Unamonorotaia è unsistema di trasportoferroviario di passeggeri o merci dove un veicolo viaggia sopra (ferrovia a sella) o sotto (ferrovia sospesa) un'unica sede stretta (un'unicatrave; da qui il nome monorotaia) con una traiettoria vincolata. La trave può assumere forme diverse ed essere fatta di diversi materiali. Nella maggior parte dei casi è sopraelevata, ma può correre anche a livello del terreno o in tunnel. Nel caso delleferrovie a sella sostegno e trazione sono assicurati da una serie di ruote generalmente dotate di pneumatici che agiscono sopra e ai lati della trave, rispettivamente ruote portanti e ruote guida. La locomozione dei mezzi delle monorotaie avviene generalmente tramite elettromotrici, anche se sono stati sperimentatimotori a vapore e acombustione interna. LaSchwebebahn diDresda, classificabile comeferrovia sospesa, viene azionata con un cavo come unafunicolare.
Talvolta vengono definite, impropriamente, monorotaie i sistemiTranslohr eGLT.
Monorotaia Palmer. In senso orario dall'alto: vista laterale, aerea e frontale.
Nel1821Henry Robinson Palmer fece pubblicare unbrevetto su una monorotaia. Secondo questo brevetto fu costruita aCheshunt, inInghilterra, una ferrovia per il trasporto di mattoni e attivata il 25 giugno1825. I vagoni pendevano da una rotaia posta in alto e venivano trainati da un cavallo.[1]
Nel1852 Eben M. Boynton testò un breve tratto della suamonorotaia[2], da Gravesend aConey Island, su un tratto abbandonato di ferrovia tradizionale dellaSea Beach and Brighton Railroad ascartamento standard. I veicoli erano vincolati da una rotaia centrale tradizionale di tipoVignoles posata sul terreno ed erano mantenuti in posizione verticale tramitecarrelli a ruote orizzontali (quindi con assi verticali) che insistevano sui lati di una trave longitudinale posta al di sopra della ferrovia[3].
Nonostante i cospicui investimenti, successivi tentativi di estendere la monorotaia fallirono, e il sistema Boynton fu abbandonato. Tuttavia nel 1910 venne attivata nelBronx diNew York un'altra monorotaia concettualmente identica a quella di Boynton: laPelham Park and City Island Railway, chiusa nel 1919. Un'altra monorotaia di questo tipo è stata attivata nel 1912 all'interno del Senato degliStati Uniti. È rimasta in funzione fino al 1961 e l'utilizzo era riservato ai soli senatori[4].
Questo tipo di monorotaia fu inventato da J.Larmanjat, nato aHuriel, inFrancia, il 4 marzo del1826[5]. Il sistemaLarmanjat prevedeva una rotaia centrale di guida e due piste in legno laterali su cui correvano normali ruote non vincolate: nella locomotiva, che eraa vapore, la trazione era fornita da queste ultime. Le ruote che agivano sulla rotaia centrale erano di tipo ferroviario a doppio bordino.La prima applicazione fu in Francia, dove traLe Raincy eMontfermeil venne costruita una ferrovia Larmanjat che funzionò dall'agosto1868 al novembre1869. Sembra che il sistema di guida non fosse molto efficiente e che il treno in curva necessitasse quindi dell'assistenza di un operatore per evitare il deragliamento[5].Il 4 settembre1873 venne inaugurata un'altra ferroviaLarmanjat inPortogallo, che collegavaLisbona conTorres Vedras. La linea era dotata di 15 locomotive a vapore, costruite nel1872 dalla societàingleseSharp, Stewart & Co. Le ruote esterne di queste macchine avevano undiametro di 3piedi e 9pollici (1,143metri) ed erano azionate da stantuffi situati internamente da11 pollici × 18 pollici(279 mm × 457 mm)[5].La ferrovia non ebbe grande successo e fu chiusa l'8 aprile del1875 dopo neppure due anni di attività.
Il sistema Larmanjat non venne più utilizzato ma dalla fine del XX secolo sono in uso due sistemi moderni molto simili seppur con differenze tecnologiche sostanziali: i sistemiTranslohr eGLT. Tuttavia questi sistemi sono considerabiliautobus guidati o tranvie su gomma più che monorotaie.
