L’ammodernamento di gallerie e di trafori in esercizio

Rugiada Scozzari(1) Michele Fronterrè(2) gallerie&tunnelling

L’AMMODERNAMENTO

DI GALLERIE E DI TRAFORI IN ESERCIZIO

UNA METODOLOGIA DEDICATA ALL’ANALISI E ALLA VALUTAZIONE QUANTITATIVA DELL’AGGRAVIO DI RISCHIO ASSOCIATO A CONFIGURAZIONI PROGETTUALI ALTERNATIVE

Gallerie stradali e trafori alpini sono infrastrutture complesse che, nel corso della loro vita utile, sono continuamente soggette a progetti di ammodernamento. Il cambiamento dei regimi di traffico, l’entrata in vigore di Normative più stringenti, le modifiche al contesto in cui la galleria si trova - la necessità di ridurre dell’impatto acustico - sono solo alcuni esempi delle motivazioni che portano a intervenire su un’opera esistente. Nella fase di fattibilità di un progetto di ammodernamento di un’opera infrastrutturale (opere civili, impianti di ventilazione), occorre valutare come cambi il profilo di rischio associato all’opera sia nella configurazione transitoria - durante la fase di esecuzione lavori - sia nella configurazione ammodernata. In fase di avamprogetto, quando ci si trova a dover valutare più alternative progettuali, la misura della variazione di rischio (mitigazione, aggravio) in caso d’incendio associato a ogni singola alternativa progettuale può diventare un criterio di scelta. Oggetto del presente articolo è una metodologia che consente l’analisi quantitativa dell’aggravio di rischio associato a configurazioni progettuali alternative. Questa metodologia supera l’approccio di alcuni software disponibili come QRAM o CAMATT. Il limite di questi software sta nel fatto che essi prendono in esame le caratteristiche principali della galleria calcolando - molto rapidamente - il rischio associato a eventi incidentali (incendio, esplosione, rilascio di sostanze ADR) senza però riuscire a rappresentare l’impatto di opere di ammodernamento il cui peso sulla sicurezza è filtrato dalle semplificazioni operate dal software stesso. La metodologia si basa su un approccio di tipo prestazionale e mette a confronto rispetto alla configurazione esistente una o più alternative progettuali. Gli strumenti sono di modellazione

1A e 1B. Esempio di modellazione tridimensionale di una galleria

gallerie &tunnelling

e simulazione fluidodinamica. Essi permettono di rappresentare con un elevato livello di dettaglio sia la configurazione geometrica dell’opera sia la dinamica del sistema di ventilazione, sia il comportamento degli utenti ad esempio durante la fase di evacuazione. Il funzionamento di un sistema di ventilazione complesso come quello formato da canali di estrazione e immissione e/o jet-fan in volta è simulato in modo rigoroso mediante codici di analisi fluidodinamica monodimensionale che tengono conto dei transitori durante il passaggio tra il funzionamento normale a quello in emergenza o alla dinamica legata all’effetto pistone dei veicoli. Lo sviluppo dell’incendio è modellato mediante codici di fluidodinamica tridimensionale (CFD-3D) attraverso i quali è possibile rappresentare in maniera realistica la geometria dell’opera o di porzioni di questa per limitare il peso computazionale.

L’esodo degli utenti è simulato sia all’interno dello stesso ambiente di simulazione dell’incendio o con tecniche di tipo agentbased che permettono di approfondire i fenomeni di coda e/o congestione in corrispondenza delle uscite di sicurezza. Sono esaminati anche fenomeni d’interazione sociale complessa, come la presenza di gruppi familiari che tendono a rimanere coesi durante l’esodo, o l’“effetto gregge”, il fenomeno che si ha quando gli utenti tendono a seguire percorsi di esodo noti o scelti da altri utenti, anche se svantaggiosi. Un esempio tipico è la tendenza a percorrere l’intera galleria fino al portale anche in presenza di rifugi lungo il tunnel. La misura quantitativa dell’aggravio di rischio è fornita tipicamente attraverso due variabili: 1. il tempo di esodo; 2. la FED (Fractional Effective Dose - un parametro che monitora l’inalazione di prodotti della combustione da parte degli utenti, in rapporto alla quantità che conduce a danni permanenti.

