concessione della via libera e agire di conseguenza.

Vediamo ora quali meccanismi occorrano per le funzioni cui abbiamo accennato. L'istrumento di corrispondenza manovrato dal guardiano a valle deve poter agire sul segnale a monte in guisa da permetterne l'apertura. Questo si può ottenere facilmente con un congegno che completi a distanza la manovra del segnale. Se, per esempio, il segnale può essere mandato a via libera solo quando un elettromagnete incluso in un circuito che vada dall'uno all'altro posto sia eccitato, e l'eccitazione dell'elettromagnete del segnale a monte si può ottenere con la chiusura di un interruttore manovrabile solo nel posto a valle, ecco che si è creato un collegamento tra l'indicazione della via libera e la posizione del segnale. È però da osservare che il posto a monte è in tal modo autorizzato a far passare il segnale dalla posizione di arresto a quella di via libera, ma questo passaggio richiede sempre una manovra positiva da parte dell'agente addetto alla guardia del posto di blocco (guardablocco). L'elettrocalamita (più comunemente relais o soccorritore, che vuol dire elettrocalamita con relativo interruttore) adempie così all'ufficio di permettere l'apertura del segnale e si suole designare col nome di consenso elettrico o slot (catenaccio).

Per le altre due condizioni delle tre innanzi elencate, si può ricorrere all'impiego di pedali, cioè di speciali interruttori posti sul binario in posizione opportuna e messi in funzione dagli stessi convogli. Se nel circuito del consenso elettrico introduciamo un secondo interruttore che fa capo al pedale, quando il treno che ha approfittato dell'apertura del segnale entra nella sezione, incontra il pedale e lo fa agire nel senso di aprire il circuito e quindi di far tornare automaticamente il segnale a via impedita. Questo pedale si chiama pedale di occupazione. Si è, dunque, raggiunta in modo indipendente dall'attenzione del personale, la condizione che il segnale posto all'inizio di una sezione si chiuda subito dopo che il treno è entrato nella sezione stessa.

Quanto alla terza condizione, essa viene soddisfatta con un altro pedale che agisce su un secondo circuito facente capo all'istrumento di corrispondenza. Si libera così un arresto che dopo la bloccatura eseguita al passaggio del treno immobilizzava la maniglia con la quale si accorda il consenso. Questo secondo pedale si dice di liberazione.

Il pedale d'occupazione deve esser messo a tale distanza dal segnale da non ingenerare confusione, cioè da non far credere a parte del personale del treno che il segnale fosse originariamente a via impedita, come avverrebbe se esso fosse troppo vicino al segnale, e da evitare di lasciare aperto il segnale troppo tempo dopo l'entrata della testa del treno nella sezione, perché un altro treno potrebbe approfittarne; tali condizioni sono però difficili a conciliarsi, dato che i treni sono di lunghezza diversa (per le ferrovie vere e proprie da un minimo di 200 metri per i treni viaggiatori celeri ad un massimo di 800 metri per i treni merci lenti e composti di materiale vuoto). Si assume, in pratica, una distanza intermedia e quindi la chiusura del segnale ha luogo dopo che tutto il treno lo ha oltrepassato di qualche centinaio di metri nel caso di un diretto viaggiatori e quando il treno non è ancora tutto penetrato entro la sezione nel caso di un treno merci.

In generale la distanza che va bene per il pedale d'occupazione corrisponde anche alle esigenze del pedale di liberazione, e quindi spesso i due pedali vengono fusi in un pedale doppio che manda a via impedita il segnale del posto e libera l'apparecchio di corrispondenza verso la sezione a monte.

Le stazioni sono generalmente escluse dal blocco nel senso che esse hanno a ciascuna estremità un posto semplice, vale a dire con due soli strumenti di corrispondenza.

