Prevenzione incendi in gallerie metropolitane

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PREVENZIONE INCENDI IN GALLERIE METROPOLITANE

L’EVOLUZIONE DEGLI STANDARD DI SICUREZZA NELLA PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI TRASPORTO PUBBLICO HA PORTATO NEGLI ANNI A UNA PROGRESSIVA RICHIESTA DA PARTE DELLE AUTORITÀ DI AFFRONTARE LE TEMATICHE RELATIVE ALLA PREVENZIONE INCENDI ATTRAVERSO IL COSIDDETTO “APPROCCIO PRESTAZIONALE”

L’approccio prestazionale ha come obiettivo principale quello di verificare la corretta progettazione dell’impianto di ventilazione durante l’emergenza incendio attraverso l’analisi della propagazione dei fumi con strumenti informatici avanzati, in particolare modelli fluidodinamici 1D e 3D. L’utilità maggiore di questa sofisticata analisi attraverso modelli analitici e numerici è quella di poter avere un feedback sulla risposta del sistema di ventilazione già dalle prime fasi di progettazione e di poter stabilire il dimensionamento delle macchine e le strategie di ventilazione ottimali, in base al layout della linea e ai dati geometrici principali della gallerie e delle stazioni. È facile immaginare come tale metodologia permetta di minimizzare modifiche progettuali sostanziali in fasi più avanzate del progetto. A livello normativo, l’approccio prestazionale prende importanza a partire dal D.M. 9 Maggio 2007 “Approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio”, di carattere trasversale rispetto a tutte le varie “attività soggette”. In ambito metropolitano, l’approccio ingegneristico agli aspetti antincendio, comunque da tempo in uso per la progettazione dei sistemi di gestione dei fumi, viene oggi anche ufficialmente richiesto dal D.M. 21 Ottobre 2015 “Approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per la progettazione, costruzione ed esercizio delle metropolitane”. Quest’ultimo, prendendo spunto da standard internazionali - in particolare dall’americana NFPA 130 -, richiede infatti espressamente l’analisi ingegneristica definendo i principali scenari di incendio da considerare per le stazioni e le gallerie e prescrive livelli di accettabilità dei parametri critici per la sopravvivenza che, qualora rispettati, rendono non necessaria qualsiasi altra valutazione del rischio. L’obiettivo di questo articolo è quello di illustrare le caratte-

1. La stazione Toledo della Linea 1 della metropolitana di Napoli, ubicata nel quartiere San Giuseppe

PREVENZIONE INCENDI

ristiche chiave della metodologia di cui sopra, con particolare riferimento agli ambienti di galleria e prendendo spunto in particolare dal progetto dell’estensione della Linea 1 di Napoli da Centro Direzionale a Capodichino, per la quale MM SpA svolge il ruolo di progettista delle OO.CC. e di tutti gli impianti. Tale progetto rappresenta uno dei più complessi nel suo genere in Italia, non solo in relazione agli aspetti architettonici e strutturali ma anche dal punto di vista della prevenzione incendi.

