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La sicurezza delle montagne russe: una guida dettagliata

Le montagne russe costituiscono con ampio margine il tipo d’attrazione più diffusa al mondo. Piccole o grandi, per famiglie od altamente adrenaliniche. Le tipologie di montagne russe  esistenti sono assai numerose. Vastità che unita alle caratteristiche tecniche quali altezza e velocità, nonché ad un ventaglio infinito di tracciati possibili regalano ciascuna un’esperienza anche molto diversa. Tutte comunque hanno un punto comune: quello relativo alla sicurezza delle montagne russe.

In questo articolo risponderò a delle domande che sicuramente in molti si saranno posti davanti a questi gioiellini dell’ingegneria.

  • Com’è possibile farle funzionare in sicurezza ?
  • Come viene garantita la sicurezza delle persone a bordo in caso di fermo tecnico dell’attrazione ?

Ognuno di questi punti è non banale. La sicurezza viene sempre al primo posto. Gli ingegneri di tutto il mondo ormai da tempo hanno risolto brillantemente ogni aspetto piccolo o grande che sia, relativo alla sicurezza delle montagne russe con risultati perfetti e consolidati.

Sicurezza delle montagne russe – aspetti strutturali

Dal punto di vista della solidità non c’è dubbio al riguardo. Come ogni opera d’ingegneria ad uso civile la normativa è rigida, la ridondanza adottata nel dimensionamento delle strutture, in quanto a carico supportato è notevole. Per capire meglio il concetto si può far riferimento ai coefficienti di sicurezza. Se un particolare pezzo ha un carico massimo di 1000 kg, si conteggia come se potesse tenerne 100 o 200 kg. Tanto più il pezzo è critico, tanto maggiore è il coefficiente di sicurezza adottato.

Per quanto riguarda le fondamenta dei piloni di sostegno si adotta un approccio semplice ed efficace. Le viti vengono affogate all’interno del cemento armato tra gli altri tondini di ferro: è la tecnica di fissaggio migliore esistente, che al contempo consente una grande facilità nel montaggio, in quanto basta centrare la flangia del pilone dentro le viti ed ancorarlo con l’utilizzo di dadi più altri elementi per evitare lo svitamento causa vibrazioni come controdadi e dadi autobloccanti. La foto seguente mostra una ripresa aerea del nuovo Jurassic Park roller coaster, nella quale è possibile distinguere chiaramente le varie fondamenta, pronte per ospitare i supporti.

Per quanto riguarda i materiali adoperati esistono soltanto due macro categorie possibili, acciaio e legno. Il primo presenta le caratteristiche migliori possibili per le montagne russe, dall’elevata resistenza alla durata nel tempo. Sul legno il discorso è un po’ più complicato. Per cominciare, le prime montagne russe sono nate in legno. Praticamente fino agli anni ’50 del secolo scorso esisteva solo il legno. Poi servirono altri dieci anni affinché l’acciaio cominciasse lentamente ad affermarsi. Oggi il legno continua ad essere largamente utilizzato per diversi motivi:

  • Sensazioni a bordo. L’esperienza su un roller coaster in legno è nettamente diversa da quella di una montagna russa in acciaio. Ma anche dall’esterno, la resa visiva è fantastica.
  • Costo di realizzazione. Il legno costa poco. Costruire una montagna russa in legno a parità di caratteristiche, rispetto all’acciaio può costare anche la metà. Chiaramente però sussistono dei limiti intrinseci in quanto a sollecitazioni possibili, cominciando dall’impossibilità di realizzare inversioni. Il progresso nella tecnologia ha consentito in tempi molto recenti di trovare un compromesso: gli hybrid coaster come Untamed ed Iron Gwazi che fanno uso del legno in larga misura, ma integrano anche dell’acciaio per realizzare le rotaie, nonché nei punti più sollecitati. Ed è con gli hybrid coaster che il legno, oggi è tornato di largo uso.

Per completezza, va anche specificato che un coaster in acciaio praticamente non necessita di manutenzione(di binari e piloni). Una volta montato, lo si ispeziona soltanto, ma il tracciato resta quello per tutta la durata della sua vita. Con il legno non è così. Serve più manutenzione. I wooden coaster necessitano di cure ed attenzioni. Alla fine di ogni stagione diverse parti vengono sostituite ogni anno. Molti dei roller coaster in legno oggi esistenti non hanno i pezzi di quando sono stati costruiti: sono stati rifatti interamente. Ci si potrebbe chiedere quale sia la convenienza in tutto ciò. Intanto la richiesta da parte del pubblico è sempre elevata, in secondo luogo con un costo d’acquisto più basso, anche parchi con possibilità economiche limitate possono permetterselo. Le piccole spese per la manutenzione, dilazionata nel tempo rappresentano un costo affrontabile. Per ultimo non si può trascurare anche la coerenza tematica.