La Patiala State Monorail Trainways, ferrovia monorotaia tipo Ewing
Il sistemaEwing fu in tipo di monorotaia sviluppata dall'inventoreinglese W. J. Ewing negli ultimi anni deldiciannovesimo secolo a partire da un'idea proposta nel1868 dal William Thorold, un ingegnere civile inglese diNorwich, nelNorfolk[6], in occasione di una conferenza all'Associazione britannica per l'avanzamento della scienza. Il sistema prevedeva che la maggior parte del peso ricadesse sulle ruote di tipo ferroviario insistenti sulla rotaia centrale, mentre l'equilibrio sarebbe stato garantito da ruote esterne (poste però solo su un lato dei veicoli) che corressero non vincolate su una normale strada.L'unica applicazione di questo tipo fu laPatiala State Monorail Trainways, una monorotaia situata nelPunjab in India che fu attiva dal1910 al1927. La locomotiva e i vagoni erano formati da ruote che insistevano nella rotaia centrale e da altre due ruote esterne, posto su un solo lato, per mantenere l'equilibrio. La monorotaia è conservata, funzionante a scopo dimostrativo, alNational Rail Museum diNuova Delhi.Il sistema può considerarsi simile a quello di Larmanjat, con la differenza che questo è asimmetrico, in quanto i veicoli hanno le ruote di appoggio su un solo lato mentre il sistema Larmanjat le prevede su entrambi i lati.
Nel 1907 l'ingegnere ingleseLouis Brennan (1852-1932) sviluppa una monorotaia che si sposta su ruote d'acciaio a doppio bordino su una singolarotaia Vignoles e che viene attivamente stabilizzata su sistema giroscopico[7]. Il sistema venne realizzato come prototipo funzionante, ma non ebbe ulteriori sviluppi.
Nel1922 sul versantemassese delMonte Sella, nelleAlpi Apuane, venne installata una monorotaia di circa 3,5 km per lalizzatura, ovvero il trasporto a valle delmarmo proveniente dalle cave d'altitudine[8].Il sistema, chiamatomonorotaia Denham dal nome dell'inventore, consisteva in un trattore motorizzato su rotaia che trainava una slitta di carico per i trasporto del marmo.Neglianni trenta delXX secolo, inRussia, venne testata, senza seguito, lamonorotaia Yarmanchuk, nella quale i treni viaggiavano all'interno di una pista in cemento concava[9].Nello stesso periodo, negli Stati Uniti, l'ingegnere Walter H.Judson propose un modello di monorotaia[10]. in cui il peso del veicolo era scaricato su una rotaia centrale rivestita di gomma, mentre il veicolo stesso era mantenuto in posizione verticale da due rotaie laterali su cui agivano ruote orizzontali. In velocità, la forma aerodinamica avrebbe generato una portanza che avrebbe ridotto l'attrito volvente delle ruote sulla rotaia gommata. Una ferrovia di questo tipo non fu mai costruita.
Le infrastrutture precedentemente descritte utilizzavano tutte una sola rotaia generalmente d'acciaio e differiscono completamente dalle monorotaie attualmente in funzione. Le moderne monorotaie sono normalmente realizzate contravi incemento collegate tra di lorosenza soluzione di continuità (l'insieme di travi viene definito rotaia) e con tralicci metallici che sorreggono le travi. I veicoli possono correre o a cavallo sopra la trave (ferrovie a sella) o appesi inferiormente (ferrovie sospese). Nel caso delleferrovie a sella, sostegno e trazione sono assicurati da una serie di ruote dotate di pneumatici che agiscono sopra (le ruote portanti) e ai lati (le ruote guida) della trave. Nelleferrovie sospese il rotabile non ha alcun contatto continuo con il suolo, essendo vincolato e appeso in alto ad una sola rotaia posta su una struttura portante elevata rispetto alla superficie stradale.
La prima ferrovia a sella fu laGeneral LeRoy Stone's Centennial Monorail realizzata negliUSA nel1876. Il veicolo era dotato di tre ruote metalliche che insistevano su tre rotaie ferroviarie, una, quella portante, posta sulla sommità della trave e le altre due, con la funzione di guide, poste lateralmente formando una struttura a forma diA[11]. La monorotaiaBradford & Foster Brook Monorail, aperta nel1878 in Pennsylvania, era lunga 6,4 km e derivava dalla monorotaiaGeneral LeRoy. È stata chiusa nel1879 a causa di un deragliamento dovuto all'esplosione del motore a vapore.[12]
Nel1880 inAlgeria l'ingegnere franceseCharles Lartigue fece costruire una monorotaia, simile allaGeneral LeRoy Stone, su un tragitto di 90km. I vagoni di questa ferrovia avevano un carrello al quale ad entrambe le parti erano stati allacciati contenitori per il trasporto di spartocellulosa. La trazione era animale. Tratti ulteriori di questa monorotaia di Lartigue vennero costruiti con apposite locomotive a vapore per una mostra nel1886 aLondra; nel1888 traListowel e Ballybunion, nel sudovest dell'Irlanda, fu inaugurata una ferrovia Lartigue per il trasporto di passeggeri e merci. Questa ferrovia è stata attiva per 36 anni fino al1924 e dal2001 è stato ricostruito un tratto dimostrativo funzionante. Altre ferrovie Lartigue furono laPanissières-Feurs del 1894 e laMagnesium Monorail del 1924.