I CRITERI DI DIMENSIONAMENTO DELLA VENTILAZIONE NELLE GALLERIE

La principale criticità legata alle emergenze incendio nelle gallerie sotterranee è quella della gestione dei fumi. Per tale motivo, salvo casi molto particolari, in tutti i progetti di metropolitane è necessario prevedere per ogni tratta di linea un sistema di ventilazione di emergenza. In sintesi, l’obiettivo principale di tale sistema è quello di controllare lo sviluppo dei fumi, consentirne l’estrazione e creare un percorso il più possibile sgombro da fumi per l’esodo degli utenti. Il sistema di ventilazione di galleria può inoltre essere usato nel normale esercizio quale strumento per garantire il necessario ricambio d’aria al fine di rimuovere i carichi termici prodotti all’interno del sistema e di ridurre i livelli di polveri e agenti inquinanti al di sotto della soglia accettabile. Anche per questi ultimi scopi è in genere opportuno in fase progettuale sviluppare opportune simulazioni fluidodinamiche ad hoc, al fine di ottimizzare l’intervento degli impianti di ventilazione meccanica e sfruttare il più possibile - per ovvi motivi legati al risparmio energetico ed alla manutenzione - i fenomeni “naturali” che favoriscono il ricambio d’aria in galleria: principalmente, il cosiddetto “effetto pistone”, che è legato alla spinta dell’aria provocata dai treni in movimento in galleria e l’ “effetto camino”, che sfrutta i naturali moti dell’aria ingenerati dalle differenze di temperatura/quota fra gli ambienti sotterranei e il piano strada. Questi due fenomeni dipendono da numerosi fattori, quali la forma della galleria, l’andamento plano-altimetrico del tracciato (Figura 2) e le condizioni ambientali esterne e richiedono pertanto valutazioni che possono essere approfondite con studi fluidodinamici attraverso valutazioni termoigrometriche, di pressione e di concentrazione di agenti inquinanti allo scopo di appurare le condizioni o i periodi dell’anno che potrebbero comportare la necessità di intervento degli impianti meccanizzati e di ottimizzarne l’intervento tramite l’attivazione delle macchine in maniera da favorire i moti naturali. In genere, questo tipo di utilizzo degli impianti di ventilazione di galleria non risulta - per ovvi motivi - il più gravoso e, pertanto, i criteri di dimensionamento sono legati agli scenari di incendio. In particolare, il dimensionamento del sistema di ventilazione di emergenza di linea e la scelta delle strategie di utilizzo dello stesso, si focalizza principalmente su due scenari d’incendio: treno con incendio a bordo fermo in galleria e treno con incendio a bordo fermo in stazione. Tali scenari sono in genere studiati per tutte le tratte/sezioni tipologiche di linea e nelle sezioni “speciali” aste di manovra terminali, zone di ricovero rotabili, by-pass e cameroni di scambio. Lo scenario di treno incendiato in galleria è caratterizzato da una probabilità di accadimento inferiore rispetto al caso di treno incendiato in stazione poiché i sistemi di rilevazione e allarme incendio di bordo e di linea permettono di norma di identificare la presenza di un incendio nelle sue fasi iniziali, quando questo non ha ancora compromesso la mobilità del veicolo. Inoltre, le procedure di esercizio e/o gli automatismi dei sistemi di regolazione della circolazione privilegiano sempre l’arresto dei treni con emergenze a bordo in stazione, dove è decisamente più facile gestire l’evacuazione per ovvi motivi legati sia alla migliore capacità di deflusso delle vie d’esodo di stazione rispetto a quelle di galleria, sia alla presenza di apprestamenti per la movimentazione autonoma di passeggeri con disabilità motorie, sia alla maggior familiarità degli utenti con gli ambienti di stazione rispetto a quelli di galleria. Lo scenario di treno incendiato in galleria va comunque considerato poiché, a fronte di una minore probabilità di accadimento rispetto all’incendio di treno in stazione, esso è in genere più critico in termini di conseguenze possibili (magnitudo). In ogni scenario la strategia di ventilazione deve essere in grado di mantenere i parametri critici per la vita umana al di sotto delle soglie critiche. Tali parametri e soglie sono in genere definiti nelle regole tecniche nazionali e possono essere differenziati per il compartimento dove ha luogo l’incendio e per i percorsi di sfollamento. In ambito internazionale, in genere i riferimenti sono presi dall’ NFPA 130, mentre in ambito Italiano occorre riferirsi al D.M. 21 Ottobre 2015 che, da tale punto di vista, risulta sostanzialmente allineato alla Normativa americana e, quindi, all’avanguardia rispetto al panorama europeo e mondiale. In particolari i parametri da considerare sono visibilità, temperatura, irraggiamento e concentrazione dei gas di combustione (tipicamente monossido di carbonio e anidride carbonica).

