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EURAM 3.0: 15 anni di applicazione di analisi di rischio in galleria

Il metodo italiano di analisi di rischio è stato applicato a circa 280 gallerie (oltre 500 fornici) e utilizzato per la redazione della documentazione di sicurezza di oltre il 70% delle gallerie il cui progetto della sicurezza è stato approvato dalla Commissione permanente per le gallerie

Il riferimento normativo italiano, cardine per la sicurezza delle gallerie stradali e autostradali, è il Decreto Legislativo n° 264/06, il cui obiettivo è quello di garantire un livello minimo sufficiente di sicurezza agli utenti di tutte le gallerie facenti parte della rete stradale transeuropea e prescrive che “l’analisi di rischio deve essere svolta secondo le modalità previste nell’allegato 3”.

All’allegato 3 sono contenute una serie di prescrizioni molto precise sui contenuti minimi della metodologia italiana probabilistica e quantitativa di analisi di rischio, relative all’individuazione delle frequenze incidentali, all’uso dell’albero degli eventi per tener conto dell’efficienza e dell’affidabilità di tutti i sottosistemi, allo sviluppo del flusso del pericolo e alla risoluzione dei modelli di esodo.

È indicato, inoltre, come verificare la curva cumulata complementare e quindi il Valore Atteso del Danno (VAD) all’interno del piano F-N (Frequenze/Numero di fatalità) e in rapporto alla fascia ALARP.

La metodologia che il Legislatore ha voluto individuare deve essere molto precisa e affidabile, dato il grande numero di gallerie presenti in Italia e quindi l’elevato investimento necessario per adeguarsi alla Direttiva Europea 54/2004/CE.

Per questo non si è semplicemente affidato a modelli di analisi di rischio al tempo in uso (come il DG-QRAM del PIARC) o in fase di definizione (come la metodologia dell’Università di Lund) che pertanto risultano metodi non conformi al D.Lgs. 264/06, così come i diversi tentativi di adattamento di questi con implementazioni varie.

Gallerie
1. La sicurezza in galleria

EURAM 3.0 per l’analisi di rischio delle gallerie

Il principale software italiano di analisi di rischio in galleria, denominato EURAM, ormai giunto alla versione 3.0, è stato sviluppato proprio sulla base delle indicazioni contenute nell’allegato 3 del Decreto e consente di valutare il livello di sicurezza dell’opera considerando tutte le misure di sicurezza presenti (veicoli, infrastruttura, impianti ed esercizio) (www.prometeoengineering.it).

EURAM, infatti, è conforme al D.Lgs. 264/06, sia per quanto riportato nell’allegato 3 (previsto dall’art. 13, comma 3) del Decreto stesso che per quanto descritto nel glossario all’allegato 1 (previsto dall’art.1, comma 2), in quanto è stato sviluppato appositamente sulla metodologia indicata dal Decreto stesso.

Al contrario, il DG-QRAM e la metodologia sviluppata dall’Università di Lund sono basati su un’impostazione metodologica diversa, che non è possibile adattare all’utilizzo al caso italiano senza introdurre errori di valutazione.

La metodologia di EURAM, basata sullo schema concettuale riportato in Figura 2, è stata utilizzata dalle primarie Società di progettazione della sicurezza per valutare il rischio connesso a circa 280 gallerie (500 fornici) stradali e autostradali, nuove e in esercizio ed è stato già utilizzato per la redazione della documentazione di sicurezza di oltre il 70% delle gallerie di cui la Commissione Permanente per le Gallerie ha approvato i progetti di adeguamento ai requisiti previsti dal D.Lgs. 264/06.

Il software è stato validato nel 2016 dall’Università degli Studi di Salerno come conforme alla Normativa vigente e consente di valutare il rischio delle gallerie stradali italiane, superando i limiti del DG-QRAM, riguardo al quale nel documento “Current practice for risk evaluation for road tunnels” il PIARC, che ne ha curato lo sviluppo, afferma che è un metodo adatto esclusivamente per la valutazione dell’autorizzazione al transito di merci pericolose, ma non adatto per valutare l’impatto delle misure gestionali sul rischio in galleria: “Il modello non è applicabile per una generica analisi di rischio per tunnel stradali”.