Nel 1886 il capitano Meigs realizzò come prova un veicolo che si muoveva su una trave dove scorrevano 4 ruote (per carrello dei veicoli), due con asse verticale due disposte aV, ma il progetto venne abbandonato[13].
William Boyes nel1911 realizzò aSeattle, nelloStato di Washington, un impianto dimostrativo di una ferrovia a sella con le rotaie di guida inlegno poste sopra e lateralmente alla trave sopraelevata. I veicoli potevano raggiungere una velocità massima di 30 km/h. Il progetto non venne però sviluppato[14].
MonorotaiaGeneral LeRoy Stone's Centennial
Monorotaia Lartigue
Monorotaia Meigs
Monorotaia Boyes
Nel1914 venne realizzata a Genova, in occasione dell'Esposizione internazionale di marina e igiene marinara, una ferrovia a sella, chiamataTelfer, smantellata negli anni successivi. Era dotata di tre rotaie: una portante posta sulla sommità della trave e due laterali di guida.
I precedenti sistemi sono definiti monorotaie pur avendo più di una rotaia in quanto viene considerata rotaia la trave o la struttura dove erano collocate le propriamente dette rotaie ferroviarie.
Le ferrovie a sella moderne (con travi in cemento armato o acciaio e ruote, portanti e di guida, dotate degli pneumatici) sono nate nel dopoguerra (dal 1950) con il primo sistemaAlweg. Tra le prime monorotaie costruite con il sistema Alweg vi è lamonorotaia di Torino oggi smantellata[15]. Successivamente altre aziende hanno sviluppato altre monorotaie di tipo ferrovia a sella.
Leferrovie sospese sono sistemi in cui i veicoli viaggiano sospesi al di sotto dell'infrastruttura ferroviaria anziché sopra di essa. Tecnicamente non tutte le ferrovie sospese lo sono in quanto alcune di esse sono normali ferrovie abinario come ad esempio il sistemaSAFEGE e derivati (Chiba Urban Monorail) o laMemphis Suspension Railway.
Nel1901 venne aperta al pubblico laWuppertaler Schwebebahn, ancora attiva, la quale riprendeva un progetto del1887 dellaEnos Electric Company di Greenville nel New Jersey.
La monorotaiaBennie Railplane fu costruita come unaferrovia sospesa. Quest'ultima venne costruita dall'ingegnere George Bennie nel 1930 ed era un veicolo che si muoveva su una rotaia sospesa costruita pressoMilngavie (dintorni diGlasgow). La propulsione era affidata a una coppia di eliche, anteriore e posteriore, da 2,7 metri di diametro, e l'oscillazione era controllata con un secondo binario inferiore. Era nato per collegare Londra e Glasgow alla velocità di 220 km/h senza bisogno di gallerie, ma Bennie andò in bancarotta prima di completare il progetto. La linea di prova costruita venne smantellata nel 1941 e l'unico veicolo costruito venne rottamato negli anni sessanta.
Altri sistemi furono poi sviluppati tra i quali ilSIPEM dellaSiemens.
Monorotaia nel parco di divertimentiEpcot dellaDisney.
Il principale vantaggio delle monorotaie è che i veicoli normalmente sono sopraelevati e circolano in questo modo senza interferire con la sede stradale. Questo evita completamente incidenti con il traffico stradale e rende possibile un'affidabilità raggiungibile soltanto con lemetropolitane sotterranee, con un costo sovente ridotto.
Dal punto di vista estetico, per il viaggiatore, c'è il fascino decisamente futuristico e l'effetto della visuale proprio soltanto delle monorotaie.
La costruzione è relativamente veloce e senza problemi, dato che il piano ferroviario viene montato con elementiprefabbricati; le travi si inseriscono, a parere di alcuni, abbastanza bene in scenari cittadini e le ferrovie possono essere introdotte addirittura dentro agli edifici. I costi di costruzione di monorotaie oscillano circa tra i 25 e i 60 milioni di Euro al km, decisamente meno rispetto a metropolitane sotterranee.
