Introduzione
Le migliori prestazioni delle pavimentazioni in calcestruzzo in presenza di incendi in galleria si aggiungono a quelle tradizionalmente già riconosciute a questo tipo di pavimentazione, legate alla elevata durata di vita - so- prattutto in presenza di elevato traffico pesante - e alla ridotta esigenza di manutenzione. Tutto ciò apre nuove opportunità ad una soluzione tecno- logica ricca di pregi ad oggi ancora scarsamente utilizzata in Italia.
Il quadro di riferimento normativo nazionale e internazionale
Tradizionalmente, la normativa nazionale e internazionale di riferimento per i Progettisti non dedica particolare attenzione all’argomento della pro- gettazione delle pavimentazioni in galleria.
La normativa francese [1] affronta specificatamente il tema delle pa- vimentazioni in galleria, limitandosi però a vietare l’adozione di un ri- vestimento in conglomerato drenante all’interno del tunnel a più di 50 m dalle estremità. La stessa Norma manifesta una particolare atten- zione al progetto dei sistemi di deflusso e di intercettazione delle ac- que di piattaforma in galleria in caso di sversamento di liquidi infiam- mabili imponendo, in presenza di merci pericolose, un impianto di dre- naggio con canaletta continua e sifoni, nonché alle caratteristiche di resistenza al fuoco delle strutture, senza però fare specifico riferimento
- a quest’ultimo proposito - alla pavimentazione del piano viabile.
La recente Direttiva 2004/54/CE [2] - e il relativo D.L.vo 05.10.2006 di recepimento nel nostro Paese [3] - non tratta specificatamente l’ar- gomento, sebbene la tipologia di pavimentazione adottata abbia un ef- fetto sulla quantificazione del rischio prevista dalla stessa Direttiva, come esemplificato più avanti. Può risultare comunque utile notare che la Direttiva introduce (all’art. 5) l’obbligatorietà di una attività di analisi “post accident” da parte del Gestore della galleria a seguito di ogni evento di rilievo che possa incidere sulla sicurezza, con l’obbligo di trasferirne i risultati al Responsabile della sicurezza che ne desume le relative valutazioni, portando tale esperienza in sede di pianifica- zione degli interventi per la sicurezza.
E’ proprio a seguito delle indagini “post accident” relative ai disastri av- venuti in galleria nel 1999 che il Governo austriaco ha individuato una se- rie di misure volte ad assicurare un adeguato livello di sicurezza: in par- ticolare, nel Decreto “Projectierrungsrichtlinien Rvs 9.234” [4] (del Set- tembre 2001), è presente la prescrizione di adottare pavimentazioni in calcestruzzo nelle gallerie di nuova costruzione sulle strade di tipo T1 (ol- tre quattro milioni di veicoli/anno, durata vent’anni, classi di carico, li, I).
La Commissione di Esperti istituita dalla Comunità Europea per la valutazione dei gravi incidenti accaduti negli ultimi anni ha conve- nuto sull’utilità di questo provvedimento, consigliando di adottare le prescrizioni del Decreto austriaco [5]. In linea con questo orien- tamento, infine, si sono poste diverse Amministrazioni Pubbliche europee: il Ministero dei Trasporti e l’Amministrazione delle Stra- de della Slovacchia richiedono l’adozione di pavimentazioni in cal- cestruzzo nelle nuove gallerie dall’anno 2001, mentre in Spagna tale soluzione è al presente generalmente raccomandata [6].
Lorenzo Domenichini*
Francesca La Torre*
Flavio Janeiro Caputo**
I gravi incidenti che, nel recente passato, han- no interessato le gallerie stradali - tra cui spic- cano in particolare quelli avvenuti nel 1999 nei tunnel del Monte Bianco e del Tauern - hanno promosso un’intensa attività di studio per il miglioramento della sicurezza in galleria.
Da questo punto di vista, le pavimentazioni in calcestruzzo hanno destato nei Tecnici e nei Gestori una rinnovata attenzione.
Dalle analisi svolte a seguito degli incidenti
occorsi è infatti emerso che la pavimentazione in conglo- merato bituminoso, data la sua natura combustibile, ha par- tecipato all’incendio contribuendo ad appesantire la gra- vità delle conseguenze prodotte da tali eventi.