Il sistema di blocco si presta a una soluzione del tutto automatica, introdotta dagli Americani e che ormai comincia a diffondersi anche in Europa. Tale soluzione, che presenta il grande vantaggio economico della completa eliminazione del personale di guardia ai posti di blocco, può basarsi su espedienti diversi, ma il tipo più comune ed ora esclusivamente preferito è quello che si avvale del cosiddetto circuito di rotaie, geniale invenzione dell'ingegnere William Robinson.

In che cosa consista un circuito di rotaie appare chiaramente dalla fig. 3. Le rotaie comprese in una sezione di blocco, cioè fra due successivi segnali, sono elettricamente isolate dalle rotaie adiacenti sia nell'una sia nell'altra direzione mediante speciali giunzioni isolanti. Al contrario, le rotaie comprese nella sezione sono fra loro collegate ai giunti mediante un filo di ferro o di rame, destinato a migliorare la conduttività della giunzione, non potendosi per questo fare assegnamento sulle ordinarie stecche che congiungono le rotaie fra loro. Ad un estremo di questa sezione, e precisamente all'estremo a valle incontrato per ultimo sui binarî percorsi sempre nello stesso senso come sono quelli delle linee a binario doppio, vi è una batteria i cui poli sono connessi con le due rotaie. All'estremo opposto, quello a monte nel senso della marcia dei treni, vi è un'elettrocalamita anch'essa coi morsetti collegati alle due rotaie. È evidente che allora le due file di rotaie costituiscono un circuito entro il quale circola una corrente elettrica che eccita la elettrocalamita dell'estremo a monte. L'elettrocalamita eccitata mantiene chiuso un secondo circuito comprendente un'altra batteria, la quale serve a portare a via libera il segnale.

Ma non appena un treno entra nella sezione, la corrente che circola nel circuito di rotaie è derivata attraverso le ruote e gli assi del treno; la calamita si diseccita, l'interruttore cade, si apre il circuito della batteria locale e il segnale passa all'arresto. Così, possiamo dire che l'elettrocalamita del binario riflette la condizione del binario stesso. Quando la sezione è libera l'elettrocalamita è eccitata e mantiene chiuso il circuito della batteria locale; se la sezione è occupata, l'elettrocalamita è diseccitata e il circuito della batteria locale interrotto.

Possedendo un'elettrocalamita la cui posizione dipenda dalla presenza del treno sul binario, è ovvio che essa può essere utilizzata da sola o in combinazione con altre elettrocalamite per comandare segnali, apparati di controllo, ecc.

Il segnale è fatto in modo che, ove per una ragione qualsiasi venga a mancare la corrente della batteria locale, passa automaticamente all'arresto per semplice effetto della forza di gravità (l'ala è opportunamente contrappesata).

È facile poi comprendere come il sistema si presti non solo al caso semplice da noi fatto del regime a segnali normalmente aperti, ma anche a quello un po' più complicato dei segnali normalmente a via impedita.

Il blocco automatico è stato oggetto di numerosi perfezionamenti. Il suo campo maggiore d'applicazione è quello delle linee a traffico intenso, dove cioè i treni si debbono succedere a piccolo intervallo ed è quindi necessario adottare sezioni molto ridotte. Naturalmente nella brevità delle sezioni non si può eccedere; è facile, anzi, verificare che la minima lunghezza di una sezione di blocco è rappresentata dallo spazio occorrente per l'arresto del treno, giacché questo entrando nella sezione a segnale aperto deve arrestarsi prima d'impegnare il segnale che permette l'ingresso nella sezione successiva, ove esso si trovi a via impedita.

In generale sulle ferrovie vere e proprie le sezioni di blocco si fanno d'una lunghezza variabile da 1200 a 4000 m. Una volta fissata la lunghezza media, bisogna far subire a questo fattore, per ciascuna sezione effettiva, le correzioni imposte dal profilo della linea; ne risulterà un allungamento o una riduzione di lunghezza secondo la entità della pendenza, perché quel che interessa è che il tempo impiegato da ciascun treno nel percorso delle successive sezioni sla costante. Sarà poi necessario adattare i limiti delle sezioni ai bivî, alle stazioni, ecc.

