Protezioni antincendio nei tunnel: a che punto e' la tecnologia? | Ingegneri.info

Protezioni antincendio nei tunnel: a che punto e’ la tecnologia?

Dal rogo nel tunnel del Monte Bianco del 1999 alle recenti innovazioni sui trafori norvegesi, un'analisi dell'evoluzione tecnologica in materia di protezione antincendio infrastrutturale

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Ermanno Magni, Technical Product Application Manager Europe di Morgan Advanced Materials, esamina l’attuale panorama delle protezioni antincendio nei tunnel.

Nel 1999, un rimorchio refrigerato si incendiò nel Tunnel del Monte Bianco. In quello spazio confinato, l’incendio si diffuse rapidamente, raggiungendo temperature superiori a 1.000°C. Il calore intenso e il fumo tossico proseguirono per due giorni, ostacolando i tentativi di salvataggio. Nell’incidente, morirono complessivamente 39 persone. Anche se la lezione fu imparata, solo due anni dopo una collisione fra due camion nel Tunnel del Gottardo in Svizzera causò un incendio che uccise undici persone. E, dalla sua inaugurazione nel 1994, vi sono stati tre incendi seri nel Tunnel della Manica, che hanno provocato importanti interruzioni del servizio e alcune lesioni minori, ma fortunatamente nessun decesso.

Questi e altri incidenti di alto profilo hanno richiamato l’attenzione sulle conseguenze potenzialmente catastrofiche degli incendi nei tunnel. La perdita di vite umane è chiaramente quella più significativa, ma il fuoco provoca anche danni massicci alla struttura dei tunnel. Il Tunnel del Monte Bianco è rimasto chiuso tre anni per riparazioni dopo l’incendio, eliminando un collegamento economico vitale fra l’Italia e la Francia. Furono avanzate accuse di omicidio colposo a carico di un totale di 16 persone e aziende, compresi enti di sicurezza e i manager italiani e francesi del tunnel. Quando ha riaperto nel 2002, il tunnel era dotato di apparecchi di rivelazione allo stato dell’arte, un percorso di fuga parallelo e baie di sicurezza addizionali, pertanto la lezione è stata appresa e sono state adottate nuove tecnologie.

Insieme alla legislazione e a normative stringenti, questo ha significato una nuova era di sicurezza dei tunnel, comprendente l’adozione di protezioni attive come gli sprinkler, e una gamma di soluzioni passive che includono pannelli rigidi e malte a spruzzo che proteggono il materiale chiave usato per rivestire le pareti dei tunnel: il cemento armato. A causa del suo uso diffuso, quest’area è stata il soggetto di una significativa ricerca nell’ambito del progetto ‘UPTUN’ (Upgrading of Tunnels) sponsorizzato dall’UE, che ha investigato sia i potenziali carichi generati dagli incendi, sia le prestazioni dei rivestimenti di protezione antincendio in una serie di incendi simulati nei tunnel. Mentre l’incendio tipico di un’automobile in un tunnel raggiunge i 400°C, uno degli incendi simulati – nel Tunnel di Prova di Runehamar – ha prodotto temperature di picco superiori a 1.300°C quando è stato incendiato un camion di 9,9 tonnellate carico di pallet di legno.

A queste temperature, si verificano due cose: la frantumazione esplosiva del rivestimento di cemento e la perdita di forza delle barre di acciaio di armatura all’interno del rivestimento. Un programma congiunto di test antincendio condotto dall’Amministrazione delle Strade Pubbliche Norvegese e da SP Fire Research in Svezia ha dimostrato che se non si prendono precauzioni per proteggere il cemento esposto a incendi a sviluppo veloce, si verificano severe frantumazioni. Il risultato finale è il collasso del tunnel. Il programma ha altresì concluso che è necessario il collaudo antincendio a piena scala di qualsiasi soluzione di isolamento dal fuoco, perché qualche sistema esistente che ha superato con successo il collaudo antincendio non è riuscito a mantenere la sua posizione quando è stato provato su lastre di cemento pre-stressate a 5,5 MPa.

Come questa ricerca evidenzia, la temperatura alla quale la frantumazione può probabilmente verificarsi varia in base al tipo di cemento. In un recente progetto – il Tunnel Al-Azhar al Cairo – la temperature a cui ciò potrebbe verificarsi è stata identificata a soli 200°C, sollecitando una rigorosa investigazione del rivestimento più adatto. In questo caso, è stato selezionato un rivestimento a spruzzo per proteggere il tunnel dal collasso durante un incendio di idrocarburi a 1.350°C per una durata di due ore. Un isolamento come questo aiuta a mantenere la temperatura del cemento al di sotto del livello critico al quale si verificherà la frantumazione, assicurando nello stesso tempo che le barre di armatura saranno mantenute a una temperatura sicura. Inoltre, per essere efficace il sistema di isolamento antincendio deve essere in grado di sopportare le normali condizioni operative nel tunnel – per esempio, perdite d’acqua, fluttuazioni di temperatura, emissioni dei veicoli e regimi di pulizia, che nel loro insieme possono compromettere le prestazioni del rivestimento.

