Le scelte progettuali della circonvallazione di Chienes

strade&autostrade Marco Puccinelli(1), Piero Scantamburlo(2) , Ivo Zancarli(3)

LE SCELTE PROGETTUALI

DELLA CIRCONVALLAZIONE DI CHIENES

LA S.S. 49 “DELLA VAL PUSTERIA”, PARTE INTEGRANTE DELL’ITINERARIO EUROPEO E 66, È STATA OGGETTO DI SISTEMATICI MIGLIORAMENTI DI ASSETTO DA PARTE DELLA PROVINCIA AUTONOMA DI BOLZANO AL FINE DI DARE ALL’ARTERIA STRADALE UN LIVELLO PRESTAZIONALE GENERALE ADEGUATO A UNA DELLE PRINCIPALI VIA DI COMUNICAZIONE DEL TERRITORIO

Il tracciato del progetto esecutivo, come quelli di affinamento, si sviluppa in destra orografica a Nord del Paese, come prescritto dalla Delibera di Valutazione di Impatto Ambientale. Le specifiche di progetto definite dalla Ripartizione 10 Infrastrutture prevedono una velocità pari a 70-80 km/ora, pendenza massima del 6%, curve con raggio di 250 m e l’assunzione di una sezione tipo 7B, con corsie da 3,50 m e banchine da 0,75 m all’esterno e da 0,50 m in galleria.

IL TRAFFICO E IL “CONCETTO” GENERALE DELLA VIABILITÀ

Il territorio non è di tipo montano e le parti pianeggianti verso Est sono dedicate alle coltivazioni e agli insediamenti produttivi. Il piccolo centro di Chienes è caratterizzato dalla presenza di attività industriali importanti tanto che le zone produttive sono di fatto più estese del Paese stesso.

1. La planimetria del tracciato di variante

VIABILITÀ

2. La S.S. 49 oggi

Il Paese attualmente sostiene un “carico” di traffico di circa 18.000 veicoli/giorno che superano i 23.000 nelle stagioni turistiche e generano un picco intorno a Ferragosto di circa 25.000 veicoli, spezzando il territorio e rendendo impossibile il collegamento del centro abitato con le zone produttive, la stazione, ecc.. Il traffico pesante e leggero da e per la zona industriale di Ehrenburg, in caso di incroci a raso nelle ore e nei periodi di punta, genera una forte interferenza con la S.S. 49 ormai satura con rallentamenti e formazione di code. In questo caso, i veicoli pesanti in uscita dalla zona produttiva troverebbero facile sfogo attraversando il Paese. La viabilità progettata divide quindi il traffico in transito leggero, con dedicato l’accesso Ovest del Paese, e il traffico pesante che entra ed esce nella S.S. 49 solamente dal lato Est mediante svincoli che riducono al minimo i tempi di immissione e quindi le file di attesa.

IL TRACCIATO SCELTO

L’asse del tracciato è la linea 3D che determina tutte le geometrie delle opere, le posizioni di imbocco e la copertura della galleria, la quantità di sostegni da posare per la protezione del patrimonio edilizio da sottopassare, gli spostamenti dei sottoservizi, le interferenze, gli espropri ossia, in definitiva il costo. Il tracciato più corto (A) non garantiva la copertura sufficiente per salvaguardare il patrimonio edilizio esistente; il tracciato B era possibile solo con intersezioni a raso e lasciava aperto il tema del collegamento della zona industriale e il tracciato C spezzava la continuità agricola e non consentiva raggi di curvatura adeguati per gli svincoli; infine, il tracciato D consentiva di minimizzare la lunghezza del tratto in sotterraneo, raggiungere coperture sufficientemente cautelative e avere raggi di curvatura adeguati alla fluidità degli svincoli.