Un’intensa attività di studio per il miglioramento della sicurezza in galleria
I MPIEGO DELLE PAVIMENTAZIONI IN CALCESTRUZZO
NELLE GALLERIE STRADALI
P avimentazioni
Pavimentazioni & Manti
Il tunnel Cointe (Belgio): la vista interna del tunnel [10]
P avimentazioni
La tecnologia delle pavimentazioni in calcestruzzo in galleria
Conformemente a quanto previsto nei tratti stradali all’aperto, le più recenti realizzazioni di pavimentazioni in calcestruzzo in galleria - co- me risulta dagli esempi descritti nel paragrafo successivo - fanno ri- ferimento principalmente alle due soluzioni tecnologiche di pavimen- tazione non armate con giunti e di pavimentazioni ad armatura conti- nua previste, tra l’altro, dal Catalogo delle pavimentazioni stradali del CNR [7].
Le pavimentazioni rigide non armate sono caratterizzate dalla presenza di una lastra di calcestruzzo di un dato spessore poggiante su una strut- tura di fondazione generalmente costituita da uno o più strati in mate- riali legati con cemento, bitume o non legati. Elemento caratteristico di questo tipo di costruzione sono i giunti, la cui distanza definisce le di- mensioni delle lastre e in cui si impiegano barre di compartecipazio- ne in acciaio, generalmente di lunghezza 50 cm, poste a intervalli di 30 cm a metà dello spessore della lastra, e di diametro variabile nel- l’intervallo 16÷30 mm in relazione al tipo di strada e allo spessore del- la lastra. Quest’ultima assume tipicamente spessore compreso tra 16 e 27 cm prevalentemente in relazione all’entità del traffico e al tipo di struttura sottostante. Un esempio di dimensionamento previsto dal Ca- talogo del CNR è riportato in Figura 1 - relativa alle autostrade ex- traurbane - e da cui si può notare come, a parità di caratteristiche por-
tanti degli strati inferiori, sia richiesta una lastra di 24 cm di spessore per sopportare un traffico di 1 · 107veicoli pesanti. Sullo stesso tipo di strada, l’incremento dello spessore della lastra di 3 cm (tot. 27 cm), corrispondente ad un incremento di circa il 13%, consente di soppor- tare un traffico di 4,5 volte superiore.
Le pavimentazioni in calcestruzzo ad armatura continua sono dotate di una armatura principale longitudinale e una secondaria trasversa- le, che assolvono al compito di controllare l’apertura delle fessure di origine igrotermica controllandone l’interdistanza. Un esempio di di- mensionamento, tratto anche questo dal Catalogo delle pavimenta- zioni del CNR, è riportato in Figura 2.
Lo spessore delle lastre in calcestruzzo è lo stesso di quello previsto per le pavimentazioni non armate nel caso delle autostrade extraur- bane ed urbane, delle strade extraurbane principali o secondarie a for- te traffico e delle strade urbane di scorrimento.
Per queste categorie di strade è fissata una percentuale della sezione dell’acciaio (tipo Fe B 44k) rispetto alla sezione del calcestruzzo pari allo 0,67%. Per le altre categorie di strade, invece, è indicata una per- centuale della sezione dell’acciaio (tipo Fe B 38k) rispetto alla sezio- ne del calcestruzzo variabile tra 0,52% e 0,56%, e con uno spessore del calcestruzzo che può essere coincidente o inferiore a quello delle pavimentazioni non armate corrispondenti per non oltre 2 cm, a se- conda dei differenti casi applicativi.
Figura 1 - Il Catalogo italiano delle pavimentazioni (CNR 178/95 ) - Scheda 1RG
Figura 2 - Il Catalogo italiano delle pavimentazioni (CNR 178/95 ) - Scheda 1RC
Studi precedenti [8,9] hanno inoltre evidenziato come, in estrema sintesi, le pavimentazioni rigide con armatura continua offrano un minor degrado nel tempo che comporta, in generale, un minor costo di manutenzione e un maggior confort di guida agli utenti al prezzo però di un maggior costo di primo impianto e, particolarmente nel caso di realizzazioni in sotterra- neo, di possibili maggiori difficoltà operative in fase costruttiva.
Alcune applicazioni
L’analisi delle più recenti realizzazioni di pavimentazioni in calcestruzzo in galleria consente di sviluppare una serie di interessanti considerazioni.