Con conseguenze così potenzialmente catastrofiche, la qualificazione dei sistemi di isolamento antincendio per l’uso nei tunnel è rigorosa ed è ottenuta provando al fuoco un campione rappresentativo del materiale installato su una lastra di cemento utilizzando un forno riscaldato secondo una curva temperatura/tempo prescritta. Il metodo di prova più diffuso è il test olandese ‘RWS’ di due ore, che è molto più severo sia della curva degli idrocarburi NPD utilizzata nel settore oil and gas offshore, sia della curva ISO 834 utilizzata per il collaudo antincendio degli edifici. Nella prova RWS, la temperatura del forno raggiunge 1.200°C in 10 minuti e 1.350°C dopo 60 minuti. L’isolamento antincendio generalmente deve assicurare che la superficie del cemento sia a meno di 380°C e che le barre di armatura in acciaio non superino i 250°C per l’intera durata della prova. Tuttavia, poiché la temperatura critica di frantumazione varia per i diversi tipi di cemento, il limite della temperatura superficiale per il cemento può essere fissata a meno di 380°C, in alcuni casi fino a 200°C.

La progettazione dei rivestimenti dei tunnel si basa spesso su calcoli termici per ottenere la capacità portante prevista.
Tali calcoli hanno dei limiti. Nel prEN 1992-1-2 (l’Eurocodice per le strutture in cemento), i modelli del materiale sono validi solo per velocità di riscaldamento fra 2 e 50°C al minuto, perché gli effetti di propagazione lenta non sono esplicitamente considerati. Di conseguenza, potrebbero essere ottenuti dei risultati imprecisi utilizzando modelli di rivestimenti dei tunnel progettati per il riscaldamento rapido – come le curve tempo-temperatura RWS – laddove si incontrano velocità di riscaldamento fra 200°C al minuto e 240°C al minuto. Analogamente, i calcoli sono validi solo finché non si verifica la frantumazione. Tuttavia, alcune nuove qualità di cemento più denso introdotte sul mercato nel corso dell’ultimo decennio hanno una probabilità di frantumazione molto maggiore a causa della loro minore permeabilità. Tali cementi hanno altri vantaggi, come una durata migliore e una forza più elevata, ma putroppo una minore resistenza agli incendi.

I problemi della sicurezza sono quindi complessi, e molti ingegneri si stanno orientando verso il rivestimento a spruzzo che, affermano i sostenitori, offre una serie di vantaggi – non ultimo quello di eccezionali proprietà termiche, velocità e facilità di installazione e di una forza di adesione estremamente elevata – tipicamente otto volte il suo peso.

Un esempio di questo tipo è l’ambizioso tunnel Bjorvika a Oslo. Posti di fronte al problema di perforare in condizioni geologiche avverse, i progettisti hanno optato invece per un tunnel immerso composto da sei elementi, ciascuno lungo 112,5 metri, largo 28–43 metri e alto 10 metri. Fissando rigorosi standard di sicurezza antincedio fin dall’inizio, l’Amministrazione delle Strade Pubbliche Norvegese (NPRA) ha deciso di installare uno strato protettivo sulla struttura in cemento del tunnel al fine di prevenire il collasso in caso di incendio. Nell’ambito del processo di qualificazione, la NPRA ha richiesto che il collaudo fosse effettuato su grandi lastre di cemento tipo B45 lunghe 3,6m, larghe 1,2m e con uno spessore di 600mm. Per ottenere una forza di compressione di 11 MPa sulla superficie della lastra, queste sono state messe in trazione immediatamente prima dell’installazione dell’isolamento antincendio. Ciò simula il movimento plastico dovuto al carico continuo sotto una temperatura in aumento, simulando il più possibile il movimento di flessione della struttura iperstatica di un tunnel immerso in un incendio a rapido sviluppo. La curva d’incendio scelta è stata la stessa utilizzata nel metodo di prova antincendio RWS. Lo standard NPRA richiedeva che non si verificasse alcuna frantumazione durante le due ore del periodo di test. Per la massima sicurezza, la NPRA ha specificato anche una serie di prove supplementari, inclusi il collaudo di resistenza agli alcali, la fatica dinamica e la resistenza al gelo e alla pulizia ad alta pressione. La soluzione scelta – il FireBarrier 135 della gamma di prodotto FireMaster di Morgan Advanced Materials – ha soddisfatto lo stretto insieme dei criteri di prestazioni. L’applicazione è cominciata all’inizio del 2009 ed è stata completata nell’autunno dello stesso anno.

Risultati simili sono stati ottenuti con il rivestimento a spruzzo nel tunnel di Serralunga in Italia. Aperto al traffico nel Dicembre del 2013, il tunnel ha due vie di fuga che assumono la forma di percorsi sospesi. Il problema è stato quello di rivestire tali percorsi di fuga con un materiale che potesse sopportare temperature estremamente elevate e proteggere sia la struttura del tunnel che le persone all’interno contro le distruzioni degli incendi e gli effetti del fumo. Il rivestimento a spruzzo è stato applicato su una rete di filo galvanizzato, che ha permesso di raggiungere in modo rapido e conveniente ogni parte della superficie del tunnel. Il trattamento delle gallerie di fuga sospese in questo tunnel offre uno strato di protezione estremamente significativo per gli utenti e l’installazione di circa 6.500 piedi quadrati (600m²) di protezione è stata eseguita in meno di 40 giorni.

Quindi, quali sono gli insegnamenti per ingegneri, costruttori e operatori di tunnel? In primo luogo, che mentre i tunnel offrono una via di comunicazione vitale, essi presentano anche un rischio significativo per la sicurezza – soprattutto a causa degli incendi. E, poiché la responsabilità della protezione contro gli incendi è legata ad essi, questo è un aspetto a cui deve essere data la considerazione più seria. Sono disponibili numerose soluzioni, ciascuna con i suoi pro e contro, e i loro sostenitori e detrattori. Ma il punto di partenza deve sempre essere un collaudo antincendio a piena scala e senza compromessi di qualsiasi soluzione proposta. Solo in questo modo di può evitare il ripetersi di tragedie come quelle del Monte Bianco e del Gottardo.

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