La linea Isili-Sorgono fa parte del primo blocco di ferrovie secondarie realizzate in Sardegna date in concessione alle Strade Ferrate Secondarie Sarde. Il primo marzo del 1889 venne inaugurato il tratto Isili-Meana Sardo mentre la linea raggiunse il capolinea di Sorgono il 3 dicembre dello stesso anno. La linea, lunga 83 km, faceva capo al compartimento SFSS di Cagliari e venne costruita come secondo troncone della linea che avrebbe collegato il capoluogo sardo con Sorgono. Per anni il collegamento ferroviario tra Cagliari e Sorgono via Isili sarà considerato come un'unica linea da 165 chilometri.
Nel 1921 l'intera linea passò alle Ferrovie Complementari della Sardegna, società che già gestiva in comune con le SFSS il tratto da Isili alla stazione del Sarcidano, da cui si diramava la linea FCS per Villacidro. Ora la gestione sarebbe stata unicamente FCS. Nello stesso anno lo scrittore David Herbert Lawrence viaggiò sulla Cagliari-Sorgono e raccontantò l'esperienza del viaggio nel libro Mare e Sardegna.
Nel secondo dopoguerra vennero eseguiti alcuni lavori di adeguamento alla linea ed il 10 settembre 1962 entrarono in servizio nuovi mezzi diesel in sostituzione di quelli a vapore. Nonostante questi ammodernamenti più volte si minacciò la sua chiusura a causa dello scarso utilizzo da parte dell'utenza della zona. Nel 1989 la linea passò alla Gestione Governativa delle Ferrovie della Sardegna nate dalla fusione delle Complementari con le Strade Ferrate Sarde. Nel 1997 le FdS passarono sotto il controllo delle FS che immediatamente chiusero la linee di trasporto pubblico e la trasformarono in servizio turistico denominato Trenino Verde.
La linea Isili-Sorgono, tra gli anni 20 e gli anni 60, svolse l'importante funzione di linea merci per i materiali provenienti dalle cave di Nurallao e dintorni. In corrispondenza delle case cantoniere 16, 18, 19, 20 e 21 e delle fermate di Cignoni, Funtanamela e Ortuabis, vennero costruiti dei piani caricatori per trasferire sui carri merci il materiale estrattivo. La fermata di Cignoni ed il casello 20 vennero collegati direttamente alle cave della zona, che si trovavano nelle immediate vicinanze, mediante piccole linee ferrate di qualche centinaio di metri.
L'argilla estratta veniva caricata su carri del tipo P a sponde basse che componevano un convoglio di 6-7 carri, ognuno dei quali caricava dai 20 ai 30 quintali di materiale. Inizialmente il convoglio veniva trainato da una locomotiva a vapore e solo nell'ultimo periodo da un locomotore diesel. Negli anni 60 il convoglio merci viaggiava quotidianamente ed impiegava mezza giornata per arrivare a Cagliari. Sotto la stazione di Nurallao è ancora visibile la fornace che veniva alimentata dal materiale trasportato dal convoglio merci.
Quando il carico era eccessivo il treno si fermava nella stazione di Sarcidano per staccare gli ultimi carri del convoglio poi procedeva lungo la salita di Is Barroccus ed una volta giunto alla stazione di Isili staccava i carri trainati e ritornava a Sarcidano a prendere quelli che aveva lasciato giù prima della salita. Giunto ad Isili venivano riattaccati i primi carri trasportati e riprendeva il viaggio verso Cagliari. Una procedura complessa ma molto efficace.
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