In questo articolo focalizzeremo l'attenzione su una specifica tipologia di impianti a fune: le funivie. Si tratta di impianti in grado di trasportare il maggior numero di passeggeri in una sola cabina per ogni senso di marcia. Vedremo gli interessanti aspetti ingegneristici che sono alla base della progettazione e dell’analisi statica e dinamica di questi sistemi di trasporto.
Evoluzione Storica e Classificazione degli Impianti a Fune
Il settore degli impianti a fune ha compiuto passi da gigante nell’ultimo secolo grazie ad una forte evoluzione tecnologica e strutturale. Il primo impianto a fune in Italia è stato realizzato sull’arco alpino e risale al 1935. Si tratta del cosiddetto slittone Graffer del monte Bondone, situato nella parte occidentale del Trentino. Il settore degli impianti a fune ha attraversato una continua evoluzione dal 1935 ad oggi.
Prima di addentrarci nei dettagli tecnici della realizzazione e progettazione, vediamo come si classificano gli impianti a fune. Una classificazione fondamentale riguarda gli impianti a moto continuo: la movimentazione dei carichi avviene lungo una via di corsa ad anello chiuso, in maniera continua e sempre nella stessa direzione di marcia.
Struttura e Componenti delle Funivie
Le funivie sono solitamente costituite da due veicoli che percorrono la linea di corsa in verso opposto su due distinte funi portanti: mentre una cabina sale, partendo dalla stazione di valle, l’altra cabina scende da monte. Entrambe le cabine sono collegate al medesimo cavo trainante che avrà una configurazione ad anello chiuso fra la stazione di valle e di monte.
Le funi portanti hanno la funzione di sorreggere il peso del veicolo e di costituire la via di corsa sulla quale il veicolo scorre per mezzo di un carrello. Le funi portanti sono funi metalliche chiuse, composte da un’anima spiroidale e da uno o più strati esterni di fili metallici sagomati a Z con lo scopo di rendere la superficie esterna omogenea e compatta, ostacolando l’infiltrazione di umidità e proteggendo i manti interni dalla corrosione.
Le funi portanti hanno pesi considerevoli. Considerando un diametro di 54 mm per una fune portante, il peso a metro lineare della fune sarà di circa 16 kg/m.
Concetti Ingegneristici Fondamentali
Nel seguito dell’articolo analizzeremo tre concetti ingegneristici, relativi agli impianti a fune, più affini al settore delle costruzioni, dunque di maggiore interesse per i professionisti che si occupano di progettazione e calcolo strutturale.
La Funicolare
La funicolare rappresenta il profilo ideale che una fune sospesa, con le estremità collegate a due punti fissi, assumerebbe sotto l’azione di un determinato sistema di forze. I carichi considerati sono:
- Peso proprio del cavo: si tratta di un carico uniformemente distribuito lungo l’asse del cavo.
- Peso proprio della cabina: si tratta di un carico verticale concentrato e di posizione variabile, man mano che la cabina avanza.
Nell’ipotesi di un cavo portante privo di massa, la funicolare dei carichi avrebbe una configurazione lineare.
Tensionamento e Dilatazione Termica
I cavi portanti e le funi di trazione delle funivie sono soggetti a forti escursioni termiche. Per far fronte a dilatazioni lineari così pronunciate, le stazioni di partenza e di arrivo sono dotate di sistemi di contrappeso o tensionamento che hanno lo scopo di mantenere costante la tensione nei cavi portanti e nelle funi traenti.
Fenomeni Vibrazionali e Risonanza
Particolare attenzione va posta al fenomeno della risonanza. La risonanza è un fenomeno in cui un sistema vibra con un’ampiezza crescente quando è eccitato con una frequenza prossima alla sua frequenza naturale. È un concetto ben noto nell’analisi sismica delle strutture, in particolare nello studio di un sistema massa-molla-smorzatore.
I cavi portanti e traenti possono essere soggetti a vibrazioni indotte dal vento o da oscillazioni periodiche (ad esempio, dovute al passaggio delle cabine). Il vento può generare forze dinamiche complesse, quali ad esempio il flutter aerodinamico, lo stesso fenomeno che ha causato il crollo del Ponte di Tacoma nell’anno 1940.
How to break a glider´s wing
Normativa Tecnica in Italia
In Italia la Normativa Tecnica che regola la progettazione e realizzazione degli impianti a fune è il Decreto Ministeriale 172 del 18 giugno 2021. Questo documento integra le norme europee con le norme nazionali vigenti. Tale documento normativo definisce tutti gli aspetti tecnici di questa tipologia di impianti: dal tracciato della fune alla definizione della tensione limite e della freccia nella fune. Definisce il campo di applicazione delle norme per le opere civili funiviarie, inclusi fondazioni e strutture delle stazioni di partenza e arrivo.