Essendo piuttosto stretta la trave genera una zona d'ombra decisamente ridotta rispetto ad un sistema ferroviario convenzionale o ad una strada sopraelevata.
Icarrelli sono, soprattutto nel sistema SAFEGE, ma anche nelle ferrovie a sella, molto ben protetti dagli agenti atmosferici in confronto alle ferrovie tradizionali.
L'apparato di rimozione della neve è molto basso[non chiaro] nelle ferrovie a sella, nel SAFEGE la rimozione della neve fallisce totalmente (tra questi anche gli esempi di impiego nelle regioni più fredde del Giappone)[non chiaro].
I mezzi sono dotati di ruote con pneumatici e sono normalmente a trazione elettrica, questo consente di generare poco rumore e di ottenere nel contempo buone capacità di frenata, di accelerazione e la possibilità di superare pendenze piuttosto accentuate.
È possibile ottenere raggi di curvatura molto ridotti rispetto a quelli ottenibili nelle ferrovie tradizionali.
È praticamente impossibile per una monorotaia deragliare.
Incidente nella monorotaia del tipo ferrovia a sella di Seattle
Non esistono al momento standard dimensionali. In pratica, con l'esclusione di alcuni impianti inGiappone, ogni linea adotta proprie soluzioni rendendo impossibili economie di scala nella costruzione dei componenti.
In caso di emergenza è molto difficile evacuare i mezzi in quanto facilmente gli stessi si troveranno ad una notevole altezza da terra. Svantaggio che si è notato quando, a Sydney, i passeggeri rimasero bloccati in un treno per ore. La realizzazione di un marciapiede per l'evacuazione dei mezzi aumenterebbe i costi e l'impatto paesaggistico della linea. In tal senso è però ipotizzabile l'utilizzo di scivoli di emergenza come sugli aerei.
Inoltre un servizio merci da prendere sul serio nei sistemi realmente applicati è impossibile, poiché questi pretendono un utilizzo esclusivo conlocomotive[non chiaro] a causa delle numerose ruote perlopiù pneumatiche o a gomma piena, soprattutto quando sussistono grandi pendenze o sopraelevazioni.
Sistema ALWEG: travi ferroviarie in cemento armato o profilo d'acciaio, con taglio trasversale ad angolo retto (spesso stretto lateralmente leggermente a forma di clessidra); una fila di ruote portanti, in totale quattro file di ruote conduttrici (tutte pneumatiche); fornitura di corrente elettrica su unarotaia percorsa da corrente e applicata lateralmente (corrente continua).
Sistema di costruzione di unaferrovia Alweg: travi di51-90 cm di larghezza e di 88 fino a220 cm di altezza; carrelli; ruote portanti sotto o nella cabina e gommato con pneumatici gemelli; tensione di alimentazione600 V.
Sistema di costruzioneMonorail Malaysia: larghezza delle travi 80 cm, tensione di alimentazione750 o 1500V.
Sistema di costruzioneHitachi: larghezza delle travi 85 cm, due anziché una sola coppia di pneumatici portanti per carrello, serie di costruzioni più recenti con pavimento alto affinché le ruote portanti non permettano fessure nel vano viaggiatori; tensione di alimentazione 1500 V.
Sistema di costruzioneDisney/Bombardier: larghezza delle travi66 cm; nessun carrello, ruote portanti montate strette davanti e dietro alle cabine (nessun passaggio libero tra i veicoli) e solo singolarmente pneumatiche; tensione di alimentazione:600 o 750 V.
Sistema di costruzioneBombardier: come Disney/Bombardier, ma completamente automatico.
Sistemi portanti: travi ferroviarie in profilo d'acciaio ad angolo retto (raramente cemento armato) con almeno una flangia sporgente; ruote conduttrici intaccano la flangia da sotto e i lati delle travi da fuori:
sistema di costruzioneBombardier giri/1': trave in acciaio e cemento armato.
Sistema di costruzioneIntamin: trave 60 cm di larghezza e 100 cm di altezza (applicato allaMonorotaia di Mosca).
Sistema di costruzioneSevern Lamb: trave in acciaio o cemento armato precompresso.
