INNOVAZIONI…GIA’ VISTE
di Roberto Cambursano
PRIMA PARTE
Utilizzando i tram delle ultime generazioni, è naturale dare per scontato che le caratteristiche tecniche “innovative” siano il frutto del progresso più recente: al contrario, la sottovia tranviaria, la ricarica della forza di trazione in linea, l’alimentazione dal suolo, i tram articolati, il pianale ribassato, l’agente unico e altre cose che sono oggi l’emblema della modernità in realtà erano già state inventate e ingegnerizzate dai nostri antenati, che ovviamente l’avevano fatto usando le tecnologie disponibili all’epoca.
Con il supporto di immagini d’epoca, questo articolo passa in rassegna in ordine cronologico sei importanti innovazioni applicate ai trasporti pubblici urbani oltre un secolo fa, che sono alla base del funzionamento dei sistemi attuali.
LE SOTTOVIE TRANVIARIE
“Light rail”, “Stadtbahn”, “Pre-metro”, “Metrotranvia”: comunque vengano chiamate nei diversi paesi del mondo, le linee tranviarie moderne ad elevato livello di prestazioni fanno oggi uso in molti casi di tratte sotterranee, specialmente nelle zone centrali delle grandi città.
La prima realizzazione moderna di un tunnel tranviario avvenne a Bruxelles, in occasione dell'Esposizione Universale del 1958: nel sistema (apparentemente innovativo) definito “Pre-metro” venivano convogliate più linee tranviarie sulla stessa direttrice sotterranea, dotata anche di alcune stazioni. Ma la Sottovia tranviaria è vecchia quanto lo stesso tram: già un secolo prima, a New York esisteva il “Murray hill tunnel” lungo la 4^ Avenue di Manhattan (oggi Park Avenue). Su quella via era stata inaugurata nel 1832 la prima linea tranviaria della storia, la “New York and Harlem Railroad”, con trazione a cavalli: questa nel 1834 era stata prolungata verso nord e il nuovo percorso comprendeva un tratto di 500 metri al centro della strada, inizialmente scavato in trincea a cielo aperto e successivamente coperto: la prima sottovia tranviaria della storia! Dal 1898 i tram a cavalli furono rimpiazzati dai tram elettrici, che continuarono a percorrere il tunnel fino al 1935; nel 1937 il “Murray hill tunnel” fu adibito a sottopasso stradale, una caratteristica che ha mantenuto fino ai nostri giorni (Figura 1).
Anche in altre grandi città vennero costruite a partire dalla fine dell’Ottocento sottovie tranviarie centrali dotate di stazioni sotterranee in cui vennero fatte confluire più linee tranviarie, principalmente con la finalità di decongestionare il traffico di superficie (soprattutto quello degli stessi tram che cominciavano a essere troppi) e in qualche caso anche per superare particolari zone collinose all’interno dell’abitato. Alcuni di questi tunnel furono dismessi in occasione della chiusura delle reti tranviarie della prima generazione (come a Londra, Berlino, New York, Washington), altri invece sono rimasti in funzione e fanno oggi parte integrante della rete tranviaria moderna. Fra questi ultimi citiamo, in ordine di apertura: Marsiglia (Tunnel de Noailles, 1893), Boston (Tremont Street Subway, 1897) (Figura 2), Pittsburgh (Mount Washington transit tunnel, 1904), Filadelfia (Central City subway, 1907) e San Francisco (Twin peaks tunnel, 1918).
LA RICARICA IN LINEA
Come è noto, agli albori della storia del trasporto pubblico urbano l’energia necessaria per la trazione fu presa dapprima dagli animali, poi dal vapore e dall’aria compressa, e infine dall’elettricità. Furono sperimentati svariati sistemi di trazione e diverse modalità di fornitura dell’energia necessaria per la trazione stessa, fino ad arrivare alla conclusione che il sistema più efficiente era quello elettrico con una linea di alimentazione fissa e continua (come la classica catenaria). Ma vi fu un periodo, a cavallo fra i secoli XIX e XX, in cui sembrò che la soluzione ideale potesse invece essere rappresentata dalla “ricarica” in linea dell’energia necessaria per la trazione, con veicoli in grado di procedere scollegati dalla fonte di alimentazione con un certo livello di autonomia.
