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Analisi di rischio delle gallerie stradali: un caso studio

Un esempio pratico di impiego del software ARTU, il tool per l’analisi di rischio delle gallerie stradali

Analisi di rischio delle gallerie stradali: un caso studio

Per la foto di sfondo, photo credit: freestockcenter / freepik

La sicurezza nelle gallerie della rete stradale transeuropea di lunghezza superiore a 500 m è disciplinata dalla Direttiva europea 2004/54/EC, recepita in Italia dal D.Lgs. 264/2006.

La Direttiva fissa i requisiti progettuali e, nel caso in cui uno o più requisiti di sicurezza non possano essere rispettati per ragioni di forza maggiore tecniche o economiche, richiede che l’efficacia delle soluzioni alternative sia verificata mediante un’analisi del rischio.

L’analisi di rischio è però anche, al di là delle prescrizioni comunitarie, uno strumento utile durante il progetto di una nuova galleria autostradale, perché permette di confrontare configurazioni diverse (ad esempio, tracciato, pendenze), e durante la fase di ammodernamento di infrastrutture esistenti, perché permette di valutare il rapporto costi/benefici degli interventi migliorativi.

analisi di rischio
1. L’analisi di rischio come strumento di progettazione del sistema galleria (photo credit: freestockcenter / Freepik)

Cantene (www.cantene.it) ha sviluppato un software in-house per lo sviluppo dell’analisi di rischio nelle gallerie stradali. Il software, denominato ARTU (Analisi di Rischio Tunnel), integra l’approccio probabilistico che permette di esplorare un gran numero di scenari possibili, con una serie di valutazioni di tipo deterministico che permettono di quantificare con precisione l’interazione tra gli utenti e i prodotti della combustione in modo da fornire la stima del danno, in termini di rischio sociale (decessi/anno), e la curva FN.

La curva FN è poi messa a confronto con i diagrammi ALARP del Paese di riferimento al fine di valutare se il rischio sia accettabile o meno.

Attraverso la metodologia probabilistica, ARTU permette di gestire gli aspetti aleatori: la posizione dell’incendio, il tipo di veicolo coinvolto, la quantità di persone all’interno del tunnel e le loro caratteristiche fisiche e comportamentali.

Analisi di rischio
2. Le caratteristiche del caso studio

La componente di tipo deterministico consente di descrivere:

  • l’andamento dei fumi nel tunnel, in relazione alla taglia e posizione dell’incendio e al sistema di ventilazione presente;
  • lo svolgimento dell’esodo, sulla base delle correlazioni di letteratura che descrivono il movimento delle persone in condizioni di scarsa visibilità.

ARTU è stato validato dal Dipartimento di Fire Engineering dell’Università di Lund (Svezia), che ha confrontato i risultati ottenuti dal software con risultati teorici (correlazioni di letteratura) e con risultati sperimentali rilevati attraverso test in campo.

Di seguito è proposto un caso studio relativo a una galleria con ventilazione longitudinale pura (Figura 2 sopra) in modo da evidenziare le potenzialità del software.

Di seguito è riportato il risultato principale: la curva FN sul diagramma ALARP relativo all’Italia (ANAS). La galleria in esame si trova nella zona ALARP, quella in cui il rischio è considerato accettabile se non può essere ulteriormente ridotto con un impegno ragionevole.

Nel caso specifico, sfruttando la rapidità di calcolo del tool, è stata svolta un’analisi di sensitività su alcuni parametri di interesse.

Analisi di rischio
3. La curva FN ottenuta dall’analisi

Sono stati analizzati tre casi aggiuntivi rispetto al caso base e, per confrontarli tra loro, è stato utilizzato il Valore Atteso del Danno (VAD), ovvero l’integrale della curva FN. Tanto maggiore è il VAD, tanto maggiore è il livello di rischio della galleria.

La Figura 4 mette a confronto il VAD per i tre casi analizzati rispetto al caso di riferimento.

Si osserva che la riduzione del numero di uscite di sicurezza e l’aumento della probabilità di traffico congestionato generano un aumento del rischio rispetto al caso base. Viceversa, l’aumento del numero di uscite di sicurezza riduce il rischio. Questa può essere quindi una misura da prendere in considerazione per migliorare le prestazioni della galleria.

Per lo scenario più sfavorevole, l’incendio di un mezzo pesante (100 MW) posto a metà del tunnel, è stata poi sviluppata un’analisi CFD mediante FDS+EVAC. Questo al fine di valutare più nel dettaglio gli effetti 3D della stratificazione.

Cantene
4. L’analisi di sensitività

I risultati ottenuti attraverso la simulazione CFD sono stati messi a confronto con quelli ottenuti con ARTU rispetto alla FED (Fractional Effective Dose) che fornisce una stima quantitativa dell’interazione tra gli utenti e i prodotti della combustione.

La FED può variare tra 0 e 1: FED = 0 nessuna interazione; FED = 1 metà della popolazione esposta è incapacitata a mettersi in salvo autonomamente.

La Figura 5 confronta i valori di FED massima raggiunta nei due casi: simulazione con FDS+EVAC e simulazione svolta con ARTU. Si osserva che il valore di FED calcolato da ARTU è maggiore, cioè la stima è più conservativa.

L’analisi svolta con FDS+EVAC per un solo scenario ha richiesto alcuni giorni di calcolo mentre ARTU ha analizzato oltre 700 scenari in un paio d’ore.

Oltre ai risultati presentati, ARTU può essere utilizzato per verificare il raggiungimento della velocità critica a monte incendio, in tutte le posizioni di innesco possibili e a fronte di diverse potenze di picco.

software
5. Il confronto con il software FDS+EVAC

ARTU consente di individuare vulnerabilità specifiche della galleria, ad esempio posizioni di innesco in cui lo stesso incendio provoca un danno maggiore che in altre posizioni.

ARTU è costantemente aggiornato e nuove funzioni di calcolo sono sviluppate per raffinare la stima del rischio e/o tenere conto di caratteristiche particolari di alcune gallerie. In particolare, sta per essere rilasciata la versione che consente di studiare gallerie con ventilazione trasversale.

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