Sicurezza delle infrastrutture stradali: il ruolo chiave delle simulazioni numeriche

di Mariarita De Rinaldis e Sandro Gori

La cronaca ricorda, quasi quotidianamente, come le strade siano il triste palcoscenico di drammatici incidenti. Un recente studio1 ha monitorato per 4 anni alcune importanti infrastrutture stradali italiane, sottolineando che le conseguenze più gravi, in termini di mortalità e danno all’infrastruttura stessa, siano ricollegabili, quasi nel 70% dei casi osservati, ai tratti in galleria. Un posto particolare nella memoria italiana e del mondo è occupato dal tragico incendio del traforo del Monte Bianco, durante il quale morirono 39 persone ed il cui completo ripristino richiese oltre 3 anni.

Foto di repertorio del traforo del Monte Bianco a seguito dell’incidente del 1999

Gli esempi che possono essere citati a riguardo, purtroppo, sono davvero numerosi e per scongiurare queste tragedie il Parlamento Europeo ha introdotto nella legislazione europea (Directive 2004/54/CE), e di conseguenza anche in quella italiana (DM09/05/2007), i concetti relativi ai metodi della Fire Protection Engineering e dell’approccio di tipo prestazionale.

Sebbene sia stato determinante, negli anni passati, il rispetto dei requisiti minimi per la sicurezza antincendio in galleria, l’evoluzione tecnologica ha permesso al legislatore di spingersi oltre e fissare la soglia di sicurezza dell’infrastruttura non solo in funzione degli strumenti di protezione e prevenzione che essa possiede ma anche in considerazione del rischio e delle possibilità di successo di una sua eventuale evacuazione.

Questo approccio, con i relativi strumenti computazionali a fare da corollario, permette di valutare un maggior numero di variabili e le loro interazioni; un caso di studio esemplificativo può essere considerato la galleria Condó, situata a Lecce sulla S.S. 694. Questa struttura è stata analizzata nell’ambito di un tirocinio formativo dell’Università del Salento, svolto grazie al prezioso contributo del centro di competenza in FPE di EnginSoft S.p.a., Emerging Methods and Technologies BU, presso la sede di Mesagne (BR).

La peculiarità della galleria Condò risiede nella sua lunghezza di 998m: per gallerie inferiori ai 1000m, infatti, è concesso progettare e dimensionare l’infrastruttura tenendo conto solo dei requisiti minimi antincendio; Il vantaggio dell’applicazione dei metodi prestazionali può fungere, in questo caso, da strumento di validazione delle scelte progettuali condotte durante i differenti stadi evolutivi della infrastruttura di interesse. Le simulazioni numeriche di incendio e di evacuazione, svolte mediante Fire Dynamic Simulator (FDS), sono il nucleo fondamentale di tale validazione. La modellazione dello scenario d’incendio è stata condotta tenendo conto dell’energia, delle temperature e dell’altezza di fiamma usualmente sprigionate da un autoveicolo ed in particolare, l’incendio di progetto è stato stimato ricavando il modello analitico di un incendio reale (Citroen BX 19862).

Sovrapposizione delle mappe della temperatura adiabatica di superficie con la geometria reale

Dopo una prima analisi di sensitività, atta a confermare la corrispondenza del modello con i dati sperimentali, si è proceduto alla simulazione della propagazione dei fumi in galleria definendo così le tempistiche di rilevamento dell’incendio da parte degli smoke detector. Le informazioni sui fumi hanno permesso, inoltre, di stimare i livelli di tossicità dell’aria. A partire da questi dati, sono state impostate le simulazioni di evacuazione, durante le quali sono stati osservati i parametri relativi alla reazione umana all’incendio e all’impatto dei fumi tossici sulle dinamiche di evacuazione. L’esposizione ad alte temperature ed al fumo sprigionato da un incendio, infatti, possono seriamente compromettere la capacità di fuga di un individuo, specialmente se si tratta di persone a mobilità ridotta.

Comparazione delle sezioni della galleria Condò reale e digitale

Grazie all’utilizzo del codice FDS+Evac è stato possibile introdurre anche i parametri legati alle caratteristiche fisiche degli occupanti (età, dimensioni, velocità orizzontale non impedita), distribuite con riferimento a delle rilevazioni statistiche condotte in Nord Europa3. Queste ulteriori simulazioni hanno evidenziato come la percezione dell’incendio e della necessità di evacuare da parte degli occupanti della galleria siano precedenti alla rilevazione meccanica dei fumi.

Distribuzione delle caratteristiche fisiche degli occupanti

Questo set di simulazioni numeriche ha portato quindi ad evidenziare una eventuale criticità che un approccio di tipo prescrittivo non avrebbe potuto cogliere; infatti, se l’evacuazione confusa e non coordinata è già di per sé da evitare, la presenza di autoveicoli abbandonati in galleria rende questo scenario ancora più delicato.

Si può osservare, inoltre, come le simulazioni condotte durante questo studio abbiano consentito non solo di avere una stima sull’efficacia dell’evacuazione, ma anche di osservare la stretta correlazione tra i diversi aspetti (e discipline) coinvolti in uno scenario d’incendio in galleria.

Strumenti innovativi come i modelli digitali e le simulazioni numeriche permettono al progettista di superare il semplice rispetto di un requisito di sicurezza osservandone invece la sua funzionalità, consentendo di cogliere la multidisciplinarietà delle problematiche che l’ingegnere deve affrontare nella progettazione di queste infrastrutture e quindi favorendo la costruzione di un organismo infrastrutturale che risponda alle esigenze dei suoi utenti e che ne garantisca la loro sicurezza.

  1. Caliendo, Ciro, and Maria Luisa De Guglielmo. “Accident rates in road tunnels and social cost evaluation.” Procedia-Social and Behavioral Sciences53 (2012): 166-177.
  2. Ingason, Haukur, Ying Zhen Li, and Anders Lönnermark. Tunnel fire dynamics. Springer, 2014.
  3. Kling, T., et al. “TRANSFEU WP5: development of numerical simulation tools for fire performance, evacuation of people and decision tool for the train design. Deliverable 5.6: numerical tool for simulation of the passenger’s evacuation for the train scenarios. FP7 contract number: 233786.” (2013).