La viabilità ordinaria, divisa
in generale in tre grandi categorie di strade (principali, secondarie e locali),
sin dalla fine del Settecento non era compatibile con la necessità di
assicurare trasporti veloci e confortevoli, per via dell’incompatibilità tra
un carreggio sempre più pesante e carico di bagagli e un apparato viario
europeo di vecchia costruzione, dal manto ormai logoro e sensibile alle
intemperie.
Soltanto dal 1815-1820, grazie alla tecnica di pavimentazione a strati di
breccia omogenei dovuta al britannico McAdam, è stato possibile realizzare sul
continente un migliore drenaggio della strada e una maggiore resistenza alla
pressione delle ruote. Le nuove strade venivano così ad avere una massicciata
in superficie costituita di schegge di sabbia compresse da una macchina
schiacciasassi e cementate da sabbia.
Alla luce di quanto si è detto, si può ben capire quale fervore d'iniziativa
abbia suscitato all'inizio dell'Ottocento la possibilità di sostituire, il più
rapidamente possibile, la trazione animale sulle strade e quella dei battelli
sulle vie d'acqua. Diverse locomotive vennero costruite dal 1803 in poi.
La prima fu opera dell'ingegnere delle miniere del Galles Richard Trevithick:
dotata di uno stantuffo unico che muoveva le sue due ruote tramite una traversa
e due bielle, essa aveva "piuttosto l'aspetto di un'apocalittica
cavalletta (saltarella) di un trattore", come ha osservato Nansouty.
Introdotta sulla linea Merthyr-Tydwill lunga 15 chilometri, circolava a 8
chilometri all'ora, trascinando un piccolo treno composto di cinque vagonetti
con un carico di dieci tonnellate di ferro e 70 uomini. La lentezza del
convoglio condizionava l'uso della locomotiva, impiegata allora esclusivamente
al servizio delle miniere.
Nel decennio seguente, tutti i precursori credevano che la principale difficoltà
fosse legata alla mancanza di aderenza delle ruote alle rotaie.
Era convinzione diffusa che le ruote lisce della locomotiva non potessero fare
presa su di esse, per cui si riteneva che l'azione del vapore avesse solo
l'effetto di fare girare le ruote senza permettere la progressione in avanti.
All'indomani della sua esperienza, Trevithick consigliò pertanto di guarnire
con qualche asperità o scanalatura il cerchione per evitare lo slittamento.
Questa tesi generò una serie di strani prototipi, il cui scopo era di avere la
meglio su una difficoltà immaginaria.
Nel 1811, John Blenkinsop, sovrintendente della miniera di Middleton presso
Leeds, costruì una locomotiva dotata di due assi che portavano una caldaia e di
una ruota dentata che, messa in moto dagli stantuffi, ingranava in una guida
anch'essa dentata. Si trattava quindi di una macchina a cremagliera concepita
per superare i notevoli dislivelli della linea. Utilizzati dal 1812, alcuni
esemplari di questa locomotiva rimasero in servizio fino al 1853.
Nel 1813, William e Edward Chapman ricorsero ad una macchina a vapore fissa per
azionare dei tamburi disposti ad intervalli regolari sulla via, e sui quali si
avvolgeva una fune che trascinava il convoglio.
Infine, William Hendley inziò, tra il 1813 e 1814, una serie di esperimenti con
una nuova locomotiva presso la miniera di Wylam (Newcastle) per
dimostrare che una macchina senza ruota dentata disponeva di un'aderenza
sufficiente sulle rotaie per trascinare un convoglio su un piano normalmente
inclinato. Nonostante questa scoperta, i vari protocolli ebbero per il momento
scarso successo perchè la loro velocità rimaneva così bassa da non superare
quella di un cavallo.
Tra essi figurava la prima locomotiva che Gorge Stephenson aveva messo a punto
nel 1814 partendo dalle macchine di Blenkinsop e di Hendley, per trasportare il
carbone delle miniere di Killingworth. Le macchine costruite negli anni
successivi da Stephenson presentavano dei miglioramenti ma la loro velocità
rimaneva bassa.