Il primo caso di tram a “ricarica” fu la locomotiva a vapore senza focolare (Figura 3), ideata allo scopo di ovviare agli inconvenienti dovuti alle emissioni fastidiose e nocive delle macchine a vapore in ambito urbano ed entrata in servizio regolare a Parigi nel 1878 ad opera dell’ingegnere francese Léon Francq (per la precisione, il sistema Francq costituiva un perfezionamento del precedente brevetto dell’americano Lamm, sperimentato per la prima volta a New Orleans nel 1872). Diffusosi in seguito anche in altre città francesi, il sistema consisteva in un piccolo locomotore tranviario a vapore a due assi che poteva rimorchiare fino a due vagoni passeggeri, dotato di caldaia (che fungeva da accumulatore di vapore) ma non di focolare, per cui non necessitava di rifornimento di carbone. In deposito, prima dell’uscita in servizio, la caldaia veniva caricata con acqua satura di vapore surriscaldato ad elevata pressione; il manovratore disponeva di una valvola che regolava la fuoriuscita del vapore dalla caldaia e lo inviava al sistema di cilindri e pistoni (analogo a quello delle normali macchine a vapore), trasmettendo il moto al tram: sottraendo vapore alla caldaia, la pressione interna calava provocando l’ebollizione dell’acqua e la conseguente produzione di altro vapore, fino ad esaurimento. L’autonomia di servizio era però molto bassa (15 km) ed i costi di gestione erano tali che questo sistema trovò poche applicazioni.
Il passo successivo fu il tram ad aria compressa (Figura 4), inventato dall’ingegnere polacco Louis Mekarsky e comparso nel 1879 a Nantes, che inizialmente sembrò promettere bene, tanto che entro la fine del secolo XIX acquisì una discreta diffusione specialmente in Francia (Parigi arrivò a disporre di sei linee). Il principio di funzionamento era semplice e costituiva in pratica una evoluzione della locomotiva a vapore senza focolare, in cui al posto del vapore veniva usato un altro fluido: l'aria compressa. Questa veniva convogliata mediante condutture sotterranee da una centrale di produzione a vari punti di presa situati in genere ai capilinea. Qui l’aria veniva caricata a bordo dei tram mediante tubi flessibili e stivata in grandi serbatoi posti sotto il pianale delle vetture, e poi da essi inviata ad appositi cilindri che trasmettevano il moto alle ruote; la regolazione della pressione e quindi della velocità avveniva tramite un volantino girato a mano dal manovratore. L'aria compressa proveniente dai serbatoi passava attraverso una caldaia cilindrica a pressione piena di acqua bollente (la “bouillotte”) installata sulla piattaforma di guida: questo sistema permetteva di riscaldare l' aria compressa (che, per effetto della decompressione subita nei cilindri motori, avrebbe avuto la tendenza a raffreddarsi eccessivamente) a una temperatura ottimale per il corretto funzionamento; il riscaldamento dell'acqua nella caldaia avveniva mediante il rifornimento di vapore ai capilinea tramite appositi tubi flessibili, contemporaneamente al carico dell'aria compressa. Ma il tallone d’Achille di questo sistema si rivelò presto il suo alto costo di esercizio, sia per la gestione delle stazioni di ricarica sia per le lunghe soste ai capilinea dovute alla sua limitata autonomia, (un tram ad aria compressa poteva percorrere solo una quindicina di chilometri fra due successive ricariche, ciascuna delle quali durava 20 minuti). L’ ultimo tram di questo tipo scomparve a Parigi nel 1917, soppiantato dalla trazione elettrica.
Con l’avvento della trazione elettrica, il concetto di ricarica in linea fu applicato al sistema di trazione ad accumulatori, con modalità simili a quelle poi riscoperte oltre un secolo dopo.