Un’opera di sicuro rilievo recentemente realizzata è il collegamento autostradale E25/E40 presso la città di Liegi (Belgio), inaugurato nel 2000 [10]. Questo collegamento è lungo 5 km ed è interessato da un traffico medio giornaliero di oltre sessantasettemila veicoli (10% VP), servendo sia il traffico di attraversamento della città sia parte del traf- fico urbano. Su questa strada si trovano tre gallerie: Cointe (1.600 m), Kinkempois (750 m) e Grosses Battes (400 m), che totalizzano oltre il 50% dello sviluppo complessivo.
La soluzione di pavimentazione scelta per questa opera è di tipo in calce- struzzo ad armatura continua per garantire durabilità e sicurezza nel ri- spetto di una tradizione trentennale di quel Paese, scelta che ha però ri- chiesto di rivedere tanto il processo di realizzazione che la composizione del conglomerato per superare i condizionamenti legati al lavoro in galle- ria. Particolare attenzione è stata rivolta alla scelta degli aggregati al fine di limitare l’impatto acustico e di garantire la costanza delle caratteristi- che superficiali lungo l’intera vita dell’opera. I benefici attesi da questa scelta progettuale riguardano gli aspetti prestazionali ed economici già ci- tati, oltre a quelli di sicurezza di cui si tratta nel seguito, cui si aggiunge il beneficio della possibilità di impiego di materiali ampiamente disponibili nell’area di intervento (in particolare aggregati, sabbia e cemento).
I tunnel in esame sono del tipo a doppio fornice, con due corsie per sen- so di marcia, una banchina in destra di 1 m e con localizzate piazzole per le soste di emergenza (2,5 x 50 m).
La struttura di progetto prevede (dal basso) un solaio strutturale in c.a. di spessore 25 cm, dotato di giunti di espansione ogni 10 m, ricoperto da una membrana impermeabile, su cui poggia uno strato di 4 cm di con- glomerato bituminoso e, a finire, una lastra in calcestruzzo ad armatura continua. Quest’ultima ha uno spessore di 18 cm, ridotto rispetto ai 23 cm realizzati nei tratti all’aperto grazie alla rigidità del solaio strutturale di sup- porto e alla ridotta incidenza delle sollecitazioni termiche, tenuto conto dei valori dei gradienti termici che risultano particolarmente bassi in galleria in conseguenza del fatto che la pavimentazione non è esposta agli effet- ti diretti degli agenti atmosferici. L’armatura continua è costituita da ferri longitudinali del diametro di 16 mm ogni 14 cm, da cui deriva un rappor- to dell’area del ferro su quella di conglomerato pari a 0,75%, e ferri tra- sversali del diametro di 12 mm posti diagonalmente ogni 70 cm.
L’ancoraggio tra le lastre che costituiscono ciascuna delle due corsie, ste- se in momenti successivi, è stato realizzato con ferri ad aderenza miglio- rata del diametro di 14 mm ogni 80 cm. Le piazzole di emergenza sono state stese preliminarmente. In ultima fase è stata eseguita la stesa delle fasce laterali (di margine) di 30 cm in calcestruzzo non armato, e la sigil- latura dei giunti longitudinali.
Prima di avviare la fase esecutiva sono stati necessari diversi incontri tec- nici e la realizzazione di un campo prove a scala reale per definire l’insie- me delle procedure operative.
La realizzazione è stata organizzata in fasi di lavoro che hanno previsto la preliminare stesa della membrana impermeabile e dello strato sovrastante
“a piena sezione” per poi procedere alla stesa della pavimentazione di una delle due corsie, seguita - dopo sette giorni - dalla stesa dell’altra corsia.
Per la stesa è stata utilizzata una macchina a casseforme scorrevoli.
I vincoli geometrici imposti dalla galleria hanno richiesto di modificare l’or- ganizzazione del cantiere al fine di garantire un rifornimento continuo di conglomerato tramite betoniere; il sistema di approvvigionamento del cal- cestruzzo è stato dimensionato in modo tale da consentire la stesa senza sosta a velocità di 0,75 m/min. tenendo conto delle difficoltà di accesso all’area e di manovra dei mezzi. La finitura superficiale della pavimenta- zione è stata effettuata con la procedura del “denudage”.