L’INQUADRAMENTO GEOLOGICO L’inquadramento geologico del tracciato

Questo settore della Val Pusteria si sviluppa al contatto tra due unità tettoniche principali: il Sudalpino a Sud e l’Austroalpino a Nord, delimitati dalla faglia trascorrente destra denominata Linea della Pusteria, un lineamento lungo 200 km con direzione WNW-ESE. Il basamento Sudalpino, in corrispondenza del comune di Chienes, si caratterizza per unità metamorfiche (Filladi Quarzifere) e intrusive (Granito di Bressanone) che affiorano estesamente lungo i rilievi a monte dell’abitato; l’evoluzione quaternaria, caratterizzata dal susseguirsi di fasi glaciali e interglaciali, ha generato estese coperture di sedimenti sciolti continentali, soprattutto nelle conche vallive e lungo i versanti poco inclinati. Le unità del substrato roccioso, il quale interessa solo il 5% del tracciato stradale in progetto, sono composte dalle Filladi di Bressanone. Si tratta di gneiss e filladi quarzose, da compatte a foliate, con RQD medio di 40-50% e alterazione in superficie compresa tra W1 e W3; la resistenza è alta (classe R4 ISRM 1968). Le unità del 3. La differenziazione del traffico pesante e leggero substrato roccioso sono obliterate dalle coperture quaternarie e antropiche che rappresentano la quasi totalità dei terreni che verranno interessati dalla circonvallazione: riporto antropico, depositi alluvionali, depositi di conoide, detrito di versante, depositi eluvio-colluviali, depositi morenico-glaciali.

L’inquadramento idrogeologico

La situazione sotterranea è governata da una falda profonda, denominata di fondovalle, che si attesta ad una quota di poco inferiore alla quota del fiume Rienza indicando un comportamento disperdente dello stesso. La permeabilità dei terreni è stata valutata per mezzo di prove di tipo Lefranc e Lugeon e tramite prove di pompaggio in pozzo, in particolare per i depositi di conoide e alluvionali con intervalli di permeabilità misurati tra 2*10-4 e 3*10-6 m/s. La galleria si colloca sempre al di sopra della fascia di escursione

4. Lo studio dei tracciati alternativi

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della falda freatica di fondovalle e pertanto il suo scavo non avrà alcun impatto sulla stessa. A causa delle infiltrazioni di acque identificate nel tratto urbanizzato è possibile che, in occasione di eventi meteorici eccezionali e di elevate portate di acqua lungo il Rio Verde, si possa produrre temporaneamente la completa saturazione del terreno fino a quota galleria per un tratto di qualche centinaio di metri.

LA GALLERIA

La galleria della circonvallazione di Chienes presenta una lunghezza prossima a 1.000 m e una carreggiata stradale composta da due corsie di larghezza 3,93 m (comprensiva di allargamento in curva), banchine laterali di 0,52 m e un marciapiede di circa 1 m. Il profilo interno della galleria è di tipo policentrico e accoglie le sagome di 5 m e 4,8 m in banchina. La pendenza trasversale è del 2,5% in rettifilo e del 5,2% in curva. Lungo lo sviluppo della galleria sono previste nicchie di drenaggio e nicchie SOS. È prevista un’uscita di emergenza alla p.k. 1+174 tramite un collegamento all’esterno per mezzo di una via di fuga con cunicolo laterale verso un sistema di scale di sicurezza alloggiate in un pozzo verticale.

L’inquadramento geotecnico

La galleria attraversa la porzione superiore (verso Nord) della conoide su cui insiste il nucleo urbanizzato di Chienes. In particolare, lo scavo si svilupperà interamente all’interno dell’unità UG1 (depositi di conoide), caratterizzata da terreni non stratificati a tessitura caotica (diamicton) costituiti da ghiaie, ciottoli e blocchi ciclopici con diametri che superano anche i 2 m, in matrice sabbiosa limosa, rinvenuti lungo i versanti che circondano la conoide di Chienes.

