ISTORIA TEHNICII IN CONSTRUCTII

Student : Cirstea Cristian

Anul I – grupa 1216 C.C.I.A.

Istoria Transportului Feroviar

Fac obiectul istoriei transportului feroviar primele linii din lemn, piatră și cele moderne din oțel, unde ca forță de propulsie s-a folosit, mai întâi caii, ca apoi să se introducă transportul mecanizat cu locomotive. Din anul 1820 putem vorbi de transportul modern, apărut în Anglia, de unde s-a extins în întreaga lume.

Primele mărturii ale unor căi de rulare pot fi considerate cele din Diolkos, prin care se transportau bărci de-a lungul istmului Corint, în Grecia, datate în 600 î.Hr.[1]Vehicule cu roți, trase de oameni sau cai, se deplasau pe niste făgașe (rigole) din calcar. Acest mod de transport rămâne în uz peste 650 de ani, adică cel puțin până la sfârșitul secolului I d.Hr. fiind copiat și în alte zone ca insula Malta și anumite regiuni ale Imperiului Roman.

Căile "ferate" din lemn

Un strămoș mai sigur al căii ferate este calea cu făgașe de lemn, a cărei apariție datează

din secolul al XVI-lea. Astfel, în minele din Leberthal (Alsacia) se utilizau aceste tipuri de șine în

anul 1525: Vagoanele, prevăzute cu roți metalice de diametru mic, rulează pe longrine de lemn.

De asemenea, în minele de aur de la Brad, din Transilvania, se utilizau vagoneți de lemn.

Pentru schimbarea direcției se utilizau macaze de lemn, prevazute cu ac și inimă. Acești vagoneți

și macaze sunt printre primele semnalate în tehnică și demonstreaza ingeniozitatea maeștrilor

anonimi ai tehnicii populare românești.[2]

În Germania anilor 1550 putem vorbi de existența unei căi „ferate”. Șinele erau de

asemenea din lemn, iar vagoanele erau trase de cai.

O astfel de modalitate de transport este descrisă în 1556 de Georgius Agricola.[3] Această

tehnologie se răspândește în întreaga Europă, fiind semnalată în zonabritanica în jurul lui 1600.

Se ajunge până la utilizare convoaielor de vagoneți, utilizate la căratul minereului, trase de cai

sau propulsate gravitațional prin crearea unor pante artificiale. În acest ultim caz, la sosirea la

destinație, vagoneții erau frânați printr-un sistem ingenios prin care roțile erau presate.

Căile ferate metalice

Una din primele tipuri de şină din fier, Anglia, 1831

Acest sistem de transport, dovedindu-se eficace, este perfecționat prin diverse inovații: se

introduc roțile metalice chiar prevăzute cu un bandaj proeminent, pentru ca vagoneții să nu

deraieze, ca apoi, prin 1760, șinele să fie acoperite cu benzi metalice. În acest fel, prin reducerea

frecării, crește volumul de marfă transportat: de la minereu și materie primă pentru

industria fierului (aflate pe atunci în plină expansiune), până la mărfuri alimentare.

În 1767, șinele din lemn utilizate pe traseul de tramvai Horsehay - Coalbrookdale au fost

înlocuite, de Richard Reynolds, prin șine din fontă prevăzute cu un șanț central de ghidare.

În 1785, rețeaua liniilor engleze care utilizau șine de fontă de tip Reynolds, cuprindea peste 30

km.

În 1776, englezul John Curr introduce șina din fontă în formă de colțar - roțile metalice ale

vagoanelor având bandaje netede - pe liniile miniere din zona orașului Sheffield.

În 1789, englezul William Jessop proiecteaza primul vagon cu roți prevăzute cu "rebord" -

acel bandaj proeminent care nu permitea roții sa părăsească linia. Aceasta inovație apare și la

materialul rulant de astăzi.

Tot Jessop inventează șina cu coama edge-rail (cu secțiunea în formă de ciupercă).

Astfel apare "drumul de fier" propriu-zis, deoarece noua cale de rulare nu mai putea fi utilizată de

vehiculele rutiere, ci numai de cele feroviare. Până la apariția primelor locomotive, pe aceste linii

a fost utilizată tracțiunea cu cai.

Precursori ai locomotivelor

Una dintre primele locomotive cu abur

În 1769, francezul Nicholas Cugnot construiește un vehicul cu aburi.