Sistema di costruzioneVon Roll (nel frattempo passato viaAdtranz a Bombardier): Larghezza della trave 70 cm, con flangia sporgente da entrambi i lati rispettivamente di 12 cm, altezza della trave di 83,2 cm; ad ogni coppia di ruote portanti sono aggiunte due ruote portanti intaccanti da sotto e due da destra a sinistra ciascuna; corrente di trazione 500 V corrente alternata (due rotaie percorse da corrente dal basso).
Sistemi di travi a T: trave con profilo a T rovesciato, cioè con flangia larga sotto (eventualmente con flangia larga sopra); il peso del veicolo si posa sulla flangia larga inferiore, non sul lato ristretto.
Sistema di costruzioneEurotren Monoviga: trave di 190 cm di larghezza e 130 cm di altezza, veicoli snodabili con 2 ruote portanti e 2 coppie di ruote conduttrici per sezione; per l'opzione dell'alta velocità, si devono usare ruote in acciaio anziché gommati e motore lineare anziché una trazione a ruota.
Sistema di costruzioneUrbanaut: travi in cemento armato di 100 cm di larghezza con una speciale rotaia sagomata di conduzione in acciaio; pneumatici di conduzione di ordine diagonale anziché orizzontale; graduabile dal veicolo lento su gomme piene fino alla ferrovia oscillabile.
High-Speed Monorail: singole ruote in acciaio sospese, trazione di motore lineare, alte velocità.
SistemaSAFEGE: carrelli a quattro ruote circolano all'interno di una trave scatolata con una fessura posta al di sotto; le scatole sono appese all'intelaiatura attraverso la fessura; corrente di trazione dalle rotaie percorse da corrente all'interno del contenitore (esempi:Chiba Urban Monorail eShonan Monorail).
sistema di costruzioneAerorail: i carrelli viaggiano nella travatura su rotaie convenzionali a scartamento di 1000 mm; tensione in corsa di 750 V corrente continua.
Sistema di costruzioneMitsubishi: sezione trasversale di travatura di corsia di 186 cm x 189 cm, carrelli a ruote pneumatiche; tensione in corsa 1500 V corrente continua.
Sistema di costruzioneSiemensSIPEM: travatura molto ristretta, pneumatici a gomma piena; tensione in corsa 380 V; corrente trifase (esempi:H-Bahn di Dortmund,Skytrain all'aeroporto di Düsseldorf).
Sistema di travi a doppia T: la trave è una trave convenzionalmente verticale a doppia T in acciaio o cemento armato.
La maggior parte dei sistemi su rotaia da officina o sospesi.
Sistema di costruzioneTitan Global Systems: rulli portanti in gomma dura sulla flangia inferiore, i rulli portanti intaccano la passerella da fuori e la flangia inferiore da sotto; trazione di motore lineare, che apporta forza di accelerazione e sgrava così facendo i rulli portanti.
Sistemi a bordino doppio: ruote in acciaio con un bordino doppio viaggiano su un binario in acciaio singolo.
SistemaAerobus: rotaie in alluminio appese a costruzioni a cavo secondo la modalità di ponte sospeso (distanze fra piloni fino a 600 m), vengono attorniate dai carrelli dall'esterno; due file di ruote portanti.
Nel sistema Futrex e OTG HighRoad, attualmente solo sperimentali, i veicoli sono attaccati da un solo lato alla trave, che può essere percorsa su entrambi i lati. Negli altri tipi di monorotaie ciò non può avvenire. Rappresentano una evoluzione delle monorotaie a sella.[17]
SistemaFutrex: trave con taglio trasversale triangolare (lunghezza di base di circa 215 cm, altezza di circa 168 cm) portano su entrambi i lati sopra e sotto ciascuno una rotaia di tipo Vignole sagomata per lo scopo; sulle rotaie inferiori viaggiano diagonalmente dall'alto verso l'esterno ruote in acciaio con superfici di percorso concave, sulle rotaie superiori intaccanti dall'interno verso l'esterno quattro gruppi rullanti[18].
SistemaOTG HighRoad: trave piena a forma di T rovesciata (circa 198 cm di larghezza e 183 cm di altezza) con una flangia ai bordi piegata a gomito verso il basso sopra la passerella; ruote in acciaio senza bordini viaggiano sulla base (portante), sul lato della trave (di sostegno al veicolo) e sul lato interno della flangia superiore (conduttrice); il veicolo è attaccato lateralmente ai carrelli tramite travi a sbalzo che conducono verso l'esterno sotto la flangia superiore; il lato superiore della flangia superiore rimane libero e può essere utilizzato come via di corsa per veicoli di servizio[19].
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