Le sezioni tipo di scavo e il consolidamento

I criteri di scelta delle sezioni di scavo e consolidamento hanno consentito di tenere conto della variabilità delle coperture in sito, delle caratteristiche meccaniche delle unità geotecniche attraversate e del loro comportamento allo scavo. Nel caso specifico, considerati i terreni coinvolti e le condizioni di copertura in gioco, si è proceduto alla determinazione delle categorie di comportamento allo scavo tramite l’ausilio di analisi di stabilità all’equilibrio limite, analizzando il comportamento deformativo del fronte di scavo. Tali analisi di stabilità del fronte si sono sviluppate in condizioni intrinseche (ossia in assenza di interventi di sostegno e consolidamento). Le analisi di stabilità del fronte di scavo sono state eseguite conformemente a quanto prevedono le NTC08, considerando le combinazioni A1-M1 (per un diretto raffronto con i coefficienti di sicurezza propri indicati nelle formulazioni classiche all’equilibrio limite (ad esempio formulazione di Tamez), sviluppate con i parametri caratteristici, e per dimensionare eventuali interventi di preconsolidamento del fronte) e A2-M2 per la valutazione della condizione di equilibrio limite SLU-GEO (§6.8.2 delle NTC 2008). Le determinazioni conseguenti (sia in combinazione A2-M2 che A1-M1) hanno evidenziato condizioni di fronte instabile, comportando la necessità di un consolidamento del fronte di scavo per garantire adeguate condizioni di sicurezza. In particolare, data la natura dei terreni (prevalentemente a grana grossa, con la possibilità di inclusi lapidei eterogenei), il progetto ha previsto l’adozione di interventi di preconsolidamento e precontenimento del cavo al fine di minimizzare l’azione di deconfinamento del terreno al contorno della galleria. Lungo lo sviluppo della galleria sono state previste tre sezioni tipo di scavo e consolidamento che si diversificano tra loro in base al numero e densità dei consolidamenti e dell’ampiezza del campo di avanzamento denominate E1-L, E1, E2. Esse si compongono di: • dreni in avanzamento; • preconsolidamento al contorno e alla base del cavo tramite colonne in jet-grouting; • preconsolidamento del fronte del cavo tramite colonne in jet-grouting (armate nel sottoattraversamento del tratto urbano); • rivestimento di prima fase costituito da centine metalliche e calcestruzzo proiettato; • rivestimento definitivo (con getto di arco rovescio e calotta vincolato al fronte di scavo) ed impermeabilizzazione. La sezione tipo E2 è stata prevista per il sotto attraversamento del tratto urbano, e prevede un maggiore consoli-

5. L’allestimento della sezione tipo

6A e 6B. Le sezioni di avanzamento

damento del fronte e confinamento del cavo al fine di minimizzare i fenomeni deformativi e quindi il disturbo all’ammasso al contorno durante le operazioni di scavo. Il progetto è stato corredato da linee guida di applicazione delle sezioni tipo in modo da poter modulare in corso d’opera, ove necessari, l’intensità degli interventi di consolidamento e sostegno nel rispetto della variabilità degli stessi prevista in progetto. Le sezioni tipo in galleria sono state dimensionate con l’ausilio di analisi numeriche agli elementi finiti, simulando le varie fasi esecutive di scavo e consolidamento e di maturazione dei materiali a comporre gli elementi di sostegno di ciascuna sezione; le verifiche sono state svolte sia in condizioni statiche (SLU e SLE) che sismiche (queste ultime per il rivestimento definitivo in condizione di SLV), tenendo conto degli effetti sulle azioni nell’adozione dei coefficienti moltiplicativi delle combinazioni (in particolar modo per le condizioni statiche). Le verifiche strutturali allo SLE per il rivestimento definitivo sono state svolte sia per lo stato limite di tensione che di fessurazione. Le opere di stabilizzazione e sostegno degli scavi, previste a entrambi gli imbocchi della galleria di Chienes, sono costituite da paratie di pali di medio diametro, caratterizzate da più ordini di tiranti. La geometria delle paratie è stata studiata in modo tale da minimizzare gli sbancamenti necessari per inserire l’opera nel contesto ambientale e, nel contempo, permettere una sistemazione definitiva dei versanti rispettosa della morfologia originaria degli stessi. Dal punto di vista della configurazione finale, le tratte d’imbocco sono completate da gallerie artificiali di lunghezza variabile (circa 60 m), opportunamente ritombate e rinaturalizzate per garantire continuità alla morfologia del paesaggio; anche a tal fine, il progetto ha adottato portali opportunamente conformati, con superficie paraboloide per il portale Ovest e a “becco di flauto” per il portale Est, al fine di favorire l’inserimento ambientale dell’opera di progetto. VIABILITÀ

7. L’analisi numerica FEM: topologia modello di calcolo sez. tipo E2

8. Il modello 3D del portale imbocco Ovest

9. La configurazione definitiva e l’inserimento paesaggistico dell’imbocco Ovest della galleria

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Il sottoattraversamento del tratto urbano