Englezul Thomas Newcomen construiește un motor cu aburi (dezvoltând invenția

lui Thomas Slavery patentată în 1698) la care presiunea aburului se opunea celei atmosferice,

rezultând astfel mișcarea cilindrului în piston. În 1712, motorul construit de Newcomen, în

colaborare cu John Calley, era utilizat pentru a scoate apa dintr-o mină.

Inventatorul scoțian James Watt (considerat pe drept cuvânt "părintele mașinii cu abur")

îmbunătățește modelul ineficient al lui Thomas Newcomen de motor cu aburi, care pe atunci era

utilizat pentru evacuarea apei din mine. Mai întâi, Watt obține un motor care, printr-un sistem

bielă-manivelă, era capabil să producă rotirea unei roți. Dar acest motor, pentru funcționare,

necesita utilizarea aburului de joasă presiune și nu era eficace pentru vehiculele în mișcare.

În 1769 patentează un dispozitiv prin care condensorul era conectat la cilindru printr-o

valvă, astfel ca in 1774 realizeaza primul motor cu aburi modern. În 1784, Watt patentează

invenția unei locomotive cu abur. În același an, un angajat al său, William Murdoch, transformă

acest proiect în realitate, realizând un model de vehicul autopropulsat prin forța aburului.

Motorul cu aburi al lui Newcomen

* roz: aburul

* albastru: apa

Valvele:

* roşu: închise

verde: deschise

În 1775, ia ființă firma Watt and Boulton (lângă Birmingham), cea mai mare fabrică de

mașini cu abur a epocii. Aici, alături de Watt, se remarcă scoțianul William

Murdoch și galezul Richard Trevithick . In 1784, locomotiva construita de Murdoch (asociat al lui

Watt) atinge intre 6 si 8 mile pe ora.

Descoperirea și perfecționarea mașinii cu abur a marcat un moment important în istoria

omenirii - începutul revoluției industriale - trecerea de la producția bazata pe tehnica manuală, la

cea întemeiată pe utilizarea sistematică a mașinilor, de la stadiul de manufactură, la marea

producție mecanizată, de fabrică.

Apariția căilor ferate moderne

Primele căi ferate cu adevărat moderne au apărut în Anglia, țara care a creat un sistem

de canale și drumuri necesare în primul rând transportului de cărbune.

În 1776, în Anglia existau deja căi ferate construite din șine de fontă pe traverse de lemn.[4].

Prima cale ferată publică din lume a fost inaugurată în 1825 și a funcționat până în 1827.

Avea 53 km și unea Stockton cu Darlington. Primul tren de călători din lume este pus în funcțiune

la 16 noiembrie 1830, între Liverpool și Manchester.

Primele căi ferate în diverse țări

România

Pe teritoriul actual al României, primele căi ferate au apărut în Transilvania în secolul al

XIX-lea, pe când aceasta se afla în componența Austro-Ungariei. Prima cale ferată uzinală cu

tracțiune animală a fost construită la Uzinele Reșița în 1846. Aceasta a fost urmată de calea

ferată Oravița-Baziaș, dată în funcțiune la 20 august 1854.

În Principatele Române, primele căi ferate au fost construite de concesiuni străine. La 26

august 1869 este dată în folosință linia București-Giurgiu, urmată de linia spre Buzău.

Rusia

Replică a primei locomotive cu abur dinRusia, construită deCerepanov, tatăl și fiul în1834

Rusia, caracterizată prin mari distanțe, necesita un sistem de transport îmbunătățit. Însa

lipsa fondurilor financiare făcea necesară prezența capitalului străin.

Între 1833 și 1834, inventatorii Iefim Alekseevici Cerepanov și fiul său Miron Iefimovici

Cerepanov construiesc prima locomotivă cu aburi rusească. Tot ei au proiectat și o cale ferată

utilizată la o mină de extacție a cuprului. Ulterior, cei doi Cerepanov au mai construit și alte

aproape 20 de locomotive. Din păcate, invențiile acestora, deși au avut succes, nu au beneficiat

de investiții și au trecut neobservate ramânând fără urmări. Drept urmare, transportul cu

locomotive cu aburi a fost înlocuit de cel cu cai.