Impianti ad Ammortamento Automatico: Vantaggi e Caratteristiche
Gli impianti ad ammortamento automatico sono caratterizzati dalla possibilità di ammorsare i veicoli dalla fune nelle stazioni. Ciò consente una velocità di linea maggiore durante il viaggio e una minore nelle stazioni, a tutto vantaggio dei passeggeri, che possono viaggiare più velocemente, ma anche approfittare di un maggior comfort di imbarco e sbarco. Oltre all'aumento del comfort, questi impianti vantano una maggiore portata.
Le seggiovie automatiche rappresentano il più amato, comodo, e veloce sistema di trasporto per gli appassionati di sport invernali. Speciali cupole possono essere abbassate in qualsiasi momento durante il viaggio per proteggersi contro gli agenti atmosferici. È possibile scegliere cupole colorate, che regalano una piacevole visuale anche in condizioni climatiche non favorevoli.
Il sistema permette lo sganciamento dalla fune traente all'ingresso in stazione dei veicoli (seggiole, cabine ecc.) che vengono così convogliati su un circuito separato, solitamente un binario, dove vengono rallentati ed eventualmente fermati. In tale maniera vengono notevolmente facilitate la salita e la discesa dei viaggiatori o delle merci.
Nel caso delle seggiovie, alla stazione di partenza viene inoltre frequentemente posto un tappeto mobile tramite il quale i passeggeri vengono portati nel punto esatto ove effettuare la salita sull'impianto, velocizzando ulteriormente l'operazione. Risulta inoltre possibile inserire in linea un numero variabile di vetture, a seconda delle richieste di capacità periodica o momentanea.
Inoltre a fine giornata i veicoli possono essere rimossi facilmente dal percorso e immessi in un deposito, cosa impossibile nel caso di morse fisse poiché sarebbe necessaria una lunga operazione manuale per staccare tutte le vetture dal cavo. Ciò permette di preservare più a lungo i veicoli ed evitare potenziali problemi in caso di vento o di precipitazioni, dato che rimane esposta solo la fune senza alcun carico.
I vantaggi sono evidenti: oltre ad agevolare i movimenti degli utenti viene abbreviata la durata della corsa. In genere la velocità in linea può arrivare a 6-7 metri al secondo, quindi di poco inferiore a quella di una funivia.
Velocità e Normativa Specifica
In Italia il Decreto Dirigenziale MIT n.172 del 18/06/2021 fissa in 6 m/s la velocità massima per le cabinovie ed in 5 m/s quella per le seggiovie ad ammorsamento automatico (ridotta rispettivamente a 0,5 m/s e a 1,3 m/s in stazione), mentre le seggiovie a morse fisse non possono superare i 2,5 m/s.
Accanto all'ammorsamento automatico si sono inoltre sviluppati sistemi automatici di controllo e comando degli impianti che aumentano la sicurezza e l'individuazione degli inconvenienti.
Cabinovie Trifuni: Unione di Tecnologie
Le cabinovie trifuni combinano i vantaggi delle cabinovie con quelli delle funivie a va e vieni. Sono impianti ad ammorsamento automatico con cabine che trasportano fino a 35 persone cad. con una portata oraria di fino 6.000 persone.
Cabinovie Automatiche: Design e Comfort
Le cabinovie ad ammorsamento automatico sono impianti monofune a movimento continuo le cui cabine vengono disammorsate dalla fune traente all'ingresso nelle stazioni, al fine di consentire il transito del veicolo sui piani di imbarco a velocità molto ridotta, agevolando quindi l'imbarco e lo sbarco dei passeggeri. Tale tipologia di impianto offre una portata molto elevata.
Il design delle cabine, firmato da Pininfarina, viene incontro anche alle esigenze di stile più ricercate. L'innovativa cabina “Diamond” disegnata da Pininfarina offre un grande comfort ed è disponibile in più versioni, da 4 a 10 passeggeri, e con diverse altezze interne. Le ampie vetrate rendono possibile apprezzare il panorama. L’ampia gamma di opzioni rende la cabina ancora più individuale: sedili riscaldabili, portasci, finestre a bilico su ogni lato, verniciatura esterna e interna a piacimento, grande scelta dei materiali per pavimenti, sedili e schienali.
La Morsa LPA: Sicurezza e Affidabilità
Elemento essenziale della sicurezza rimane comunque la morsa LEITNER caratterizzata dalla denominazione di origine »Made in Europe«. La sua straordinaria affidabilità è la diretta conseguenza di un'idea semplice e al tempo stesso geniale. Quando non è in funzione, la morsa è chiusa. Non vi sono, inoltre, dispositivi a punto morto e la forza di serraggio rimane costante anche al variare del diametro della fune.