Una serie di esperienze differenti viene invece dalla Slovacchia. In questa Nazione l’uso del calcestruzzo nella pavimentazione delle gallerie era sta- to progressivamente abbandonato dagli anni ottanta in favore del conglo- merato bituminoso per tornare in auge a seguito dei recenti gravi eventi incidentali occorsi in galleria. Da allora sono state realizzate - e aperte al traffico - tre nuove gallerie dotate di pavimentazione in calcestruzzo (per circa 7 km totali) che hanno portato un interessante bagaglio di esperienza utile nel processo di ampliamento della rete stradale nazionale in pro- gramma, che prevede di costruire diciassette nuovi tunnel per uno svi- luppo totale di 38 km nell’arco di dieci anni [11]. Tutti questi nuovi tunnel saranno realizzati con pavimentazioni in calcestruzzo.
Tra le opere già in esercizio emerge il tunnel Branisko che, con i suoi 4.822 m, è la più lunga pavimentazione stradale in calcestruzzo realizzata in gal- leria nel territorio delle Repubbliche Ceca e Slovacca. Un approccio di si- curo interesse adottato nella progettazione di dette strutture riguarda la valutazione dei gradienti termici nelle lastre di calcestruzzo e delle relati- ve tensioni indotte [12].
A tale scopo si è giunti a definire uno standard che prevede diversi crite- ri di dimensionamento in relazione alla lunghezza del tunnel. In particola- re sono state distinte:
u gallerie corte di lunghezza inferiore a 300 m: le pavimentazioni in que- ste gallerie sono dimensionate con gli stessi criteri delle pavimenta- zioni all’aperto, tenendo conto dei gradienti di temperatura tipici di que- ste condizioni;
u gallerie medie di lunghezza compresa tra 300 e 3.000 m: sono previ- ste tre zone, di cui le due in prossimità degli imbocchi hanno la pavi- mentazione dimensionata secondo i criteri adottati all’aperto, mentre la zona centrale ha una struttura dimensionata considerando un gra- diente termico nel conglomerato cementizio dimezzato rispetto al pri- mo caso;
u gallerie lunghe di lunghezza superiore a 3.000 m: è prevista, oltre alle tre zone di cui sopra, una zona centrale in cui si ritiene assente il gra- diente termico.
Da questi criteri e dalle differenti caratteristiche costruttive delle singole gallerie segue l’adozione di differenti strutture nelle tre opere in esame, tutte realizzate secondo la tecnologia delle lastre non armate poggianti su strati di fondazione di varie caratteristiche.
Il tunnel Branisko (4.822 m) si trova sull’Autostrada D1 nel Nord-Est del- la Slovacchia, è a singolo fornice con doppio senso di marcia, ha una lun- ghezza di piattaforma di 9,5 m (all’altezza del marciapiede) e una carreg- giata larga 7 m. La pavimentazione è costituita (Figura 3) da due strati in misto granulare di differente composizione granulometrica, per totali 18 cm, uno strato di misto cementato (18 cm) e una lastra in calcestruzzo di 24 cm di spessore, stesa con una macchina a casseforme scorrevoli, in doppio strato (16 + 8 cm).
Le lastre variano di dimensione tra gli imbocchi e l’interno, passando pro- gressivamente da 3,55 x 5,00 m (lunghezza x larghezza) agli imbocchi, a 3,75 x 5,00 m e 7,10 x 5,50 m nelle zone di transizione, fino a 7,50 x 7,10 m nella zona centrale [12]. I giunti trasversali, prima pensati ogni 15 m, sono stati poi tagliati ogni 7,5 m.
La costruzione ha incontrato difficoltà legate ai vincoli geometrici imposti
P avimentazioni
P avimentazioni
dalla galleria e alla necessità di alimentare la finitrice con betoniere da un solo lato, costringendo i mezzi a lunghe percorrenze in retromarcia, oltre- tutto in assenza di impianto di ventilazione.
Diverso caso è quello del tunnel Sitina, a doppio fornice, di lunghezza 1.415 m (dir. Est) e 1.440 m (dir. Ovest), con larghezza di 9,5 m (all’altez- za del marciapiede) e carreggiata in calcestruzzo larga 7,13 m. Questa galleria si trova i corrispondenza di Bratislava ed è caratterizzata da una modesta copertura (al massimo 30 m).
Lo scavo di questo tunnel è stato fortemente influenzato dalla natura sca- dente delle rocce attraversate e dai forti vincoli ambientali imposti dall’a- rea urbana.