2. Il profilo altimetrico e sezioni indicative Linea 1 con il prolungamento da CDN a Capodichino

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Le tipologie di schemi di ventilazione che consentono di raggiungere gli obiettivi appena descritti sono sostanzialmente tre: ventilazione longitudinale, ventilazione trasversale e ventilazione semi-trasversale. La ventilazione trasversale e semi-trasversale presuppongono la possibilità di estrarre i fumi sempre in prossimità dell’incendio e pertanto rappresenterebbero la scelta migliore in termini di sicurezza, permettendo di ottenere vie di esodo pulite in entrambe le direzioni. Tuttavia, tali schemi trovano scarsa applicabilità alle metropolitane, in relazione ai vincoli dati dall’ambiente sotterraneo in ambito fortemente urbanizzato: in pratica sarebbe necessario realizzare uno o più plenum o canali di ventilazione lungo tutta la galleria con una serie di asole serrandate che comunicano con la via di corsa e conoscere con precisione la posizione dell’incendio in linea. Per tali motivi, nelle gallerie metropolitane è praticamente uno standard l’utilizzo di uno schema di ventilazione longitudinale. In pratica l’estrazione dei fumi avviene posizionando opportunamente lungo linea delle “camere di ventilazione”, in grado di creare un flusso d’aria lungo l’asse della galleria diretto in una delle due direzioni rispetto al punto di incendio e convogliato poi verso l’ambiente esterno. Le “camere di ventilazione” sono dei “percorsi aeraulici” di collegamento (pozzi) fra la galleria e la superficie attrezzati con ventilatori, serrande e setti silenziatori che sono in grado di estrarre o immettere aria dalla galleria. In genere, per le dimensioni richieste dalle portate d’aria in gioco tali “percorsi” meccanizzati sono costituiti da veri e propri manufatti in c.a. dedicati o sono ricavati da opportune partizioni nei manufatti esistenti (per esempio stazioni). A livello di principio, il flusso d’aria longitudinale in galleria e l’estrazione dei fumi può essere realizzato ponendo una camera di ventilazione in estrazione; all’atto pratico, per ottimizzare gli importanti dimensionamenti dei ventilatori e di tutte le opere annesse, possono essere messe in estrazione più camere di ventilazione eventualmente coadiuvate da altre poste in immissione per “bilanciare” o favorire il circuito aeraulico. Per il dimensionamento delle camere di ventilazione di galleria viene in prima battuta creato un modello fluidodinamico monodimensionale (Figura 3) di tutta la linea comprensivo di gallerie, stazioni, camere di ventilazione, treni e di tutte le informazioni utili come il programma di esercizio, le condizioni ambientali e i parametri fisici dei materiali.

3. L’estratto del modello fluidodinamico monodimensionale Una volta impostato lo scenario di incendio di riferimento, ad esempio il caso di treno incendiato in galleria, tramite tale modello si verifica se le portate delle macchine e la strategia di ventilazione scelta siano in grado di indirizzare totalmente i fumi da un solo lato della galleria rispetto al punto di incendio, in modo da creare condizioni di vivibilità ottimali per l’esodo 4A e 4B, 4C e 4D. La rappresentazione schematica dei risultati delle simulazioni fluidodinamiche monodimensionali