La galleria della variante di Chienes sottopassa nel suo tratto centrale parte del nucleo urbano di Chienes, ad una distanza minima con le fondazioni degli edifici sovrastanti di circa 15 m e a una distanza prevalente di circa 20 m (distanze riferite al valore Lc). Al fine di sviluppare un’analisi di rischio dei potenziali danni indotti dagli effetti dello scavo della galleria sulle interferenze presenti a piano campagna, il progetto è stato sviluppato per fasi successive di crescente approfondimento, così articolate: • fase 1: analisi preliminare; • fase 2: analisi del danno potenziale in condizioni green-field; • fase 3: analisi del danno potenziale considerando l’interazione terreno-struttura. La fase 1 L’analisi preliminare ha permesso di definire in superficie, a partire dall’asse di scavo della galleria, la cosiddetta “Zona di Influenza Geotecnica”. La ZIG delimita l’area di potenziale interazione tra lo scavo della galleria e la propagazione dei cedimenti in superficie, identificando gli edifici su cui eseguire le analisi di interazione per la valutazione dei danni potenziali. La fase 2 Ha consentito di individuare la categoria di danno potenziale (o categoria di rischio) per i vari edifici; si è correlata la categoria di danno potenziale (o di rischio) con la deformazione unitaria massima di allungamento ε max, sempre in riferimento ad un profilo di spostamento valutato in campo libero (“Green-Field” - G.F., ossia senza tener conto della rigidezza dei fabbricati presenti). Le categorie di rischio definite sono: • 0: livello di danno trascurabile; • 1: livello di danno molto lieve; • 2: livello di danno lieve; • 3: livello di danno moderato; • 4-5: livello di danno da severo a molto severo.

La fase 3 Ha tenuto conto del fatto che la presenza di un edificio a piano campagna altera il profilo di spostamento osservato in condizioni di “green-field” (fase 2), con lo sviluppo di minori deformazioni e distorsioni sull’edificio stesso rispetto. Le analisi d’interazione, oltre che nelle condizioni di lavoro “ordinarie”, sono state eseguite anche ipotizzando uno “scenario di rischio”: questo rappresenta una condizione limite superiore, utile per definire le soglie di riferimento (limiti di attenzione e di allarme) all’interno del piano monitoraggio. 10. Lo schema delle geometrie Al fine di verificare l’opportunità di introdurre interventi intedi calcolo grativi in corso d’opera, è previsto un monitoraggio in continuo per individuare l’eventuale superamento delle condizioni ordinarie e l’avvicinamento alle condizioni di rischio. La verifica sarà eseguita, sulla base della curva longitudinale dei cedimenti, quindi prima che la galleria giunga sotto agli edifici e si manifesti il cedimento massimo preventivamente al manifestarsi di danni sugli edifici stessi. Gli eventuali interventi di contromisura saranno diversificati in relazione all’entità della condizione deformativa preventivabile rispetto al valore di soglia prefissato ed in relazione alle caratteristiche di resistenza, rigidezza, conservazione dei fabbricati. Per ognuno degli edifici presenti nella ZIG si è inoltre valutato il relativo indice di vulnerabilità. La vulnerabilità è una caratteristica intrinseca dell’edificio che esprime di quanto l’edificio si allontana dalle condizioni di perfetta conservazione e, quindi, quanto sia vulnerabile. Maggiore è la vulnerabilità dell’edificio, minore è la sua capacità di tollerare ulteriori deformazioni indotte da eventi esterni. La vulnerabilità è stata espressa attraverso un indice di vulnerabilità Iv. Per ogni edificio è stata prevista una scheda qualitativa descrittiva delle principali caratteristiche dell’immobile, quali: • organico strutturale dell’immobile; 11. La determinazione della zona d’influenza geotecnica (ZIG) • suo stato di conservazione;

12. L’individuazione di categoria di rischio per un fabbricato

VIABILITÀ

• funzionalità dell’immobile; • aspetto estetico dell’immobile; • orientazione rispetto all’asse della galleria. A valori bassi dell’indice corrispondono situazioni migliori dal punto di vista della capacità dell’edificio di sopportare deformazioni, ossia una condizione dell’edificio maggiormente prossima all’ottimo stato di conservazione. Tale fattore è stato utilizzato in progetto all’interno del piano di monitoraggio, per il calcolo di dettaglio dei limiti di attenzione e di allarme.