L’era degli accumulatori impiegati nella trazione ebbe inizio nel 1881, allorchè il chimico francese Alphonse Faure brevettò il primo accumulatore industriale e l’ingegnere Nicolas Raffard lo sperimentò per la prima volta a Parigi: si trattava di una vettura a due piani presa in prestito dalle locali tranvie a cavalli, sulla quale era stata montata una dinamo Siemens che fungeva da motore e che era alimentata da una batteria di accumulatori. Si era agli albori della trazione elettrica e questo sistema, all'apparenza il più semplice fra tutti perché consentiva di disporre dell'energia elettrica direttamente a bordo del veicolo, sembrava destinato al successo. Lo sviluppo della trazione ad accumulatori fu largamente favorito anche da ragioni estetiche, specialmente nelle grandi metropoli europee dotate di zone di particolare pregio architettonico, con una curiosa preveggenza rispetto ad oggi. Dopo un primo periodo pionieristico, già negli ultimi anni dell’Ottocento prese piede il sistema della ricarica degli accumulatori al capolinea (Figura 5), che avveniva tramite apposite prese elettriche fisse alle quali il tram in sosta veniva collegato: a parte qualche caso di linea gestita interamente ad accumulatori, generalmente il sistema adottato fu quello misto accumulatori/alimentazione aerea, in cui gli accumulatori venivano utilizzati in modo complementare al sistema a filo aereo solo per l’attraversamento di particolari sezioni che le amministrazioni locali non volevano “deturpare” con pali e fili: la prima applicazione di rilievo di un sistema di questo genere fu fatta ad Hannover nel 1895 su una rete di ben 130 km. L'arretrato livello tecnologico delle batterie di accumulatori del tempo, caratterizzate da un basso rendimento e da una incompleta e lenta capacità di ricarica (oltre che da altri fattori negativi non trascurabili come l’elevato peso ed ingombro e le fastidiose esalazioni chimiche), condannò comunque inesorabilmente all'insuccesso il sistema, che venne ben presto gradatamente abbandonato ovunque già nel primo decennio del Novecento. Il sistema di alimentazione tranviaria mista accumulatori/rete aerea si prese però la rivincita un secolo dopo, ricomparendo a Nizza nel 2007 in veste moderna con la tecnologia “nickel-ibrida” brevettata da Alstom ed evolvendosi poi nel sistema di ricarica puntuale alle fermate tramite i supercapacitori abbinati alle batterie (a partire dal sistema ACR di CAF introdotto a Siviglia nel 2011).
L’ALIMENTAZIONE DAL SUOLO
La smania del “catenary free” non è certo un’esclusiva dei nostri tempi: il periodo della grande espansione tranviaria mondiale fra la fine dell’Ottocento e l’inizio del Novecento fu anzi ancora più di oggi caratterizzato da aspre discussioni nelle assemblee comunali intorno alla scelta del sistema di alimentazione elettrica delle reti, specialmente nelle grandi capitali dotate di ampie zone auliche. Spesso le autorità locali furono particolarmente restie ad autorizzare la posa di pali e fili: esempi emblematici sono i casi di Vienna e di Londra, dove non fu mai concesso il permesso di impiantare tranvie elettriche all'interno del centro storico. Questa sensibilità estetica spinse i tecnici a ricercare sistemi di alimentazione elettrica alternativi a quello del filo aereo, ma anche alternativi a quello degli accumulatori che si stava dimostrando poco efficiente.
I primissimi esperimenti di alimentazione sotterranea furono attuati in America: nel 1884 una vettura attrezzata con il sistema Bentley-Knight circolò su un breve tratto a Cleveland, ma dopo qualche mese di deludenti risultati si ritornò alla trazione a cavalli; l'anno successivo fu realizzato a Denver un altro primitivo sistema di alimentazione a conduttore sotterraneo, inventato dal professore Sydney H. Short, che fu poi perfezionato e applicato su una vera e propria linea in servizio regolare, lunga circa 8 km, che però cessò di funzionare già nel 1887 visti i risultati evidentemente non brillanti.
Nello stesso periodo anche in Europa, e precisamente nella città inglese di Blackpool, venne messo in funzione nel 1885 un diverso sistema di alimentazione a conduttore sotterraneo, brevettato da Michael Holroyd Smith: purtroppo la linea tranviaria prescelta, costruita tutta a ridosso della spiaggia e quindi fortemente esposta all'acqua e alla salsedine, si rivelò del tutto inadatta ad un sistema del genere, che qui venne abbandonato e definitivamente sostituito da un sistema di alimentazione a filo aereo. Ma nel frattempo il sistema ideato da Smith (detto in inglese “conduit” e in francese “caniveau”) era stato perfezionato e reso affidabile, tanto da renderne possibile in pochi anni l’applicazione su larga scala in numerose città nel mondo, tra le quali New York, Parigi, Berlino, Bruxelles, Budapest, Praga, Londra e Washington. Nella maggior parte dei casi i veicoli erano dotati di un doppio sistema di captazione della corrente, potendo così circolare sia nei tratti alimentati dalla rete aerea (di solito in periferia) sia in quelli alimentati dal sottosuolo (di solito nelle zone centrali). Nella configurazione più diffusa (Figura 6), in asse al binario era collocata una scanalatura continua metallica, nella quale andava ad infilarsi un braccio meccanico montato sotto il pianale del tram; in una camera sotterranea era posata la linea elettrica di alimentazione a corrente continua, costituita da due profilati metallici di polarità opposta che si fronteggiavano e in mezzo ai quali scorreva il braccio dotato di pattini striscianti di contatto. In analogia a quanto avviene per il filobus, i due conduttori fungevano da andata e ritorno della corrente, per cui il binario di corsa non faceva parte del circuito di trazione, come invece normalmente avviene per i sistemi tranviari alimentati dal filo aereo. In altri casi (come a Budapest dal 1887) la scanalatura, anziché essere posta in asse al binario, era situata in asse a una delle due rotaie, la quale presentava una gola dotata di fessura per lasciare passare il braccio di presa di corrente. In alcune capitali, l’alimentazione dal suolo riuscì a sopravvivere fino alla scomparsa dell’esercizio tranviario della prima generazione, rispettivamente a Parigi fino al 1937, a Londra fino al 1952 (dove esisteva la rete con sistema “conduit” più estesa d’Europa con 124 miglia di binario) e a Washington (ultimo caso di sistema “conduit” funzionante nel mondo) fino al 1962. Negli altri casi, l’alimentazione dal suolo fu soppiantata da altri sistemi più convenzionali a causa dei suoi elevati costi di costruzione e delle complicazioni di gestione (si pensi ad esempio alle manovre da effettuarsi al passaggio da un tratto ad alimentazione aerea a uno ad alimentazione sotterranea e viceversa e ai notevoli problemi causati dall’accumulo di sporcizia e di neve nelle scanalature).