EURAM
2. Lo EUropean Risk Analysis Method (EURAM)

I dati di ingresso di EURAM

La metodologia implementata nel software EURAM 3.0 utilizza come dati di input delle analisi di rischio:

  • dati geometrici della galleria: lunghezza del fornice, quota degli imbocchi, pendenze longitudinali, area della sezione trasversale e altezza in asse, organizzazione della piattaforma, interdistanza tra uscite di sicurezza;
  • dati di esercizio della galleria: regime di circolazione, traffico giornaliero medio su base annua (TGM), composizione del traffico (veicoli leggeri, veicoli pesanti, veicoli merci pericolose), distribuzione oraria del traffico, velocità veicolari;
  • frequenza attesa di incidenti e di incendi espressa in forma di tasso di eventi:
  1. il tasso di incidenti;
  2. il tasso di incendi;
  • dati ambientali statistici specifici della singola galleria relativi alle condizioni ambientali (utili alla determinazione delle condizioni al contorno delle simulazioni termo-fluidodinamiche);
  • dati specifici dimensionali dei singoli impianti di sicurezza;
  • illuminazione normale e di emergenza (dati di input dei modelli di incidentalità e delle simulazioni di incendio e di esodo per calcolare la visibilità durante l’evacuazione);
  • tipo di sistema di drenaggio, superficie aperta dei pozzetti di drenaggio e loro interdistanza (utili a determinare la prestazione del sistema di drenaggio in caso di sversamento liquidi pericolosi);
  • sistemi di rilevazione incendio presenti in galleria: cavo termosensibile, fibrolaser, TVCC, opacimetri, ecc. (utili a valutare il tempo di pre-movimento degli utenti);
  • sistemi di monitoraggio e comunicazione quali semafori, SOS, PMV (utili a determinare il tempo di chiusura e il tempo di pre-movimento degli utenti nei modelli di esodo e di formazione delle code);
  • sistemi di alimentazione ordinaria e di emergenza (utili a determinare la disponibilità di ciascun sistema di sicurezza in caso di emergenza);
  • sistemi di ventilazione: numero, distribuzione spaziale, potenza, diametro e portata dei singoli jet fan (per la determinazione della velocità dell’aria e dell’efficacia del sistema in caso di incendio).

Gli scenari incidentali

Il par. 3 dell’allegato 3 del D.Lgs. 264/06, inoltre richiede che gli “scenari incidentali e la loro evoluzione in galleria in termini di pericolosità” siano “rappresentati mediante modelli che includano l’albero delle cause, l’evento critico iniziatore e l’albero degli eventi” che sia “caratterizzato in termini di probabilità di accadimento degli eventi critici iniziatori e di probabilità condizionate di evoluzione lungo i singoli rami, come espressione dell’affidabilità e dell’efficienza delle misure di sicurezza installate o previste”.

Come evidenziato in precedenza, solo EURAM sviluppato appositamente in conformità al caso specifico italiano consente di osservare puntualmente le prescrizioni del Decreto.

L’albero degli eventi del DG-QRAM, infatti, non è espressione dell’affidabilità e dell’efficienza delle misure di sicurezza installate o previste, ma analizza esclusivamente le sequenze incidentali seguenti all’evento iniziatore.

Prometeoengineering
3. L’albero degli eventi

A differenza degli altri software in commercio, che consentono solo una rappresentazione molto semplificata delle dotazioni di sicurezza presenti in galleria, infatti, il software EURAM è l’unico che, in piena conformità alle richieste della Normativa, consente di modellare completamente le misure di sicurezza sia di tipo impiantistico che gestionale, descrivendole in termini di integrità, efficienza ed efficacia secondo quanto prescritto dall’allegato 3 del D.Lgs. 264/06:

  • integrità = affidabilità x disponibilità x manutenibilità;
  • , probabilità di ottenere il beneficio atteso nelle condizioni e nel contesto di impiego comprensiva delle incertezze connesse ai modelli ed alle condizioni al contorno.

Così come prescritto dal Decreto e in conformità alla metodologia di analisi di rischio IRAM, lo studio dell’incendio in galleria, infatti, viene analizzato da EURAM mediante la tecnica dell’albero degli eventi.