Il sistema di monitoraggio

Al fine di acquisire gli elementi necessari all’interpretazione del comportamento del terreno, delle strutture in progetto, dei manufatti esistenti nei confronti delle operazioni di scavo è stato sviluppato uno specifico piano di monitoraggio che focalizza l’attenzione sul controllo dei seguenti principali parametri: • tensioni, deformazioni e spostamenti nelle strutture sotterranee in costruzione; • deformazioni sulla superficie del suolo e in profondità; • spostamenti degli edifici e dei manufatti esistenti per quanto riguarda sia la galleria (sia nel momento della costruzione che per il rivestimento definitivo) sia gli edifici ricadenti nella zona di monitoraggio geotecnico (ZMG), quest’ultima estesa oltre 15 m per parte rispetto ai limiti della ZIG. Per la galleria sono state previste stazioni di monitoraggio correnti e principali (tipo A e B) per la fase di costruzione e stazioni principali per il rivestimento definitivo (RD), oltreché stazioni per il monitoraggio superficiale (SMS) dei cedimenti indotti dallo scavo della galleria. Le stazioni di monitoraggio principali sono state attrezzate con una strumentazione innovativa costituita da catene di convergenza automatiche per le misure di convergenza in galleria. Tale strumentazione si presenta come una catena di nodi a conservazione di Azimut (a distanza variabile a seconda delle esigenze) in resina epossidica, uniti da cavo elettrico, per l’alimentazione e trasmissione dati, ed aste cave in fibra di vetro, per la tenuta meccanica e la conservazione dell’allineamento dei nodi, aventi al loro interno sensori MEMS 3D, dotati di accelerometro, magnetometro e termometro. La raccolta dei dati avviene per mezzo di una centralina di lettura, che interroga i sensori a intervalli di tempo regolari, tramite un cavo di collegamento. La procedura è totalmente automatica e può essere programmata in fase di installazione e modificata in qualsiasi momento. I dati acquisiti vengono elaborati da software dedicati e presentati sia in forma 2D che 3D, oltre che la possibilità di fornire varie informazioni temporali. Il piano di monitoraggio è stato applicato secondo due livelli di approfondimento: • edifici ricadenti nella ZIG; • edifici con ubicazione esterna rispetto alla ZIG, ma ricadenti all’interno della ZMG. Il piano prevede il controllo del bacino di subsidenza indotta, delle deformazioni e delle vibrazioni. Per queste ultime, il parametro di riferimento scelto è rappresentato dalla velocità di picco delle vibrazioni indotte in funzione della frequenza di vibrazione, i cui limiti di riferimento sono ripresi dalla Norma UNI 9916 “Criteri di misura e valutazione degli effetti delle vibrazioni sugli edifici” e dalla Normativa tedesca DIN 4150, parte 3 (1983).

13. La curva longitudinale dei cedimenti 14. Il monitoraggio del cavo con catena di convergenza (stazione principale tipo B)

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Gli strumenti introdotti nel progetto per il monitoraggio degli edifici e dei cedimenti in superficie sono costituiti da punti di controllo topografico, livellazioni topografiche di precisione (sia su terreno che su edifici), clinometri biassiali e vibrografi e, inoltre, includono innovativi inclinometri automatici tridimensionali verticali. Anche per gli imbocchi e l’uscita di emergenza si è previsto uno specifico piano di monitoraggio, tramite mire ottiche 3D, inclinometri, celle di carico, estensimetri elettrici e barrette estensimetriche. Per tutti gli strumenti di monitoraggio, il progetto ha fissato specifiche frequenze di lettura, diversificandole anche in funzione delle varie fasi di lavoro.

I valori di soglia di attenzione Il progetto ha previsto la definizione di valori di soglia di attenzione e di allarme delle grandezze monitorate al fine di esercitare un controllo delle condizioni deformative e tensionali indotte dalle operazioni di scavo. Sulla base di queste soglie, potranno essere adottate in corso d’opera le azioni e le contromisure più opportune elencate in progetto.

