Il software proprietario ARTU (Analisi di Rischio Tunnel), sviluppato da Cantene in collaborazione con l’università di Lund (Svezia), può anche essere impiegato per la valutazione del livello di rischio legato all’incendio in gallerie esistenti oggetto di un progetto di ammodernamento. Il software, basato su un approccio probabilistico, prende in esame un elevato numero di scenari incrociando ipotesi diverse relative alla posizione dell’incendio, al tipo di veicoli coinvolti, al numero e al comportamento degli utenti presenti in galleria.
Gli scenari sono poi analizzati in modo quantitativo valutando la dinamica dei prodotti della combustione, e la loro interazione con gli utenti durante la fase di esodo, attraverso la FED (Fractional Effective Dose) calcolata in accordo con la normativa NFPA.
MODELLAZIONE MULTISCALA
Per predire il comportamento dei fumi nella galleria, ARTU dispone di un modello fluidodinamico di tipo multiscala che consiste nell’utilizzo di una combinazione di modelli, in modo da bilanciare accuratezza e peso computazionale:
- un modello monodimensionale (tipico nell’ambito della progettazione dei sistemi di ventilazione in galleria);
- un modello multizona.
Il modello multizona è in grado di rappresentare la stratificazione dei fumi e gli eventuali fenomeni di backlayering, fenomeni che non sono riprodotti attraverso i modelli monodimensionali.
Nella rappresentazione monodimensionale, infatti, tutte le grandezze fisiche sono calcolate come valori medi sulla sezione trasversale del tunnel e, pertanto, non è possibile descrivere gradienti verticali di temperatura e concentrazioni di inquinanti, tipici del fenomeno di stratificazione dei fumi.
Il backlayering si manifesta quando, in caso di incendio, la galleria è ventilata ma il valore di velocità che viene realizzato risulta inferiore al valore critico. In questi casi si ha la diffusione dei fumi in senso contrario a quello della ventilazione. Il modello monodimensionale in questo caso stima erroneamente l’assenza di fumi a monte dell’incendio (figura 2).
SCENARIO: GALLERIE A DOPPIO FORNICE IN FASE DI MANUTENZIONE
Un caso applicativo, dove la rappresentazione di un modello a zone è particolarmente importante, è quello relativo alle gallerie a doppio fornice oggetto di interventi di manutenzione. Un caso di studio, di seguito riportato, illustra i vantaggi derivanti dall’applicare un approccio multiscala mediante ARTU.
La galleria, a doppio fornice, di lunghezza pari a 1,1 km e pendenza media pari al 2%, è di tipo monodirezionale. Durante gli interventi di manutenzione del rivestimento interno, è utilizzata in regime di traffico bidirezionale. Il fornice funzionante presenta una corsia per senso di marcia e un volume di traffico superiore a quello ordinario. Le misure compensative consistono nell’interdizione al passaggio dei mezzi con merci pericolose, con conseguente riduzione del carico d’incendio, e nella limitazione della velocità massima consentita in galleria.
Il sistema di ventilazione passa dalla modalità di funzionamento di tipo longitudinale puro, finalizzata alla realizzazione della velocità critica, alla modalità di controllo in modo che la velocità all’interno della galleria si mantenga tra -1÷1 m/s, come raccomandato dalle Linee Guida Anas. In questo modo, si favorisce la stratificazione dei fumi e quindi l’esodo degli utenti da ambo i lati dell’incendio.
La rappresentazione del comportamento della galleria in queste condizioni, attraverso un software di modellazione fluidodinamica monodimensionale, presenterebbe delle criticità. In particolare, la valutazione delle grandezze fisiche (ad esempio, la temperatura) – calcolate come valore medio sulla sezione – rende la stima dell’interazione tra i fumi e gli utenti eccessivamente conservativa poiché non tiene conto della stratificazione. Attraverso un modello multizona, invece, è possibile valutare il valore delle grandezze fisiche in più punti lungo la sezione della galleria (ad esempio, ad altezza d’uomo lungo i marciapiedi).
A seconda delle caratteristiche della galleria e del traffico presente, l’errore introdotto dall’impiego di modelli di tipo monodimensionale può portare a una sottostima o a una sovrastima dell’interazione tra utenti e prodotti della combustione. Nel caso specifico, inoltre, il modello monodimensionale non è stato in grado di cogliere la presenza di backlayering – su un tratto di circa 25 m – che si sviluppa nelle prime fasi dopo l’innesco a monte del focolaio. A valle dell’incendio, invece, il modello monodimensionale ha stimato la presenza di visibilità significativamente ridotta (inferiore a 3 m) dove il modello multizona ha stimato, ad altezza uomo, una visibilità migliore.
Ad esempio, 140 s dopo l’innesco (linea azzurra in figura 5) il modello monodimensionale stima una visibilità inferiore a 3 m per un tratto di lunghezza pari a 40 m, mentre il modello multizona evidenzia una visibilità superiore a 6 m. Nel caso di gallerie monodimensionali ventilate longitudinalmente, gli errori legati all’impiego di modelli monodimensionali riguardano le prime fasi dell’incendio, l’intervallo di tempo necessario all’attivazione dei jet-fan. Hanno quindi un impatto limitato sulla stima del rischio complessivo. Nel caso di gallerie con ventilazione trasversale oppure con ventilazione longitudinale per le quali è prevista una gestione in regime di traffico bidirezionale, l’errore introdotto dall’impiego di modelli monodimensionali può avere un impatto non trascurabile sulla stima del rischio. Per la galleria in esame è riportato il confronto sul piano FN tra i due approcci (figura 6 e 7).
CONCLUSIONI
Il ricorso a un approccio multiscala nella modellazione della fluidodinamica dei fumi prodotti da un incendio in galleria risulta pertanto più accurato e consente una più oggettiva rappresentazione del comportamento del sistema e quindi una più corretta valutazione del rischio durante le fasi di lavoro nel caso di gallerie oggetto di interventi di manutenzione.
Per ulteriori informazioni: https://www.cantene.it/en/
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