Prima mare cale ferată rusă a fost Sankt Petersburg - Tarskoie Selo[5], proiectată și

construită în 1836 de către František Antonín Gerstner.[6]

SUA

În 1830, în SUA existau doar 64,1 km de cale ferată. Urmeaza o extindere rapidă: Peste

zece ani, lungimea liniei ferate ajunge la peste 4.400 km, ca în 1880 să ajungă la peste 141.000

km.[7]

Locomotiva construită de Richard Trevithick în 1804

Extinderea rețelelor feroviare

În 1812, inginerul american Oliver Evans își publică previziunile privind viitorul

transportului feroviar bazat pe forța aburului, în care orașele erau legate prin linii ferate parcurse

de trenuri tractate de locomotive, mult mai rapide decât cele trase de cai. Mai mult, vizionarul lua

în considerare liniile duble, circulația desfășurându-se nestingherit în ambele sensuri. Din păcate

tinerele State Unite nu puteau încă oferi condițiile punerii în practică a unui astfel de proiect.

Având, pe lângă încredere în viitorul locomotivei cu aburi, și fondurile necesare, încearcă

să realizeze un astfel de proiect pe teritoriul britanic industriașul englez William James, care

astfel va fi considerat de multi istorici ca fiind părintele căilor ferate moderne.[8] Din nefericire,

falimentul îl împiedică să realizeze astfel de planuri care însă vor fi preluate de George

Stephenson.

Locomotiva The Rocket, câștigătoare a competiției "Rainhill Trials" (octombrie 1829)

Succesul liniei Stockton - Darlington încurajează pe mulți investitori din nord-vestul Angliei

(o regiune aflată în plin avânt industrial) să susțină proiectul realizării unei legături feroviare

întreManchester (prosper prin manufacturile de bumbac) și Liverpool (oraș portuar aflat în

dezvoltare). Linia care a unit cele doua orașe se constituie ca prima infrastructură a unui

transport feroviar regulat, deci reglementat de un mers al trenurilor, trenuri propulsate de

locomotive cu abur.

Pe 15 septembrie 1830 se deschide prima linie ferată de transport călători pe care opera

doar locomotiva cu aburi (renunțându-se definitiv la tracțiunea cu cai). Locomotiva aleasă a

fost The Rocket a lui Stephenson și aceasta în urma unui concurs între mai multe tipuri de

locomotive, desfășurat la Rainhill.[9] Succesul acestei căi ferate a impulsionat dezvoltarea

ulterioară a transportului feroviar în Marea Britanie și în întreaga lume. Totuși ruta Manchester -

Liverpool era una scurtă, ce leagă două orașe în cadrul aceluiași district. Prima mare magistrală

feroviară din lume a fost deschisă în 1837. Aceasta unea partea de mijloc a traseului menționat

cu Birmingham.

Densitatea căilor ferate în Europa în anul 1896

Cu timpul, căile ferate au devenit esențiale pentru transportul de mărfuri și călători și o

forță motrice a procesului de industrializare specific acelei perioade, marcate de o adevărată

revoluție tehnică. În Marea Britanie are loc o extindere a acestora, urmată de apariția liniei

subterane metropolitane în Londra.

Tracțiunea cu abur

Primul motor de locomotivă de înaltă presiune a fost creat de Richard Trevithick în 1802.[10] Pentru ca funcționarea pistonului să fie uniformă, acesta introduce volantul. Această

locomotivă a fost utilizată în Merthyr Tydfil, în sudul Țării Galilor. Ulterior, Trevithick realizează o

cale ferată în circuit pentru testări. Aici demonstrează eficacitatea locomotivei "Catch-Me-Who-

Can", experiment care a rămas însă fără urmări, fie datorită scepticismului contemporanilor, fie

deoarece locomotiva era prea greoaie pentru șinele de fontă de atunci.

Blücher, locomotiva construită de George Stephenson în 1814

Una din consecințele razboaielor napoleoniene a fost creșterea prețului nutrețului.

Devenea tot mai necesară înlocuirea cailor cu mașini acționate de motoare. Astfel, locomotiva

intră din nou în centrul atenției.