In riferimento ai valori di soglia

Il limite di attenzione fa riferimento alle risultanze dei calcoli in progetto. Il limite di allarme tiene conto di un livello deformativo e/o tensionale più gravoso assunto in sede di progetto in funzione della grandezza in esame. A titolo indicativo, nella Figura 16 si riportano i valori di soglia definitivi per il controllo del monitoraggio degli edifici ricadenti nella ZMG. L’informatizzazione del sistema di monitoraggio La gestione della grande mole di dati derivanti dal sistema di monitoraggio dovrà avvenire in ambiente web-gis, tramite l’ausilio di software dedicato con funzionalità di gestione remota e pubblicazioni dati sul sito web appositamente riservato. Il software dovrà essere concepito in modo tale che l’utente remoto, l’Ente di controllo o i Tecnici responsabili, possano - con le dovute autorizzazioni - consultare, controllare e intervenire sull’intero sistema in tempo reale ovunque sia disponibile una connessione internet. Lo stesso software dovrà assicurare: • gestione automatica degli alert (soglie di attenzione ed allarme) con invio di messaggio ai soggetti preposti; • possibilità di integrazione della strumentazione; • possibilità di visualizzare i dati in periodi temporali selezionati dall’utente; • rappresentazione dinamica dei parametri di interesse.

GLI IMPIANTI

Per la definizione degli impianti si è fatto riferimento al DPP n° 28 del 27/06/2006 che classifica la galleria in classe B. In previsione di un incremento della viabilità ed essendo su una arteria principale della Provincia, la sua dotazione è stata incrementata realizzando di fatto una classe A/B. Sono previsti: • distribuzione elettrica in media e bassa tensione; • trasformatori MT/BT, gruppi elettrogeni e gruppi di continuità; • impianto di illuminazione; • impianto di ventilazione; • impianto di segnaletica e pannelli a messaggio variabile; • impianto di rilevamento incendi;

RIGA TIPO DI EDIFICIO

VELOCITÀ MASSIMA DELLE PARTICELLE [MM/S] FREQUENZA DELL’ONDA

< 10 HZ 10-50 HZ > 50 HZ

1 Industriale/ non residenziale 20 20÷40 40÷50

2 Residenziale 5 5÷15 15÷20

3 Delicato 3 3÷8 8÷10

15. I valori limite di vibrazione (Norme UNI 9916 e DIN 4150)

17. Un esempio di flusso del funzionamento del sistema

INDICE DI VULNERABILITÀ DELL’EDIFICIO 0 < IV < 20 20 < IV < 40 40 < IV < 60 60 < IV < 80 80 < IV < 100

Fattore riduttivo Fr 1 1,25 1,5 1,75 2

Soglia di attenzione Smin = 10,0 mm Smin = 8,0 mm Smin = 6,7 mm Smin = 5,7 mm Smin = 5,0 mm bmin = 1/500 bmin = 1/625 bmin = 1/750 bmin = 1/875 bmin = 1/1.000

Soglia di allarme

Smax = 50,0 mm S max = 40,0 mm S max = 33,3 mm S max = 28,6 mm S max = 25,0 mm b max = 1/200 b max = 1/250 b max = 1/300 b max = 1/350 b max = 1/400 16. Il monitoraggio degli edifici - Valori ammissibili dei parametri S e β

VIABILITÀ

• impianto di videosorveglianza e controllo traffico; • impianto SOS; • impianto rete idranti; • impianto vasche acque reflue.

L’impianto di telecontrollo e di supervisione

Lo scopo dell’impianto di telecontrollo-supervisione è creare un sistema di controllo e comando in grado di gestire gli impianti installati e permetterne la supervisione sia a livello locale che dal Centro di Controllo remoto. Il telecontrollo sarà in grado di gestire autonomamente le funzionalità degli impianti legate alle diverse condizioni d’esercizio, attivando di volta in volta scenari preimpostati. L’impianto di supervisione sarà predisposto per la visualizzazione di stati, misure ed allarmi degli impianti e permetterà il comando forzato delle funzionalità tramite un’interfaccia grafica, agevolando l’attività degli addetti alla manutenzione. Oltre alla gestione automatica locale degli impianti e alla loro supervisione, il sistema comprende le reti di trasmissione dati da e verso le apparecchiature installate e la predisposizione per la trasmissione verso il Centro di Controllo remoto. La gestione interagisce con gli impianti precedentemente citati.