Il progetto originale prevedeva una pavimentazione con armatura conti- nua: tale scelta è stata modificata in favore di una struttura non armata con giunti per esigenze economiche e di tempo, anche alla luce delle dif- ficoltà operative emerse. La struttura realizzata è costituita (dal basso) da uno strato di misto granulare non legato di 27 cm, uno strato di collega- mento in conglomerato bituminoso (5 cm) e da un doppio strato di calce- struzzo di 25 cm (17 + 8). Nella pavimentazione in calcestruzzo sono rea- lizzati giunti di contrazione trasversali ogni 5 m, dotati di barre di com- partecipazione inserite per vibrazione, e un giunto longitudinale a metà carreggiata dotato di ferri di legatura.
La più corta delle tre gallerie realizzate è il tunnel Horelica, lungo 616 m, a singolo fornice bidirezionale con due corsie di marcia, aperto al traffico nel 2004.
La struttura adottata in questo caso è costituita da una pavimentazione con fondazione in misto granulare non legato su cui poggia una base in misto cementato drenante (vuoti > 15%), su cui è stata stesa una pavi- mentazione in calcestruzzo in doppio strato di spessore 26 cm (19 + 7).
Il contributo alla sicurezza dei tunnel stradali
Le favorevoli prestazioni in termini di sicurezza delle pavimentazioni in cal- cestruzzo nelle gallerie stradali si esprimono sia in termini di prevenzione sia di mitigazione degli effetti degli eventi incidentali.
Dal punto di vista della prevenzione gioca un ruolo sicuramente significa- tivo il colore chiaro della superficie a cui è associata una maggiore lumi- nanza, indipendentemente dalla natura degli inerti impiegati nel confe- zionamento del conglomerato, grazie anche all’impiego delle nuove tec- nologie che fanno uso di ossido di titanio [13,14,15]. La migliore luminanza della superficie del piano viabile migliora le condizioni complessive di vi- sibilità in galleria, con evidenti benefici per la sicurezza della circolazione.
Le ridotte esigenze di manutenzione che caratterizzano le pavimentazio- ni in calcestruzzo [8,9] si traducono anch’esse in un potenziale incremento della sicurezza, limitando la presenza di cantieri in galleria che, con le re- lative deviazioni del traffico, costituiscono un elemento certo di criticità.
Dal punto di vista della mitigazione del rischio occorre annoverare l’otti- mo comportamento al fuoco del calcestruzzo. Questo tema è stato inda-
gato in un’attività sperimentale recentemente svolta in Francia, i cui pri- mi risultati sono esposti nello studio [16]. Da questo emergono alcuni ele- menti quantitativi sul processo di combustione dei materiali in conglome- rato bituminoso che può essere innescato - come i recenti gravi eventi del Monte Bianco e del Tauern hanno dimostrato - da scenari incidentali che comportano lo sviluppo di incendi.
E’ emerso, nel citato studio, che il conglomerato bituminoso inizia a emet- tere sostanze gassose tossiche dopo 5’ di esposizione a temperature di 428 ÷ 530°C per poi, dopo 8’, incendiarsi. La combustione risulta forte- mente esotermica, con emissione di fumo, di particelle solide e fiamme persistenti fino al completamento del processo che lascia, al suo termine, un materiale sciolto e inconsistente. L’eventuale innesco del fenomeno di combustione della pavimentazione in conglomerato bituminoso durante un incendio in galleria produce perciò un netto aggravio dello scenario in corso (raggiungimento di maggiori temperature e minore visibilità), con conseguenti situazioni più critiche sia per gli utenti in fuga, sia per i ser- vizi di soccorso, il cui intervento risulta rallentato dalla decomposizione del piano stradale.
Da questo punto di vista il beneficio offerto dalle pavimentazioni in calce- struzzo risulta netto: in caso di incendio la pavimentazione risulta inerte rispetto alla combustione, quindi non comporta generazione di calore e di fumo aggiuntivo rispetto a quello dell’incendio in corso, esalazione di so- stanze nocive, e produzione di polveri. Particolarmente importante risulta infine la capacità delle pavimentazioni in calcestruzzo di mantenere le lo- ro caratteristiche di portanza e di percorribilità in caso di incendio.