Se si potesse ammettere che il macchinista rimanga sempre padrone della velocità del suo treno e che i segnali siano sempre visibili in tempo utile, basterebbe un solo segnale all'entrata di ciascuna sezione. Ma poiché l'esperienza prova che tutto questo non sempre si verifica, si ricorre a due segnali, aggiungendo a quello che segna il limite della sezione un altro segnale detto di avviso, o avanzato, o ripetitore, posto a monte del primo, del quale riproduce l'indicazione. Il segnale d'avviso deve precedere quello ordinario di una distanza pari allo spazio d'arresto, valendo ancora le ragioni già esposte a proposito della lunghezza minima delle sezioni.

Naturalmente, se il traffico è tale che la lunghezza della sezione risulta vicina alla minima, il segnale d'avviso per ogni sezione va a cadere presso il limite della sezione precedente e allora converrà porre i due segnali su uno stesso sostegno, pur dando ad essi forma differente perché l'avviso possa distinguersi dal segnale di fermata; oppure ricorrere ad un segnale solo capace di prendere tre posizioni: una che ha significato di via libera per la sezione interessata e la successiva; un'altra che indica via libera per la sezione interessata e impedita per la successiva; la terza, infine, che segna la via impedita per entrambe le sezioni.

Malgrado la doppia segnalazione, quando le sezioni sono corte vi è sempre da temere l'oltrepassamento dei segnali situati a via impedita; ciò consiglia a spostare nel senso della marcia dei treni il termine di liberazione della sezione, in modo che questa non coincida più con la posizione dei segnali.

Nel sistema ordinario il treno passando da una sezione A alla successiva sezione B, libera il segnale d'ingresso nella sezione A mentre entra nella sezione B. Può, tuttavia, avvenire che il treno si fermi quando l'ultimo suo veicolo ha oltrepassato soltanto di pochi metri il segnale di B che lo protegge; e se allora sopraggiungesse un secondo treno che per una ragione qualsiasi non riuscisse a rispettare il segnale d'ingresso in B, che deve trovarsi a via impedita, potrebbe prodursi un investimento.

Per evitare ciò, si ricorre al rimedio cui abbiamo innanzi accennato: s'intercala cioè, fra il segnale e il punto successivo di separazione dei circuiti, un tratto di linea pari allo spazio d'arresto, che si dice "ricoprimento" (ingl. overlap). Un treno situato in un punto qualunque della sezione viene quindi normalmente protetto da un segnale di blocco posto a una distanza almeno uguale al tratto occorrente per la frenatura. Il ricoprimento viene perciò a rappresentare l'intervallo minimo che, in condizioni normali, sussisterà fra due treni successivi. Quando la lunghezza della sezione corrisponde al doppio dello spazio occorrente per l'arresto, una sezione risulta eguale a due volte il ricoprimento.

Il ricoprimento semplice così definito presenta lo svantaggio che il segnale non si mette all'arresto all'istante del passaggio del treno, e quindi se un convoglio dovesse arrestarsi sul ricoprimento della sezione A si avrebbe il primo segnale all'arresto, ma il secondo a via libera. Il macchinista di un secondo treno dopo essersi fermato qualche minuto davanti al primo segnale è autorizzato dal regolamento del blocco automatico (blocco permissivo) a proseguire lentamente sino a che non vede il successivo segnale, che, per quanto sopra si è detto, trovasi a via libera; il macchinista potrebbe allora riprendere la marcia a piena velocità e andare ad investire il treno che lo precede.