Unul din primele succese comerciale îl înregistrează locomotiva The Salamanca a lui

Matthew Murray în 1812. Aderența acesteia era asigurată de o roata dințată și de una din șine

profilate corespunzător (cremalieră). Locomotiva Puffing Billy, construită de Christopher Blackett

și William Hedley în 1813 este prima care obține același succes dar având aderența asigurată

prin propria greutate (deci fără a folosi soluția roată dințată - cremalieră). Aceasta este și cea mai

veche locomotivă care încă mai există, fiind acum expusă la Science Museumdin Londra.[11]

În 1814, George Stephenson convinge patronul exploatației miniere la care era angajat,

să-i susțină financiar construcția unei locomotive cu abur. Inspirat de modelele lui Trevithick,

Murray și Hedley, acesta construiește locomotiva Blücher, model care va obține succesul scontat.

În 1825, Stephenson realizează o locomotivă pentru linia Stockton and Darlington Railway, prima

cale ferată publică din lume care utilizează tracțiunea cu abur.[11]

Empire State Express, cea mai rapidă locomotiva a celei epoci (1893)

Primele locomotive utilizate aveau patru roți și erau similare cu The Rocket. Acestea

aveau unele neajunsuri, cum ar fi trepidațiile care apăreau în timpul mersului și care împiedicau

atingerea unor viteze prea mari. Edward Bury and Company proiectează, în 1830 un nou model

având roțile cuplate prin biele iar cazanul de aburi fixat pe un șasiu din bare de oțel.[12]

În 1840, Stephenson, condus de aceeași idee, realizează o locomotivă având 6 roți

cuplate, toate devenind roți motoare, rezultatul fiind o aderență mai ridicată si posibilitatea de a

atinge viteze și forțe de tracțiune mai mari. Ulterior, diverse inovații au imbunătățit calitățile și

eficacitatea locomotivelor cu abur.

Union Pacific

Cele mai puternice locomotive cu aburi

Locomotivele articulate americane de tip "Mallet" au fost adevărați monștri sacri ai

tracțiunii cu abur, având dimensiuni și greutăți uriașe. Astfel, celebra Big-Boy avea, împreună cu

tenderul, 40 m lungime, greutate de 540 tone-forță, diametrul roților motoare de 1,73 m și viteza

maximă 128 km/h. Puterea acesteia, în regim experimental depășea 6.000 CP, dar în realitate

producea cam 4.000 CP.

La 3 iulie 1938, locomotiva cu abur engleză "Pacific-Gresley-A-4" nr. 4468 - Mallard a

stabilit recordul mondial de viteză al tracțiunii cu abur: 202,7 km/h.

Transportul feroviar modern

Tracțiunea Diesel

Tracţiune Diesel în Marea Britanie (2004)

Tracţiune Diesel în Marea Britanie (2006)

Primele încercări de realizare a unor vehicule feroviare cu propulsie prin motoare cu

ardere internă datează din a doua jumătate a secolului al XIX-lea.

Avantajele tracțiunii Diesel:

posibilitatea obținerii unor puteri mai mari (la același preț);

exploatare mai simplă și mai sigură;

randament ridicat: Daca la locomotivele cu aburi abia se depășește 5 % (putând fi chiar mai

scăzut, mai ales în cazul cărbunilor cu putere calorică mai scăzută), în cazul tracțiunii Diesel

se depășește 20 %.

Germanul Gottlieb Daimler realizează primele sale automobile ale căror motoare, cu

aprindere prin scânteie, au fost introduse și la automotoare și tramvaie.

În 1901, societatea Anciens etablissment Panhard et Levassor realizează prima

locomotivă propulsată de un motor cu explozie.

În 1905, compania engleză North Eastern Railway introduce o locomotivă cu motor cu

explozie, la care transmisia se realiza electric prin motoare de curent continuu. Aceasta constituie

una dintre primele utilizări ale unei transmisii electrice la vehiculele feroviare.

În 1897, Rudolf Diesel realizează motorul cu ardere internă, la care producerea aprinderii

amestecului cu aer și combustibil nu se mai face prin scânteie, ci prin compresie. Motorul

Dieselavea să revoluționeze tracțiunea feroviară, fiind și astăzi cel mai utilizat motor în acest

domeniu.

Prima locomotivă Diesel din lume a fost construită în 1912 de firma elvețiană Sulzer -

Winterthur. Aceasta a fost utilizata până în preajma Primului Război Mondial.