Sicurezza delle montagne russe – il controllo elettronico delle operazioni

Arriviamo quindi all’aspetto più interessante e probabilmente meno intuitivo e conosciuto. Come fanno i treni dei roller coaster a non scontrarsi mai ? Non potrebbe succedere ad esempio che partano troppo presto e collidano nei freni finali a causa del treno precedente che ancora non li ha ancora liberati? La risposta è no nel modo più assoluto. La sicurezza delle montagne russe durante l’operatività ordinaria è garantita dalla massiccia presenza di sistemi elettronici di controllo.

Ovviamente va premesso che se il treno è soltanto uno il problema non sussiste. Questo è scontato, ma allo stesso tempo inapplicabile. Avere un’elevata portata oraria è una caratteristica delle montagne russe non negoziabile. Per questo due treni sono la normalità, ma si va anche oltre. Non è raro trovarne tre, quattro ed a seconda della lunghezza dei tracciati, anche di più. Nel caso di vetture singole con pochi posti ciascuna come negli spinning coaster o nei wild mouse si arriva a decine di vetture presenti sul tracciato contemporaneamente. Tra i grandi roller coaster il caso più eclatante è quello di Hagrid’s Magical Creatures Motorbike Adventure, progettato per operare con 12 treni. Dunque la regola che il mercato impone è quella di avere più treni possibile compatibilmente con le regole per la sicurezza delle montagne russe che ora vedremo.

Scambio per doppia stazione

In ogni montagna russa del mondo è possibile riconoscere le sezioni di blocco, ovvero quei punti dov’è possibile fermare il treno. Queste sono la stazione, la salita a catena, i freni intermedi ed i freni finali. I freni intermedi potrebbero non essere presenti sempre. Li si trova solitamente negli spinning coaster, nei wild mouse e nei tracciati molto lunghi. Gli altri elementi invece ci sono sempre e non contano ciascuno come un blocco singolo: dipende dai casi. Se un roller coaster ha tre lift, allora ognuna delle salite è una sezione di blocco, in quanto è possibile fermarvi il treno disattivando il motore della catena. Allo stesso modo i freni finali possono essere lunghi il doppio in modo da ospitare due treni o più, ed ancora possono essere presenti più stazioni, magari una per l’imbarco ed una per lo sbarco degli ospiti. Tutto ciò è strettamente collegato alla sicurezza delle montagne russe, in quanto esiste una regola universalmente valida affinché la sicurezza delle montagne russe sia garantita:

Un roller coaster può girare al massimo con tanti treni quante sono le sezioni di blocco diminuite di uno.

Per fissare il concetto prendiamo ad esempio Gardaland:

  • Raptor ha solo tre sezioni di blocco: stazione, lift e freni finali quindi può operare al massimo con due treni
  • Mammut ha sei sezioni di blocco, tre lift due freni finali e la stazione: quindi potrebbe girare con cinque treni
  • Oblivion è più complesso. Ha sette sezioni di blocco: potenzialmente potrebbe girare con sei treni

nella pratica reale non si opera mai al limite della capacità massima, altrimenti si ottiene l’unico risultato di far attendere i treni fermi in mezzo al tracciato o sui freni finali inutilmente. Dunque, il numero di treni che si usa realmente è inferiore, spesso anche di molto e dipende esclusivamente dal tempo tecnico richiesto per far partire due treni consecutivi. Questo tempo solitamente si aggira sul minuto minimo, quindi se il giro dura, come spesso accade sul minuto è inutile utilizzare ad esempio tre treni, quando quest’ultimo dovrà comunque accodarsi a fine giro. Così la portata oraria non aumenta. Quanto descritto rappresenta il vero limite alla portata oraria a prescindere da tutto l’impegno che si mette nell’inserire sezioni dove bloccare il treno.