Una valutazione quantitativa dei benefici offerti da una pavimentazione in calcestruzzo può essere effettuata attraverso un’analisi di rischio ai sensi del recente D.L.vo 05.10.2006 [17]. Sulla base dei dati sperimentali oggi disponibili è possibile impostare un’analisi quantitativa volta a fornire un ordine di grandezza della misura di mitigazione del rischio offerto dall’uti- lizzo di pavimentazione in calcestruzzo anziché in conglomerato bitumi- noso. Si è considerato come esempio il caso di una singola canna di una galleria a doppio fornice di lunghezza di circa 1.350 m, impegnata da un TGM di circa 17.800 veicoli, con 18% di veicoli pesanti, una presenza di mezzi trasportanti pericolose in rapporto pari a 2,4 · 10-3sul traffico tota- le e un tasso incidentale assunto pari a 5,17 · 10-7 incidenti/veic. Km.
Per quanto riguarda il comportamento al fuoco di una pavimentazio- ne in conglomerato bituminoso, è stato considerato il dato di potenza di calore sviluppato durante la combustione di 1.600 MJ/m2[6].
L’entità di superficie di pavimentazione coinvolta nella combustione dipende dalle caratteristiche dello scenario incidentale analizzato.
Sono state considerate due condizioni limite: la prima rappresentati- va di una situazione di maggior rischio, caratteristica di uno scenario con diffusione turbolenta dei fumi con conseguente avanzamento del fronte di fumo a piena sezione e temperatura costante sull’intera se- zione, cui si associa la massima sollecitazione termica della pavi- Figura 3 - Il tunnel Branisko (Slovacchia): la vista interna del tunnel e la struttura della pavimentazione [12]
mentazione, mentre la seconda rappresentativa di una situazione di minor rischio, caratteristica di uno scenario con diffusione stratificata dei fumi e minima sollecitazione termica per la pavimentazione.
La prima situazione è stata analizzata con riferimento al modello di diffusione dei fumi proposto da Persson [18] da cui deriva l’andamento delle temperature nel tunnel in funzione della progressiva e del tem- po, al fine di individuare la superficie di pavimentazione potenzialmente esposta a temperature superiori a 500°C (assunta quale soglia con- venzionale di infiammabilità del conglomerato bituminoso), e la dura- ta di tale esposizione. E’ possibile in tal modo definire l’ordine di gran- dezza della quantità di calore generato dalla pavimentazione ed il re- lativo contributo allo scenario di incendio in termini di incremento del- la potenza termica rilasciata nel corso dell’evento. Nell’analisi è stato considerato il caso di incendio di un mezzo pesante con carico com- bustibile, ritenuto capace di una potenza termica massima di 120 MW rilasciati secondo la legge temporale data dalla relazione di Bergqvist [18], rappresentata in Figura 4. Nella stessa figura è rappresentato l’andamento delle temperature nel tunnel alle diverse distanze dal pun- to dell’incendio, per diverse distanze temporali dall’evento incendio.
Come emerge dalle Figure 4A e 4B si raggiungono temperature superio- ri ai 500°C fino ad una distanza di 60 m dal punto dell’incendio (“upstream”, ossia in verso contrario al traffico), cui corrispondono circa 660 m2di pavimentazione potenzialmente incendiabile con conseguen- te incremento di potenza termica di circa 244 MW, considerando un’e- sposizione media della stessa (a detta temperatura) di 70’.
Gli scenari derivanti da questo approccio sono estremamente gravosi e possono essere considerati rappresentativi della possibile situazione di massimo rischio.
Viceversa, la condizione di minimo rischio è rappresentata da condizioni di incendio con stratificazione dei fumi e temperatura al piano viabile che non raggiunge la soglia critica se non in corrispondenza delle fiamme:
questa è stata rappresentata considerando un contributo di potenza ter- mica allo scenario di incendio corrispondente alla combustione di una quantità di superficie pari all’impronta del veicolo in fiamme o, nel caso di incendio di liquidi infiammabili sversati sulla carreggiata (pool fire), della superficie della pozza infiammata.
Da queste due ipotesi deriva un differente contributo della pavimenta- zione agli scenari di incendio e quindi una differente gravità degli stessi.
I risultati delle analisi svolte sono rappresentati in Figura 5, in cui sono ri- portate su diagramma bi-logaritmico le curve F-N di rischio (curve di di- stribuzione cumulata complementare) relative alle due ipotesi fatte (linea rosa e linea verde), caratterizzate dal numero di vittime atteso (in ascis- se) e dalla frequenza di eventi con un numero pari o superiore di fatalità (in ordinate).