L’impianto di areazione in caso di incendio

Il sistema di ventilazione previsto dal progetto è di tipo longitudinale con acceleratori. Le funzioni principali del sistema di ventilazione in condizioni normali di funzionamento sono: • mantenere la concentrazione delle sostanze inquinanti a livelli tali da non mettere in pericolo la salute degli utenti; • garantire un livello sufficiente di visibilità, limitando la concentrazione delle particelle sospese (comfort di guida, sicurezza attiva). In accordo con gli standard attuali, le soglie corrispondenti sono fissate a: • concentrazione CO: 70 [ppm]; • concentrazione NO x: 10 [ppm]; • opacità: 5,0 [km-1] (coefficiente assorbimento). Il calcolo e verifica del sistema di ventilazione è stato eseguito in due fasi: 1. calcolo approssimato con formule convenzionali; 2. simulazione con software di calcolo

VentSim. Il modello è stato costruito con le seguenti caratteristiche: • geometria reale di lunghezza 1.000 m con pendenza variabile (1,2-2,6%); • sezione ad arco di superficie pari a 68,9 m2; • riduzione continua della sezione di 4 m2 per la presenza di mezzi; • fattore di frizione pari a k = 0,0030, equivalente a λ = 0,020; • carico diesel 0,66 kW/m; • tipo emissione Euro 2 (0,100 g/kW hr). I risultati con due acceleratori funzionanti con flusso verso portale inferiore sono rappresentati dalle seguenti immagini (Nox, velocità). Per quanto riguarda il caso di incendio, la stratificazione naturale dei fumi non deve essere perturbata nelle prime fasi di evacuazione dal sistema meccanico di spinta, lasciando che essi naturalmente si muovano occupando la parte alta della sezione della galleria. Ciò per permettere sia la fuga delle persone coinvolte che l’accesso alle squadre di soccorso. Tuttavia, già nelle prime fasi dell’incendio, il sistema può essere attivato per controllare la direzione di espulsione dei fumi in rapporto alla velocità e direzione dell’aria misurata in galleria. La ventilazione viene dimensionata in funzione della posizione dell’incendio, della direzione e velocità dell’aria in galleria e della fase di sviluppo dell’evento. Nel caso di traffico bidirezionale si prevedono veicoli fermi su entrambi i lati.

La condizione ottimale per la gestione dei fumi nella prima fase di sviluppo corrisponde alla velocità critica dell’aria compresa tra 0,5 e 1,5 m/s: nel dimensionamento si considera un valore medio di 1 m/s, tale da permettere una buona stratificazione dei fumi verso la parte alta della sezione della galleria.

18. I risultati VentSim

19. L’assegnazione della modalità di traffico in base alla situazione di ingorgo in caso di incidente 20. Il criterio dimensionante

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Durante la fase 2, la ventilazione meccanica deve assicurare una velocità dell’aria di 3,0 m/s (velocità di lavaggio maggiore della velocità critica nel caso peggiore di flusso 2-1). Eseguendo la verifica con il software VentSim, posizionando l’incendio di 30 MW (con sviluppo lineare in 600 s e durata di 3.600 s) nel terzo superiore (comunque oltre i 750 m) e attivando tre ventilatori in senso contrario all’effetto camino, si sono ottenuti i risultati riportati in Figura 21; la stessa indica chiaramente il flusso verso il basso (Est-Ovest), la velocità di 1 m/s è evidenziata dal colore verde.