Il passo decisivo si deve al finanziere quacchero Edward Pease. Giudicando
eccessivi i costi di trasporto sui canali egli ottenne il permesso di costruire
una ferrovia tra Darlington e Stockton e affidò a Stephenson il compito di
concepire la costruzione della strada ferrata, sia delle macchine per la
trazione dei convogli di
carbone.
L'inaugurazione della linea avvenne il 27 settembre 1825 con Stephenson alla
guida della locomotiva battezzata Locomotion. Si trattò del primo
servizio ferroviario pubblico ma il trasporto dei viaggiatori veniva
effettuato ancora con una sola vettura trascinata da due cavalli. Il successo fu
comunque superiore alle previsioni e anticipò quello ben più clamoroso che si
ebbe nella famosa gara di Rainhill svoltasi alla vigilia dell'apertura della
linea Manchester-Liverpool.
La locomotion presentava pur sempre il difetto di una vaporizzazione
limitata.
I fratelli Seguin-Marc, Camille, Jules, Paul e Charles, tutti ingegneri civili,
reduci da vari soggiorni in Inghilterra, avevano sviluppato, a partire dal 1815,
le loro attività in varie direzioni nel campo dell'industria meccanica e creato
una società di trazione a vapore sul Rodano. Marc Seguin realizzò nel
1824-1825 il primo ponte sospeso da un cavo di ferro a Tournon-Tain sul
Rodano e, con i suoi fratelli, riuscì poi ad ottenere, nel marzo 1826, la
concessione della linea Saint-Etienne-Lione. Nove mesi dopo, Marc e Charles,
recatisi di nuovo in Inghilterra, incontrarono diversi imprenditori e
costruttori e Charles proseguì poi il suo viaggio sino al cantiere della linea
Manchester-Liverpool finchè, nel gennaio 1827, acquistò presso la famosa
impresa di Newcastle, appena creata, dieci vagoni e due locomotive.
Il suo scopo era quello di studiarle per migliorare la vaporizzazione: fu così
che Marc Seguin giunse a concepire la caldaia a tubi di fumo ,
disposti longitudinalmente nella caldaia e attraversati dai gas caldi
provenienti dalla combustione del carbone. Questo tipo di caldaia era qualcosa
di rivoluzionario, poichè l'acqua veniva riscaldata non solo dalle sue stesse
pareti, ma anche dai tubi che aumentavano notevolmente la superficie di scambio
e, di conseguenza, accrescevano, non tanto la velocità, quanto la potenza della
locomotiva, riducendo nello stesso tempo le masse metalliche e il tempo di
riscaldamento. Sta di fatto che essa venne adottata dal figlio di George
Stephenson, Robert Stephenson, per la locomotiva che partecipò al concorso di
Rainhill per la scelta della macchina da adottare sulla linea
Manchester-Liverpool: questa comprendeva venticinque tubi bollitori ed era
separata dal focolare che era disposto sul retro. Il vapore di scarico dei due
cilindri montati lateralmente alla caldaia veniva convogliato nel camino in modo
da migliorare il tiraggio nei tubi. Furono queste caratteristiche a rendere
possibili le prestazioni, sbalorditive per l'epoca, della Rocket,
che riuscì a circolare a una velocità di oltre 56 chilometri all'ora con un
convoglio di quasi 13 tonnellate.
La soluzione adottata in questo caso costituì il punto di partenza di una serie
di miglioramenti che Robert Stephenson realizzò per le tre generazioni seguenti
di locomotive: quella della Planet Engine (1830-1833), il cui prototipo dotato
di quattro ruote e di una caldaia e di cilindri più lunghi venne adibito sulla
linea Liverpool-Manchester; quella della Patentee (1833-1841), che fu la prima
macchina con sei ruote, ossia con un asse supplementare disposto dopo il
focolare; quella della Long Boiler, messa a punto nel 1841 con sei ruote e
caratterizzata soprattutto da un sistema di scarico variabile del vapore.