Nella figura queste sono poste a confronto con la curva di rischio “base”
(linea blu) calcolata escludendo un contributo della pavimentazione agli scenari di incendio, e quindi ritenuta rappresentativa del rischio nella gal- leria dotata di pavimentazione in calcestruzzo. Nello stesso grafico è ri- portata anche la soglia di rischio tollerabile introdotta dal recente D. L.vo 05.10.2006 n° 264 (linea rossa).
Dall’analisi svolta risulta che la pavimentazione in calcestruzzo gioca un ruolo solo in alcuni degli scenari derivanti dagli eventi critici iniziatori che è possibile prendere in esame nell’analisi di rischio secondo le indica- zioni del D. L.vo n° 264 [3]. Le differenze tra la curva di rischio relativa all’ipotesi di pavimentazione in calcestruzzo (curva blu) e l’ipotesi di mi- nimo rischio per pavimentazione in c.b. (curva rosa) sono molto mode- ste e scarsamente rilevanti.
Confrontando invece le curve di rischio relative all’ipotesi di pavimenta- zione in calcestruzzo (curva blu) e l’ipotesi di massimo rischio per pavi- mentazione in c.b. (curva verde), risulta quanto segue:
u fenomeni esplosivi che producono svariate decine di vittime (v. VCE o BLEVE) sono insensibili al tipo di pavimentazione;
u in presenza di scenari di incendio particolarmente gravi (ad esem- pio ingenti sversamenti di benzina) di scarsa frequenza e ugual- mente critici in termini di vittime (svariate decine), il ruolo benefi- co della pavimentazione in calcestruzzo risulta rilevabile in modo quantitativo ma scarsamente apprezzabile in termini di riduzione percentuale del danno, perché questi si manifestano con tempi di sviluppo molto rapidi;
u gli eventi che si manifestano con effetti molto rapidi e gravità in- termedia (qualche decina di vittime), quali ad esempio i fenomeni di Flash fire e Jet fire, risultano scarsamente influenzati dal tipo di pavimentazione;
P avimentazioni
Figure 4A e 4B - La curva di rilascio termico per scenario di incendio di VP (Bergqvist) e le curve delle temperature nel tunnel
Figura 5 - Il confronto tra curve di rischio sociale stimate per differenti scenari di incendio
P avimentazioni
u eventi che provocano poche o nessuna vittima, derivanti da condizio- ni di incendio più modeste (incendio di automobile, di mezzo pesante sprovvisto di carico combustibile o modesti sversamenti di liquidi in- fiammabili), non subiscono un aggravio critico del rischio dall’impiego della pavimentazione in conglomerato bituminoso, poiché la sua even- tuale combustione rimane circoscritta ad una superficie modesta;
u il ruolo della pavimentazione in calcestruzzo risulta invece determi- nante con riferimento agli scenari di incendio di media/alta potenza e di sviluppo non eccezionalmente rapido. In questi casi la presenza di una pavimentazione non combustibile (cls) consente di non avere, nel caso specifico analizzato, vittime che invece risultano numerose (fino anche a undici vittime) in presenza di pavimentazione in conglome- rato bituminoso (differenza della curva di ipotesi di massimo rischio - verde - rispetto alla curva di rischio base - blu). Questi scenari ri- guardano l’incendio di mezzi pesanti trasportanti carichi combustibi- li (legna, carta, grassi e oli, materie plastiche, ecc.). Il beneficio deri- vante dalla presenza di una pavimentazione in calcestruzzo può va- riare in relazione alle condizioni fluidodinamiche di diffusione dei fu- mi e alle condizioni di funzionamento degli impianti di emergenza che si possono venire a creare durante lo scenario di incendio. L’area del grafico che rappresenta il campo di variabilità del beneficio è stata evidenziata in Figura con una campitura. Nel caso specifico in esame quest’area si genera a causa della circostanza che l’evento d’incen- dio di un mezzo pesante con carico combustibile - che non risultava fatale nell’ipotesi di pavimentazione in calcestruzzo - viene a genera- re vittime nell’ipotesi di massimo rischio, innalzando quindi la curva F-N. Questa zona di variabilità si può ampliare a fronte di un incre- mento di traffico o dell’incidentalità (freccia verticale) o in presenza di dotazioni di sicurezza inferiori (freccia orizzontale) rispetto a quelle prese in considerazione per la galleria in esame (l’assenza di vie di fu- ga o la loro maggior interdistanza, assunta nell’esempio pari a 300 m), fino anche ad eccedere rispetto alla soglia di ammissibilità indi- cata dalla Norma.