In caso di incendio, all’interno della galleria (escluse le zone prossime ai portali per una lunghezza di circa 300 m) gli acceleratori vengono attivati per mantenere una velocità del flusso pari a circa 1 m/s nella direzione attuale del vento. Infine, in caso d’incendio in prossimità di un portale (nei primi 300 m), i fumi vengono espulsi dal portale stesso a una velocità di circa 1 m/s, attivando i due/tre acceleratori del lato opposto (i più distanti dall’incendio). È prevista la realizzazione di una via di fuga a circa metà galleria (630-370); tale costruzione prevede un vano scala per il collegamento con l’esterno ed una zona filtro, cioè un locale delimitato da due pareti equipaggiate di porte tagliafuoco, per l’accesso in galleria. Scopo dell’impianto è quello di mantenere una sovrappressione sufficiente ad impedire l’ingresso dei fumi nelle vie di fuga in caso di incendio in galleria ed assicurare il necessario ricambio d’aria per le persone presenti. La pressurizzazione della via di fuga viene realizzata mediante un ventilatore in grado di aspirare aria fresca dall’esterno (all’estremità della via di fuga) e immetterla, tramite una tubazione rigida, all’interno della zona filtro ed in prossimità della zona filtro (lama d’aria). Il vano scala e filtro si troveranno quindi sempre in sovrappressione rispetto alla galleria. Il filtro sarà inoltre dotato di un camino, direttamente collegato all’esterno, in grado di smaltire l’eventuale fumo entrato nel filtro in mancanza di ventilazione forzata (ventilatore non funzionante). Il dimensionamento è stato eseguito con un modello semplificato VentSim e verificato nel sistema complesso FDS. Il sistema è composto da un ventilatore monoblocco centrifugo che tramite un condotto di aspirazione preleva l’aria dall’esterno. Una tubazione metallica singola di altezza (600x600 mm) poi doppia (300x600 mm) trasporta l’aria in un plenum inferiore posizionato sopra uscita di emergenza. Dal plenum si apre una lama d’aria (1.600x10 mm) in prossimità della porta e il canale di innesto nel filtro (800x600 mm). Un camino di espulsione con diametro 300 mm ubicato nel diaframma mette in comunicazione il filtro con l’esterno attraverso una serranda per default chiusa; in caso di mancanza di tensione la serranda si apre e permette al camino di smaltire eventuale fumo presente nel filtro (sicurezza aggiuntiva). La galleria in oggetto viene modellata nel suo complesso, ossia senza alcun tipo di parzializzazione o di semplificazione in tal senso.

Il modello, oltre a tutta la zona filtro, viene completato con i due rami di galleria lato Ovest di 630 m e lato Est di 270 m con sezione rettangolare equivalente. Gli elementi inseriti sono: • otto jet-fan; • due file di veicoli fermi (area di altezza 3x2 m); • aperture ai portali; • superficie di incendio. L’incendio viene rappresentato da una superficie piana delle dimensioni e ubicazione mostrate in Figura 24.

21. I risultati VentSim

23. Il modello costruito in FDS

22A, 22B e 22C. La configurazione del filtro (rappresentazione 3D)

24. La zona filtro

La simulazione termofluidodinamica ha quindi lo scopo di verificare che per lo scenario più gravoso di progetto, ritenuto dimensionante per la zona filtro, sia soddisfatta la condizione precedentemente detta, ossia che in nessun istante possa entrare fumo nel compartimento contiguo essendo un percorso di sfollamento. n

25. Il diagramma della velocità in vari istanti e le configurazioni VIABILITÀ

(1) Ingegnere, Libero Professionista e Responsabile Progetto galleria e Strutture (2) P.E., Libero Professionista e Responsabile Progetto elettrico (3) Ingegnere, Libero Professionista e Responsabile Progetto Aerazione emergenza

DATI TECNICI

Stazione Appaltante: Provincia Autonoma di Bolzano, Ripartizione 10 Infrastrutture Contraente Generale e Project Manager: Ing. Adriano Fragiacomo (progetto stradale sicurezza) Progetto preliminare: Ing. Adriano Fragiacomo (progetto stradale sicurezza), Ing. Marco Puccinelli (progetto galleria e strutture) e P.E. Piero Scantamburlo (progetto elettrico) Progetto definitivo ed esecutivo: KE Engineering con Ing. Nicola Avagnina (Esperto geotecnico), Ing. Daniele Battaglia (Geologo), Ing. Adriano Fragiacomo (progetto stradale sicurezza), Prof. Sebastianio Pelizza (Capogruppo), Ing. Marco Puccinelli (progetto galleria e Strutture), P.E. Piero Scantamburlo (progetto elettrico), Ing. Ivo Zancarli (progetto aerazione emergenza) RUP: Ing. Valentino Pagani e Ing. Giuseppe Palumbo PSC: Ing. Adriano Fragiacomo (progetto stradale sicurezza) Importo dei lavori: 44.299.988,08 Euro Durata dei lavori: 1.387 giorni

I programmI dI calcolo pIù dIffusI e la professIonalItà dI un team unIco a servIzIo dell’IngegnerIa strutturale

sap2000 safe vIs

strumento Integrato dI modellazIone, analIsI e verIfIca dI pontI In accordo

alle NTC2018 e alle prIncIpalI normatIve

InternazIonalI

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