În 1920, profesorul rus I. V. Lomonosov a întocmit proiectele primelor locomotive Diesel

de mare putere, care au fost construite și date în funcțiune în Germania, Elveția, Rusia.

Locomotivă "Diesel", utilizată în Australia

Cu timpul, creșterea puterii de exploatare a condus la necesitatea înlocuirii transmisiei

mecanice, care nu mai dădea rezultate corespunzătoare, cu cea electrică, respectiv cea

hidraulică.

Cele mai puternice locomotive Diesel

Printre giganții locomotivelor Diesel amintim:

1934 : locomotiva construită la Kolomenski (Rusia) avea o putere totală de 2.100 CP, 14 osii

(din care 8 erau cuplate la cele două motoare), viteza maximă de 72 km/h.

1936 : locomotiva franceză de 4.400 CP, viteza maximă: 120 km/h.

1953 : locomotiva rusească de 4.000 CP, a cărei lungime atingea aproape 34 m (erau de fapt

doua unități cuplate).

În SUA, tracțiunea Diesel a fost introdusă pe liniile companiei Baltimore & Ohio R.

R. în 1925, ca apoi să se extindă pe toate marile magistrale feroviare americane. În anul 1960,

peste 98 % din locomotivele americane erau Diesel, cu cuplaj electric.

Printre cele mai puternice locomotive Diesel din lume sunt cele americane de

tip Centennial. Acestea au o putere totală 6.600 CP, o greutate totală de 250 tone, o lungime de

peste 30 m și pot atinge viteza de 145 km/h. Sunt utilizate pentru linia dificila Omaha - Ogden,

pentru care se folosesc și trei locomotive pentru o garnitură.

Trenul americanAmtrack, 2004

Automotoare Diesel

În perioada interbelică, cele mai multe automotoare Diesel pentru viteze mari s-au

construit în SUA, Germania, Franța, Olanda.

In Germania, primul tren automotor aerodinamic a fost construit în perioada 1931 - 1932

ca rezultat al colaborării firmelor Wumag, Maybach și SSW (Siemens - Schuckert - Werke), astfel

că pe 15 mai 1933 automotorul cu tracțiune Diesel-electrică, denumit "Der Fliegende Hamburger"

(Hamburghezul zburător), a fost dat în exploatare pe traseul Berlin - Hamburg (277 km). Acesta

conținea doua vagoane, fiecare înzestrat cu un motor de 410 CP. Distanța dintre cele doua mari

orașe era strabătută în 2 ore și 20 minute, deci viteza medie era de circa 120 km/h. Pe unele

porțiuni de traseu se ajungea și la 160 km/h. Succesul obținut de acest tren a condus la

extinderea acestui tip de transport pe toate marile magistrale ale Germaniei.

Tracțiunea electrică

Locomotivă electrică germană

Locomotive electrice suedeze

Americanul Thomas Davenport este primul care are ideea utilizării motorului electric la

tracțiune feroviară.

Scoțianul Robert Davidson realizează o locomotivă cu acționare electrică care, în 1842,

pe linia Edinburgh - Glasgow, atinge o viteză de 6,5 km/h.

Alte încercări au fost întreprinse, independent, de americanii Mose Farmer (1847) și

Charles Grafton Page (1851). Și aceștia au utilizat motoare electrice de curent continuu

alimentate de la baterii aflate la bord.

Pentru obținerea unei puteri mai mari devenea necesară utilizarea unei surse exterioare,

alimentarea de la o rețea electrică.

Ziua de naștere a tracțiunii electrice feroviare poate fi considerată 31 mai 1879 când, în

cadrul Expoziției industriale de la Berlin, a fost inaugurată prima linie electrificată.

Tren electric britanic "City of Stoke-on-Trent(2003)

Tracțiunea pe levitație magnetică

Tren Maglev înGermania

Un tren cu levitație magnetică (Maglev) este un tren care utilizează câmpuri

magnetice puternice pentru a-și asigura sustentația și a avansa. Spre deosebire de trenurile

clasice, nu există contact cu șina, ceea ce reduce forțele de frecare și permite atingerea

unor viteze foarte mari (anumite sisteme ajung la 550 km/h [13] ).

Cercetările în acest domeniu au debutat în 1962 în Japonia, iar până în prezent există o

singură linie exploatată comercial, între centru orașului Shanghai și aeroportul orașului.