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nella direzione opposta (Figure 4A e 4B, 4C e 4D). Il parametro chiave per la verifica del corretto dimensionamento è identificato dalla cosiddetta “velocità critica”. Tale parametro rappresenta la minima velocità dell’aria in direzione dell’incendio che previene il fenomeno del “backlayering” ossia del movimento dei fumi in direzione opposta al flusso d’aria stesso. Esso dipende prevalentemente dall’altezza e dalla sezione della galleria, dalla potenza dell’incendio e dall’inclinazione del tratto in questione. In alcuni casi particolari può anche essere presa in considerazione la velocità di confinamento, la minima velocità dell’aria che permette di confinare i fumi entro una certa distanza dal lato da cui proviene il flusso d’aria, pur ammettendo il “backlayering”. Per quanto riguarda l’esodo, vale la pena sottolineare che nelle linee metropolitane, la presenza di un centro operativo presidiato 24/7 e di un sistema di gestione dell’esodo agevola l’indirizzamento delle persone lungo il percorso di esodo sicuro. Ciononostante, dato che l’effettiva direzione di esodo può dipendere da molti fattori - ad esempio la posizione dell’incendio a bordo - non è escludibile a priori la possibilità di persone in fuga nella direzione in cui vengono convogliati i fumi. In tale evenienza la salvaguardia dei passeggeri viene gestita sia verificando i parametri di sopravvivenza a valle dell’incendio a seguito della diluizione dei fumi tramite il flusso d’aria fresca, sia progettando le linee con uscite di sicurezza in modo che la lunghezza massima del percorso di sfollamento sia sempre molto contenuta (non superiore a 450 m, tipicamente 200-300 m). Lo scenario di treno con incendio a bordo fermo in stazione e nei manufatti speciali è, nel principio, gestito con strategie di ventilazione simili a quanto appena esposto. Dal punto di vista dello studio dello scenario occorre tuttavia una valutazione più approfondita dato che in prossimità delle banchine di stazione si abbandona necessariamente la conformazione tipicamente 1D della linea, trattando gli spazi più o meno aperti delle banchine e degli ambienti di stazione. Per questo scenario si procede quindi tipicamente alla creazione di un modello tridimensionale (Figura 6) della stazione impostando le condizioni al contorno ricavate dal modello monodimensionale. In genere gli obiettivi specificatamente perseguiti nel modello implicano la verifica della capacità dei sistemi di ventilazione di linea e/o di stazione di mantenere i parametri critici per la vita umana in banchina

5A e 5B. La rappresentazione dei risultati derivanti da simulazioni fluidodinamiche tridimensionali al di sotto dei valori limite e di mantenere sostanzialmente sgomberi da fumi i collegamenti con i piani superiori (Figure 5A e 5B). Tale obiettivo è raggiunto ad esempio generando una depressione lungo la via di corsa del treno che richiama aria dai piani più alti della stazione e quindi attraverso le discenderie e generando una compartimentazione dinamica delle vie di esodo. L’effettuazione di simulazioni tridimensionali può inoltre essere utile/necessaria per l’analisi di alcuni punti singolari della linea quali cameroni scambi, by-pass e tronchini terminali dove, al pari delle stazioni, una schematizzazione 1D risulterebbe eccessivamente grossolana.

CONCLUSIONI

La necessità di gestione degli scenari di incendio in ambiente sotterraneo implica per i progetti di gallerie metropolitane la costruzione di manufatti o parti di manufatti, le cosiddette “camere di ventilazione”, dedicati all’estrazione dei fumi e attrezzati con uno o più ventilatori con annessi accessori (serrande, setti silenziatori, ecc…). Il dimensionamento di tali manufatti e degli apparati annessi (ventilatori, serrande, setti silenziatori, ecc…) è al giorno d’oggi condotto sulla base dell’approccio ingegneristico, ovvero tramite la verifica di determinati parametri correlati alla vivibilità degli ambienti durante le fasi di evacuazione. A tale scopo in fase di progettazione delle linee metropolitane è prassi consolidata - e in alcune realtà, come ad esempio l’Italia, richiesto dalle regole tecniche applicabili - la modellazione mono o tridimensionale degli ambienti di galleria e stazione e la simulazione degli scenari più critici di incendio tramite opportuni software. n (1) Ingegnere, Responsabile Impianti e Tecnologie Sistemi per la Mobilità di MM SpA (2) Ingegnere, Progettista Impianti Civili 6. Esempio di modello CAD tridimensionale e Meccanici di MM SpA