Le probabilità associate al percorso che si determina lungo l’albero degli eventi sono funzione delle prestazioni, dell’affidabilità e dell’efficacia dei sistemi di sicurezza che realizzano le misure di prevenzione e mitigazione.

Nella Figura 3 sopra è mostrata l’applicazione della tecnica dell’albero degli eventi utilizzato all’interno di EURAM 3.0.

Il metodo Monte Carlo

Il par. 1 dell’Allegato 3 del D.Lgs. 264/06, inoltre, prescrive che “Il livello di dettaglio della metodologia di Analisi di Rischio Quantitativa deve consentire la determinazione della salvabilità degli utenti per scenari derivanti dagli eventi critici”, e il numero simulazioni effettuate per la determinazione delle conseguenze indotte dagli eventi iniziatori consente di analizzare nel dettaglio la totalità degli eventi critici considerati.

All’allegato 3 par. 3 del Decreto, inoltre, si richiede di analizzare gli scenari incidentali con “livelli di dettaglio diversi a seconda delle necessità ed utilizzando le migliori tecniche note e disponibili”: EURAM costituisce l’unica metodologia di analisi di rischio in galleria sviluppata secondo tali prescrizioni in quanto supera i limiti delle altre metodologie di tipo deterministico, come quello dell’Università di Lund o il DG-QRAM, che analizzano un limitato numero di scenari, poiché tramite l’utilizzo di tecniche Monte Carlo consente di analizzare un numero elevato di scenari.

Il metodo Monte Carlo entra in gioco, per ogni ramo dell’albero, all’inizio di ogni processo di simulazione e di esodo facendone variare i parametri di ingresso (posizione e intensità del focolaio, tipo e numero della popolazione esposta, condizioni ambientali, ecc.) al fine di ottenere come risultato delle analisi competenti ad ogni singolo ramo una funzione di distribuzione.

Ciascuno scenario individuato mediante la tecnica dell’albero degli eventi viene quindi, simulato iterativamente almeno 100 volte mediante approccio probabilistico e l’utilizzo di tecniche Monte Carlo.

Metodologia
4. L’output del software di analisi di rischio

Tale approccio, associato all’utilizzo di specifiche funzioni di distribuzione, consente di esaminare la sicurezza dei sistemi in tutte le condizioni possibili e non solo in quelle assunte come riferimento, valutando l’interazione delle componenti del sistema galleria al verificarsi dell’evento incendio con il ventaglio di possibili condizioni al contorno (traffico, ambientali, ecc.).

Gli approcci di tipo deterministico, invece, non consentono di valutare correttamente il livello di rischio in quanto, analizzando solo pochi scenari, trascurano il contributo di tutti casi in cui i parametri si discostano da quelli di riferimento.

Tali casi, infatti, non costituiscono né le sequenze incidentali più frequenti né quelle a cui sono associate le maggiori fatalità, ma incidono comunque significativamente sul livello di rischio in quanto presentano frequenze di accadimento elevate.

Il software non utilizza valori casuali tra quelli più probabili, bensì valori appartenenti a funzioni di distribuzione che modellano le condizioni di funzionamento delle misure di sicurezza presenti in galleria, dato lo specifico scenario di incendio che si sta simulando.

La simulazione degli scenari

Le simulazioni sono eseguite mediante la soluzione di modelli termofluidodinamici monodimensionali, con un sotto-modello a due zone di rimescolamento tra due strati di aria per la determinazione della zona occupata dai fumi in caso di backlayering o in assenza di ventilazione.

Come indicato dal par. 3 dell’allegato 3 del D.Lgs. 264/06, “Il numero degli utenti coinvolti nel processo di esodo” nell’ambito delle simulazioni eseguite da EURAM è “determinato attraverso la formulazione e la soluzione di idonei modelli di formazione delle code nella galleria analizzata”.

Come dimostrano i dati di ingresso riportati, in ottemperanza al par. 3 dell’allegato 3 del Decreto che specifica che “La metodologia si riferisce esclusivamente all’analisi degli eventi critici nello specifico ambiente confinato delle gallerie: incendi, collisioni con incendio, sversamenti di sostanze infiammabili, rilasci di sostanze tossiche e nocive”, il metodo (contrariamente ad altri software che eseguono per lo più analisi semplificate con funzioni di letalità associate ai diversi scenari) esegue le analisi di rischio tenendo in considerazione tutte le peculiarità della galleria.