Per ovviare a questo inconveniente, sulle linee assai frequentate si adotta il sistema del ricoprimento assoluto. In tal caso la porzione di binario compreso fra due segnali costituisce due circuiti distinti, ricoprimento e l'intervallo, intendendosi come intervallo il tronco compreso fra la fine del ricoprimento e il prossimo segnale a valle. Il circuito di rotaie del ricoprimento comanda il circuito di rotaia dell'intervallo a monte in modo che quest'ultimo rimanga aperto per tutto il tempo in cui il treno resta sul ricoprimento. In tal modo un treno è sempre protetto da due segnali d'arresto se si trova sul ricoprimento, e da un segnale se si trova sull'intervallo.

Si può anche immaginare ridotto a zero l'intervallo e il ricoprimento esteso alla distanza fra due segnali: avviene allora che un segnale di una sezione non torna a via libera se il treno non ha oltrepassato la sezione successiva: questo è il sistema della sezione tampone. Un treno è quindi sempre protetto da due segnali di arresto con una maggior garanzia di sicurezza cui corrisponde un maggior numero di segnali e di circuiti di rotaie di quello che non avvenga mediante i sistemi precedenti.

Con l'adozione della trazione elettrica, causa le azioni perturbatrici della corrente di ritorno, il blocco a corrente continua con pile ed elettromagneti ha dovuto essere sostituito da quello a corrente alternata, che si presta bene qualunque sia la natura della corrente di trazione.

La frequenza della corrente di segnalazione può essere qualsivoglia se la trazione è fatta con corrente continua; se invece anche la trazione è a corrente alternata, bisogna far uso di frequenze ben distinte. Gli elettromagneti dei circuiti di blocco devono essere sensibili soltanto alla corrente di segnalazione.

La fig. 4 riproduce lo schema d'un circuito di rotaie a corrente alternata. L'alimentazione della sezione è fatta per mezzo del trasformatore T₂; all'altra estremità si trova l'elettromagnete E di comando del circuito del segnale. Nel circuito di binario sono inserite due connessioni induttive C₁ e C₂ che assicurano la continuità del binario per la corrente di trazione di ritorno, mentre mantengono l'isolamento fra sezione e sezione e fra le rotaie delle due file per la corrente di segnalazione.

Il trasformatore T₂ che alimenta il circuito di rotaie viene a sua volta alimentato da una linea di distribuzione a corrente alternata appositamente destinata alle segnalazioni. La debole resistenza R serve ad impedire la messa in corto circuito del trasformatore quando un treno passa.

L'elettromagnete E che comanda l'apertura o la chiusura del circuito del segnale è eccitato dall'avvolgimento principale A₁ rafforzato dall'avvolgimento secondario A₂, derivato direttamente dalla linea di distribuzione mediante il trasformatore T₁. Esso è un elettromagnete di quelli detti a due elementi, che comportano due avvolgimenti distinti; uno, come abbiam visto, è connesso al circuito di rotaie e riceve attraverso di esso la corrente del trasformatore di linea, mentre l'altro è alimentato da un trasformatore locale. In questo modo, poiché l'elettromagnete ubbidisce alla somma delle due correnti, si può far passare un'intensità maggiore nel circuito locale che avrà l'isolamento normale ed una minore lungo il circuito delle rotaie, che è sempre male isolato, diminuendo così le perdite complessive.

La corrente dal trasformatore T₂ passa alle rotaie che sono mantenute ad un potenziale diverso causa l'impedenza delle connessioni induttive. Questa differenza di potenziale è sufficiente per eccitare l'elettromagnete del circuito di rotaie. Entrando un treno nella sezione, si abbassa la differenza di potenziale fra le rotaie e l'elettromagnete si diseccita, interrompendo il circuito del segnale che cambia, quindi, posizione. Nella figura, M è il motore del segnale, I l'interruttore relativo.

Il successo del blocco a corrente alternata sulle linee a trazione elettrica, coi suoi vantaggi dal punto di vista della sicurezza e dell'economia, ha indotto ad estendere lo stesso sistema sulle linee esercitate a vapore.