Il valore di FED varia tra 0 - cioè nessuna inalazione - e 1 - cui corrisponde appunto un danno permanente). Sia il tempo di esodo che la FED forniscono un’indicazione di come e quanto cambi il comportamento degli utenti durante l’evacuazione in condizioni di emergenza. Ci possono essere situazioni in cui, pur non variando sensibilmente il tempo di esodo, configurazioni diverse dell’impianto di ventilazione possono dare luogo a una diversa di distribuzione dei fumi all’interno della galleria e quindi a una diversa FED misurata. Un’accurata analisi e definizione della “cronologia degli eventi” permette di tenere in conto delle procedure, frutto spesso di anni di esperienza da parte del concessionario e della direzione di esercizio. Ad esempio per tunnel molto lunghi, dove la dinamica di controllo dell’incendio da parte del sistema di ventilazione ha dei tempi non trascurabili, l’immediata risposta di squadre addestrate, l’uso di sistemi di controllo del traffico e la presenza di rifugi possono costituire misure di mitigazione del rischio verso gli utenti - nelle prime fasi dell’emergenza ovvero nella fase di autosalvataggio - molto efficaci. Questi aspetti non entrano all’interno dei codici come QRAM. Possono invece essere rappresentati attraverso analisi articolate come quelle che stiamo qui descrivendo dove, appunto, si mette in relazione il comportamento dell’intero sistema (infrastruttura fisica + impianto) nella sua interazione con gli utenti. La Figura 3 mostra le statistiche relative a casi incidentali occorsi in un lungo periodo di gestione di un tunnel. L’intervento delle squadre di soccorso è sempre anteriore all’istante in cui si può ammettere che il sistema di ventilazione stabilizzi il flusso di velocità dell’aria in corrispondenza dell’incendio. Le simulazioni CFD-3D forniscono la distribuzione - resa mediante una scala di colori, di temperatura, visibilità e CO su opportuni piani di monitoraggio. A partire da questi plot è possibile costruire delle mappe così organizzate: • in ascissa la progressiva metrica della galleria in esame; • in ordinata il tempo. In questo modo, si ha un’immediata visualizzazione dell’evolversi nel tempo di temperatura, visibilità CO durante un evento incidentale. Sulla mappa è possibile visualizzare la posizione di eventuali rifugi, sotto forma di linee verticali in corrispondenza della progressiva cui si trovano, e il percorso degli utenti. È possibile osservare in modo intuitivo l’interazione degli utenti con i prodotti della combustione. La pendenza delle linee bianche, che rappresentano il percorso degli utenti, è proporzionale alla velocità. A velocità alte corrispondono linee quasi orizzontali; a velocità basse (o addirittura nulle, se la FED dell’utente ha raggiunto il valore di 1), corrispondono linee quasi verticali.

2. Esempio di interazione tra utente e prodotti della combustione

3. Le statistiche dei tempi di risposta dei diversi sistemi di sicurezza

4. La mappa di visibilità in un tunnel con due rifugi

Una versione semplificata di Figura 4 può essere utilizzata per fare una comparazione diretta tra due diverse configurazioni dell’opera, ad esempio “as-is” e “ammodernata”. In questo caso, si può semplificare l’immagine mantenendo solo l’informazione principale, ovvero l’estensione delle cosiddette “aree di alto rischio”, (HRA secondo l’acronimo inglese). L’area di alto rischio è definita come l’area all’interno della quale le condizioni di temperatura, visibilità e concentrazione di inquinanti sono oltre i limiti e costituiscono pertanto un rischio per l’incolumità degli utenti. Invece del campo colorato che esprime tutto l’intervallo di valori possibili per una data grandezza, in Figura 5 è riportata solamente una linea irregolare, corrispondente al valore soglia. Tale linea costituisce il confine dell’area di alto rischio per una data grandezza. n

SICUREZZA

5. Il confronto tra aree di alto rischio ottenute per tre scenari diversi

(1) Fire Safety Engineer di Cantene Srl (2) Project Manager di Cantene Srl

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