Ad esse sono associate simulazioni di esodo per valutare il comportamento degli utenti sulla base del numero effettivo di utenti in evacuazione (determinato mediante la risoluzione di modelli di formazione delle code) e delle effettive condizioni di visibilità, di vivibilità e di velocità degli utenti in funzione della diffusione dei fumi in galleria e dell’interazione con le specifiche dotazioni di sicurezza presenti e delle condizioni al contorno (ventilazione, illuminazione di emergenza, condizioni atmosferiche ai portali, ecc.).

Analisi
5. I risultati delle analisi termo-fluidodinamiche

Relativamente al metodo dell’Università di Lund, invece, si fa presente come la soluzione dei modelli tridimensionali, pur consentendo di ottenere una descrizione dettagliata e verosimile delle caratteristiche e dell’evoluzione dei fumi, non è un dato acquisito, ma è fortemente condizionata dalle assunzioni effettuate dal Progettista in fase di analisi per la determinazione dei parametri di ingresso.

I risultati ottenuti da utilizzatori diversi, infatti, pur derivando da codici commerciali identici, possono variare in modo significativo sia in termini di andamenti qualitativi che in termini di profili quantitativi delle grandezze termo-fluidodinamiche rilevanti per la sicurezza.

EURAM perciò costituisce l’unico strumento in grado di ottemperare a quanto prescritto dal Decreto all’allegato 1 che definisce il rischio come “Legame analitico tra probabilità di accadimento di un evento ed entità delle conseguenze da esso derivanti, inclusiva delle incertezze connesse alla stima delle grandezze di definizione”, in quanto, al contrario delle metodologie che eseguono analisi di rischio mediante la valutazione di scenari prestabiliti in maniera deterministica, attraverso l’utilizzo delle funzioni di distribuzione consente di ampliare il campo di analisi e includere nella stessa la stima delle incertezze. 

I risultati

I risultati della quantificazione del rischio sono espressi attraverso gli indicatori stabiliti dal D.Lgs. n° 264/06:

  • Rischio Sociale rappresentato come Curva Cumulata Complementare riportata sul piano F-N;
  • Valore Atteso del Danno (VAD) determinato come area sottesa dalla Curva Cumulata Complementare.

L’utilizzo di un approccio probabilistico e del metodo Monte Carlo consente di rappresentare il livello di rischio mediante una curva continua che consente di ovviare all’indeterminazione introdotta dall’approssimazione per l’ottenimento dalla curva a partire da pochi punti sul piano FN ricavati mediante analisi di tipo deterministico, come quelle eseguite attraverso il DG-QRAM o il metodo dell’Università di Lund.

I risultati dell’analisi di rischio sono inoltre esplicitati in termini dei valori di temperatura, visibilità e concentrazione di CO2 per le principali simulazioni di incendio degli scenari di pericolo base precedentemente descritti.

  • Sistemi
    6A prom
    6A. L’applicazione sperimentale del sistema SCADRA
  • Sicurezza
    6B prom
    6B. L’applicazione sperimentale del sistema SCADRA

L’implementazione del sistema SCADRA (Supervisory Control Acquisition and Dynamic Risk Analysis)

L’estrema validità e accuratezza del metodo e il diffuso utilizzo che ne è stato fatto in questi anni hanno consentito ad EURAM 3.0 di essere utilizzato per l’analisi di rischio dinamica per la valutazione del rischio in tempo reale in galleria, tramite il sistema SCADRA (Supervisory Control Acquisition and Dynamic Risk Analysis), una delle innovazioni tecnologiche che può avere maggior impatto nell’ambito dell’esercizio delle gallerie stradali.

Lo SCADRA è già stato installato con successo in tre fornici autostradali unidirezionali in esercizio effettuando oltre 50.000 simulazioni, mostrando coerenza dei risultati e come i livelli di rischio calcolati siano perfettamente coerenti con l’andamento dei parametri di ingresso, consentendo di valutare il cambiamento di ciascun valore che possa influenzare il livello di sicurezza della galleria. 

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