Ci chiediamo dunque, come viene garantita la sicurezza delle montagne russe in termini di distanza tra i treni ? Il ragionamento alla base è molto semplice e viene fatto da un computer, costantemente attivo che vigila sulle operazioni. Prendiamo ad esempio il caso semplice con tre sezioni di blocco e vediamo come ragiona il computer nel caso stazione-lift-freni finali:

Consolle di comando roller coaster
  • La lift è libera ?: ok, il treno può partire. No: aspetto finché non si libera, poi aziono i motori per far partire il treno.
  • Il treno è sulla lift, sta salendo, il computer si chiede, ma se faccio andare il treno oltre trovo i freni finali liberi? : ok, il treno può proseguire e compiere il tracciato. No: fermo il motore della lift, il treno non va da nessuna parte fin quando i freni finali non si liberano.
  • Il treno arriva sui freni finali. La stazione è libera? : il treno può procedere. No: il treno resta fermo sui freni finali fino a quando la stazione non si libera, poi lo rilascio e può procedere.

Tutto molto basilare. Ma sta proprio qui la chiave del perché la sicurezza delle montagne russe sia rigidamente garantita. La presenza di un sistema di supervisione che deve controllare poche cose, tutto il tempo, a ciclo continuo e rispondere solo con dei sì o dei no. Quando serve affidabilità la semplicità è sempre la chiave per un progetto robusto. Complicare i sistemi aumenta soltanto le probabilità di guasto. Per questo motivo, i treni delle montagne russe non utilizzano tecnologie consolidate in ambito consumer. Ad esempio, non potrebbe mai esistere una decisione presa in base alle coordinate di un gps sul treno, perché può sempre verificarsi un’interferenza. Allo stesso modo non esiste il controllo ad occhio, perché le persone sono umane e possono distrarsi. La presenza di telecamere lungo il tracciato è solo ridondanza.

Analizziamo un altro concetto chiave. Per garantire la sicurezza delle montagne russe, il computer deve avere un modo per sapere dove si trova il treno e poter prendere una decisione. Questo viene fatto grazie all’utilizzo di un sensore che ha rivoluzionato completamente il settore. Senza di esso realizzare montagne russe affidabili sarebbe stato impossibile: il sensore ad effetto Hall. Osservando attentamente i tracciati, questi si notano chiaramente in mezzo ai binari. Solitamente sono delle piccole scatolette verdi. Spesso due affiancate per ridondanza.

Sensori effetto Hall

Senza entrare nel dettaglio del perché fisico, basta sapere che un sensore ad effetto Hall si accorge se gli sta passando vicino un materiale magnetico. In tal caso produce in uscita una tensione che il computer legge. Se il materiale magnetico non c’è non produce nessun segnale in uscita. Un treno è tutto acciaio, e si possono utilizzare anche materiali magnetici che causano risposte del sensore molto più forti. Dunque quando un treno passa sopra al sensore, il computer sa che lì c’è un treno. Prendiamo ad esempio una lift. C’è il sensore all’inizio ed alla fine. Quando il treno transita dal sensore all’inizio della salita il computer sa che un treno sta arrivando, quindi aziona la catena per farlo salire ed impedisce all’altro treno in stazione di partire. Alla fine della lift c’è un’altro sensore. Quando viene sollecitato il computer sa che il treno che era sulla lift non c’è più, quindi il treno dietro in stazione può partire.

Una montagna russa è disseminata di questi sensori. A seconda dei tracciati, parliamo tra le decine ed il centinaio, tutti collegati al computer. L’utilizzo dei sensori ad effetto hall per garantire la sicurezza delle montagne russe praticamente presenta solo vantaggi. Possiedono esattamente tutte le caratteristiche che servono. Ci si potrebbe chiedere come mai per verificare la presenza del treno non si utilizzino le fotocellule, come quelle dei cancelli automatici, ed i motivi sono diversi. Questo è tutt’altro che banale: se un volatile vi passa sopra darebbe un falso positivo. Probabilità infinitesimamente bassa ? Forse, ma perché rischiare ? La sicurezza deve essere totale. Altro aspetto critico: le condizioni meteo. Un sensore ad effetto hall non risente minimamente delle cocenti giornate estive, e che operi con il sole o sotto il diluvio non cambia nulla. Reagisce ai campi magnetici. Acqua ed aria non sono sostanze magnetiche. Quindi possono operare laddove tutti gli altri sensori falliscono e sono soggetti a falsi positivi.

Sicurezza delle montagne russe – la gestione dei guasti

Passiamo infine ad un altro aspetto chiave. In che modo viene garantita la sicurezza delle montagne russe in situazioni di operatività non ordinaria ? Perché i problemi possono sempre capitare, vanno messi in conto, ed è importante prevederli. I problemi che possono intaccare i roller coaster durante il loro funzionamento sono essenzialmente due: i problemi in salita e l’interruzione di energia elettrica.

