Sotto ogni metro di binario ci sono, in media, poco più di un elemento e mezzo al metro che nessuno nota finché funziona: la traversa. Le traverse in cemento precompresso hanno progressivamente sostituito il legno sulle linee ad alto traffico, e la ragione è tutta in un’idea di progetto — far lavorare il calcestruzzo solo dove sa lavorare, cioè in compressione.
Cosa deve fare una traversa
La traversa assolve più funzioni contemporaneamente. Mantiene lo scartamento costante fra le due rotaie; trasmette al ballast i carichi verticali, laterali e longitudinali che riceve dagli attacchi; ripartisce la pressione su una superficie sufficientemente ampia da non punzonare la massicciata; e garantisce l’isolamento elettrico fra le due rotaie, condizione indispensabile perché funzionino i circuiti di binario per il rilevamento del treno, che dipende anche dalla qualità isolante di traverse e attacchi.
Monoblocco, bibloc, legno: masse a confronto
Esistono tre grandi famiglie. La traversa monoblocco in calcestruzzo armato precompresso è oggi lo standard sulle linee principali: un unico corpo che pesa, tipicamente, tra 250 e 320 kg. La traversa bibloc è formata da due blocchi in calcestruzzo (circa 90 kg ciascuno, ~180 kg complessivi) uniti da un traverso metallico, che assorbe lo sforzo di flessione al centro. La traversa in legno, più leggera (80–100 kg) e ancora insostituibile in alcuni contesti come i deviatoi, ha però una durata inferiore.
Una traversa in calcestruzzo è progettata per una vita utile di oltre 50 anni, contro i 20–30 anni tipici della traversa in legno trattato: è la ragione economica principale della sua diffusione sulle linee ad alto traffico.
Perché «precompresso»
Il calcestruzzo resiste bene a compressione ma male a trazione: sotto flessione tenderebbe a fessurarsi sul lembo teso. La precompressione risolve il problema alla radice. Prima del getto, all’interno della cassaforma si tendono fili o trefoli d’acciaio ad alta resistenza; il calcestruzzo viene gettato attorno ad essi e, una volta indurito, i cavi vengono rilasciati. L’acciaio, tornando ad accorciarsi, trasferisce al calcestruzzo uno stato di compressione permanente.
Il risultato è che, quando il passaggio del treno induce flessione, la traversa non entra mai in trazione netta: la compressione di precompressione «copre» la trazione da esercizio, e la sezione resta integra senza fessurarsi. È lo stesso principio con cui, comprimendo una fila di libri, si riesce a sollevarla per le estremità.
Geometria e dimensionamento secondo EN 13230
Il progetto della traversa monoblocco è regolato in Europa dalla norma EN 13230 (in vigore dall’ottobre 2002; la Parte 2 riguarda le traverse monoblocco precompresse), con la guida progettuale UIC 713. Le dimensioni tipiche di una traversa per rotaia 60E1 sono una lunghezza di 2,5–2,7 m, una larghezza dell’appoggio della rotaia (rail seat) di circa 150 mm e un’altezza sotto rotaia dell’ordine di 233 mm. L’interasse tra traverse in linea corrente è di norma 600–650 mm (dell’ordine di 1.500–1.660 traverse al chilometro), e scende verso i 550–600 mm sull’alta velocità e sulle grandi opere — come le canne del Tunnel di Base del Moncenisio — dove il numero al km sale corrispondentemente.
Sul piano dei carichi, la EN 13230 fa riferimento a un carico di progetto per ruota dell’ordine di 280 kN, con prove di certificazione che possono spingersi fino a 440 kN di carico assiale. Il dimensionamento verifica i momenti flettenti in due punti critici: positivo in corrispondenza dell’appoggio della rotaia (indicativamente 28,6–43,3 kNm nell’esempio a 347 kN di carico assiale) e negativo al centro della traversa (dell’ordine di 24,7 kNm), dove la sezione è spesso rastremata «a vita». La vita di progetto assunta dalla norma è di 40 anni, con durate reali in esercizio ben superiori.
Fonti: Global Railway Review – Design of Prestressed Concrete Sleepers; BSI – EN 13230 Concrete sleepers and bearers; Railway News – Railway sleepers: concrete vs. wood.