Trovò una certa diffusione in Europa anche un altro sistema di captazione della corrente dal suolo, quello “a contatti superficiali” (o “a borchie”): la sua prima applicazione (sistema Claret/Vuilleumier) venne sperimentata a Clermont-Ferrand e messa in funzione sulla linea dell’Esposizione di Lione nel 1894; nel 1899 venne inaugurata a Tours la prima linea dotata del più evoluto sistema Diatto (brevettato dal torinese Alfredo Diatto), poi diffusosi a Parigi e in altre città francesi; altri sistemi simili, tra i quali il sistema Dolter (Figura 7), furono inoltre adottati in alcune città inglesi e francesi. In questi casi, l’alimentazione elettrica veniva fornita da una sequenza di borchie metalliche poste in asse al binario e distanziate tra loro a intervalli regolari, in modo che sempre almeno una di esse venisse toccata da un lungo pattino di presa di corrente montato sotto il pianale del tram: il circuito elettrico era attivo (almeno in teoria…) esclusivamente nelle borchie situate sotto la vettura in transito, essendo attivato e disattivato localmente da elettromagneti comandati dai contatti di bordo. L’insuccesso dei contatti superficiali fu molto più netto e precoce rispetto a quello del sistema “conduit”, a causa dei gravi problemi di sicurezza causati dal sistema stesso: infatti le borchie rimaste accidentalmente alimentate causavano frequenti folgorazioni ad animali e anche ad esseri umani! Per fortuna tutti quanti i sistemi del genere non sopravvissero oltre il primo decennio del Novecento.
L’alimentazione sotterranea ricomparirà in versione moderna a Bordeaux nel 2003, con il sistema APS di Alstom/Innorail: è curioso notare che, fino a cinquant’anni prima, parte della rete tranviaria di questa città era ancora alimentata con il vecchio sistema a “conduttore sotterraneo” della prima generazione
ELENCO IMMAGINI
fig. 1 - IL “MURRAY HILL TUNNEL” / Immagine da www.pinterest.com / Veduta del “Murray Hill Tunnel” allo stato attuale sotto la Park Avenue a New York, adibito a sottopasso stradale / 2010.
fig. 2 - LA “TREMONT STREET SUBWAY” / Immagine tratta da “The Street Railway Journal” / Binari all’interno della “Tremont Street Subway” appena aperta al traffico a Boston / 1897.
fig. 3 - TRAM A VAPORE SENZA FOCOLARE / Cartolina d’epoca / Una locomotiva a vapore senza focolare sistema Lamm-Francq in servizio a Parigi / 1908.
fig. 4 - TRAM AD ARIA COMPRESSA / Cartolina d’epoca / Un convoglio formato da motrice ad aria compressa Mekarski e un rimorchio sul Lungo-Senna a Parigi durante una inondazione / 1910.
fig. 5 - TRAM AD ACCUMULATORI / Cartolina d’epoca / Un tram ad accumulatori delle tranvie suburbane parigine al capolinea del Ponte di Puteaux. Si notano le colonnine di ricarica elettrica / Anni 1910.
fig. 6 - SCAMBIO E INCROCI SISTEMA “CONDUIT” / Immagine tratta da “The street railway journal” / Costruzione di un gruppo di incroci e scambio con alimentazione sotterranea – sistema Smith per la rete di Londra / 1894.
fig. 7 - TRAM CON ALIMENTAZIONE A CONTATTI SUPERFICIALI / Cartolina d’epoca / Un tram in servizio a Torquay (Regno Unito) su una linea alimentata tramite contatti superficiali – sistema Dolter / Anni 191