La rottura della catena

Di raro, ma accade, il cavo d’acciaio o la catena che trainano il treno in cima alla lift possono rompersi. A meno di non prendere provvedimenti il treno tornerebbe indietro con conseguenze deprecabili, cosa ovviamente inaccettabile. Per questo motivo la sicurezza delle montagne russe viene garantita da due accorgimenti semplici e fondamentali. Intanto la cura con la quale la catena viene disposta nel binario, in modo che in caso di rottura questa resti comunque nell’alloggiamento. Poi, si implementa la protezione da rollback, illustrata nella seguente immagine.

Guida anti-rollback

Su tutti i roller coaster, è possibile vedere una linea retta seghettata al centro di ogni lift. Sotto il treno sono presenti uno o più semplici barrette d’acciaio ancorate da un solo lato, le quali consentono al treno di procedere soltanto in avanti. L’arretramento è dunque meccanicamente impossibile. Su alcuni modelli è possibile udire chiaramente il rumore delle barre contro la guida solidale al binario come un ticchettio a intervallo costante. Una volta che il treno è fermo, può essere evacuato comodamente dalle scale di servizio presenti al lato di ogni lift.

L’assenza di energia elettrica

Anche ciò può accadere, e non è raro. Per tutti i treni fermi in stazione non cambia nulla. Semplicemente non possono partire. La situazione a rischio sarebbe soltanto quella di un treno che sta effettuando la sua corsa tra i binari, e durante il giro va via la corrente. In questo caso dev’essere garantita la possibilità di fermare il treno anche in assenza di energia elettrica. Ciò è possibile mantenendo i freni armati, ovvero pronti a frenare grazie ad una posizione imposta da un blocco meccanico, così l’azione frenante non è compromessa. Con la corrente elettrica si elimina il blocco, quindi se la corrente manca il treno resta fermo, bloccato in sicurezza in attesa dell’evacuazione a piedi del veicolo se necessario. Quando la corrente è presente il blocco può invece essere disattivato ed i freni possono rilasciare il treno.

Chiaramente il meccanismo frenante non deve essere di natura elettrica. Per questo motivo, i freni delle montagne russe sono sempre stati pneumatici, azionati ad aria compressa precaricata nei compressori in presenza di energia elettrica prima di un possibile guasto. Ad oggi, i freni pneumatici stanno sparendo dal mercato, in quanto è disponibile una tecnologia molto più affidabile e dai costi di manutenzione davvero minimi: la frenatura magnetica. Anche in questo caso la fisica viene in aiuto. poli magnetici uguali si respingono, dunque installando potenti magneti sia sul treno che sul binario, il treno arriva a velocità e viene rallentato completamente dalle forze di repulsione magnetica. In questo processo la corrente elettrica non gioca nessun ruolo.

Freni magnetici

Sicurezza delle montagne russe – ispezione e manutenzione

Oltre il lato costruttivo c’è quello manutentivo. La normativa sulle manutenzione è rigida. I roller coaster vanno ispezionati ogni giorno e devono effettuare dei giri di prova prima di poter accogliere le persone. Per questo motivo le squadre manutenzione lavorano al mattino prima dell’apertura e spesso anche la notte nelle strutture più grandi e per tutti i roller coaster più complessi. Se qualcosa non va il roller coaster non può essere aperto.

Ma non è tutto.  Ogni tot ore di operatività, variabili a seconda del modello, è necessario eseguire la manutenzione approfondita degli impianti elettrici, della lift, del motore, dei treni…Generalmente ciò avviene una volta l’anno. In questo periodo si smontano e rimontano i treni pezzo per pezzo in cerca di problemi, si smonta la catena della lift e la si analizza per rilevare eventuali segni di cedimento, valutando la conseguente necessità di una sostituzione preventiva. I parchi aperti tutto l’anno come quelli Disney ed Universal, ma anche ad esempio Efteling, devono chiudere i loro roller coaster, uno per volta una volta l’anno per un paio di settimane per poter eseguire questo tipo di lavori.

Per citare un esempio concreto, Disneyland Paris chiude sempre Big Thunder Mountain due settimane nel mese di Marzo ed Indiana Jones nel mese di Settembre. Inevitabilmente. Una strategia adottata per ridurre il più possibile il periodo di fermo per manutenzione è quello di possedere più treni, in modo che mentre alcuni sono in servizio uno può essere provvisoriamente eliminato per la manutenzione. Anche la suddetta è una procedura assai consolidata, in quanto questo tipo di lavori richiede tempo e non può in alcun modo essere eseguita con superficialità.

Consigliamo il roller coaster assemblabile K’nex Kraken’s Revenge