L’utilità di adottare una pavimentazione in calcestruzzo in galleria è quin- di evidente, ma la misura del beneficio nella riduzione del rischio è da va-
lutare caso per caso in relazione alle specifiche caratteristiche del tun- nel e al tipo e all’entità di rischio cui questo è soggetto.
La scelta razionale di adottare un pavimentazione in calcestruzzo al fine di modificare il profilo di rischio di una galleria dovrebbe quindi essere valutata al pari dei differenti interventi possibili, nell’ambito di una orga- nica attività di stima del rischio.
E’ chiaro che, per controllare l’influenza di questo elemento nelle analisi quantitative di rischio, risulta auspicabile approfondire le conoscenze spe- rimentali a riguardo del comportamento termico del conglomerato bitu- minoso, così da poter migliorare la modellizzazione del suo comporta- mento durante lo sviluppo degli scenari derivanti dagli eventi critici.
Conclusioni
Sull’impiego in galleria delle pavimentazioni in calcestruzzo si è rivolto un rinnovato interesse a seguito dei disastrosi eventi incidentali che han- no colpito alcune delle principali gallerie europee negli ultimi anni (Mon- te Bianco, San Gottardo, Tauern).
Dall’analisi di questi eventi è emerso che la pavimentazione in conglo- merato bituminoso è stata danneggiata, partecipando all’incendio e libe- rando notevoli quantità di energia che hanno aggravato scenari già for- temente critici, come dimostrabile anche mediante le analisi quantitati- ve di rischio previste dal D. L.vo 05.10.2006 n° 264.
Di contro le pavimentazioni in calcestruzzo hanno un ottimo comporta- mento in presenza di incendio, non bruciando, non producendo gas tos- sici o polveri e mantenendo l’integrità strutturale.
Questa nuova attenzione ha offerto l’occasione per indagare ulteriori pre- gi offerti da questa tecnologia nelle gallerie stradali sia sul versante del- la sicurezza sia su quello funzionale, economico e ambientale, da cui de- riva il profilo di una soluzione tecnologica che ha grandi margini di svi- luppo ancora inespressi, specie con riferimento all’impiego nelle gallerie
stradali. n
* Professore del Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Firenze
** Ingegnere e Libero Professionista dello Studio CSIA
[1]. Ministero Francese delle Dotazioni infrastrutturali, dei Trasporti e dell’Edilizia pubbli- ca, di concerto con il Ministero dell’Interno - Allegato alla Circolare interministeriale n° 2000-63 del 25 Agosto 2000 relativa alla sicurezza nelle gallerie della rete stra- dale nazionale - Allegato n° 2 “Dispositivo tecnico relativo alle misure di sicurezza nelle gallerie stradali di nuova costruzione (progettazione ed esercizio)” - da AIPCR, Traduzione in lingua italiana delle Norme Francesi, Tedesche ed Austriache per la Si- curezza nelle Gallerie Stradali, XXIV Convegno Nazionale Stradale.
[2]. Direttiva 2004/54/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 29 Aprile 2004 relativa ai requisiti minimi di sicurezza per le gallerie della Rete stradale transeuropea.
[3]. Decreto Legislativo 05.10.2006, n° 264 “Attuazione della Direttiva 2004/54/CE in mate- ria di sicurezza per le gallerie della rete stradale transeuropea”.
[4]. RVS, Richtlinien und Vorschriften für den Straßenbau der Forschungsgemeinschaft Straße und Verkehr (FSV).
[5]. M. Valente - Calcestruzzi per gallerie: sviluppo e tecnologia, In Concreto n° 46.
[6]. Migliorare la sicurezza antincendio in galleria: la soluzione delle pavimentazioni in cal- cestruzzo, CEMBUREAU/BIBM/ERMCO, Aprile 2004.
[7]. C.N.R., Catalogo delle pavimentazioni stradali, Bollettino Ufficiale Anno XXIX - n° 178, 15 Settembre 1995.
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