Criteri di verifica ed analisi numeriche del rivestimento in c.a. di gallerie in condizioni di incendio

A tale scopo, è stata eseguita una analisi termo-meccanica agli elementi finiti, in cui si considera il degrado del calcestruzzo e dell’acciaio e l’interazione tra il rivestimento della galleria e il terreno circostante mediante il modello “beam-spring”. Tale modello è applicato ad un caso reale di una galleria ferroviaria esistente.

Le principali caratteristiche della galleria, usate come dati di input per le analisi in termini di dimensioni geometriche e proprietà meccaniche, sono state individuate attraverso una campagna sperimentale. La curva d’incendio è stata applicata alla superficie interna del rivestimento in calcestruzzo e le verifiche di sicurezza del rivestimento della galleria sono state effettuate anche considerando l’effetto dello spalling.

Safety criteria and numerical analyses of Concrete Lining of Railway Tunnels in fire situation

Criteri di verifica ed analisi numeriche del rivestimento in c.a. di gallerie ferroviarie in condizioni di incendio

D. de Silva¹, E. Di Marino², E. Nigro³,A. Viglione⁴

1 Department of Structures for Engineering and Architecture, University of Naples Federico II, Napoli, Italy

2 Department of Structures for Engineering and Architecture, University of Naples Federico II, Napoli, Italy

3 Department of Structures for Engineering and Architecture, University of Naples Federico II, Napoli, Italy

4 RFI - Gruppo Ferrovie dello Stato Italiane, Technical Head Office, Standard for Infrastructure, Tunnelling. Italy

L’incendio in galleria è uno tra gli eventi più catastrofici che si possono verificare durante la circolazione di beni e persone.

È la stessa struttura delle galleria a rendere la lotta contro gli incendi enormemente complessa, a causa soprattutto delle limitate possibilità di fuga, delle difficoltà di intervento da parte delle squadre di soccorso e dall’intenso calore che si genera in una situazione di dispersione termica così limitata.

Durante gli incendi in galleria, i danni strutturali del rivestimento in cemento armato determinano prolungate interruzioni dei servizi e possono verificarsi anche problemi di perdita di capacità portante e durabilità. È chiaro quindi che una corretta progettazione delle infrastrutture sia fondamentale. Per questi motivi, negli ultimi anni numerosi studi si sono concentrati sullo sviluppo di approcci sofisticati, con lo scopo di fornire una stima realistica del degrado della resistenza e della rigidezza dei rivestimenti di gallerie esposte all’incendio.

Ad esempio in Bernardi ed al. (2016) è stata sviluppata una analisi numerica agli elementi finiti (FE) per la valutazione del comportamento dei rivestimenti di calcestruzzo esposti al fuoco, tenendo conto sia dell’interazione terreno- struttura che della perdita di rigidezza e resistenza dovuta alle elevate temperature dei materiali, basato su analisi termomeccaniche accoppiate.

Il terreno circostante la galleria viene modellato come mezzo continuo, discretizzato mediante una mesh di calcolo. L’analisi numerica è stata poi validata dagli stessi autori, mediante confronto con un modello semplificato, in cui l’interazione col terreno è stata valutata mediante l’utilizzo del modello “beam-spring” (Savov et al. 2005).

Questi modelli semplificati agli elementi finiti consentono comunque di tenere conto dei numerosi parametri da cui dipende il comportamento all’incendio dei rivestimenti di gallerie in c.a.. Alcuni dei fattori più rilevanti includono la geometria della galleria, il livello di carico e gli effetti della variazione di temperatura durante l’incendio sulla resistenza del rivestimento e sulle sollecitazioni interne, che possono variare anche notevolmente a causa della notevole iperstaticità del sistema. In questo lavoro,

è stato utilizzato un modello agli elementi finiti semplificato per la valutazione del comportamento dei rivestimenti esposti al fuoco, considerando sia il

degrado dei materiali sia l’interazione tra il rivestimento della galleria ed il terreno circostante mediante l’utilizzo del modello “beam-spring” di Savov et al. (2005). In particolare il modello agli elementi finiti è stato applicato ad un caso studio reale, rappresentato dalla galleria ferroviaria Terrabianca. Questa attività è stata sviluppata in collaborazione tecnicoscientifica con Rete Ferroviaria Italiana (RFI).

I risultati principali e i dettagli del lavoro sono descritti nel seguito.

2 CRITERI GENERALI DI VERIFICA

L’incendio che può svilupparsi in una galleria ferroviaria genera un flusso termico sui materiali strutturali differente da quello prodotto dagli incendi che generalmente si sviluppano negli edifici. L’elevata temperatura e la velocità con cui viene raggiunta sottopongono infatti i materiali utilizzati ad un attacco termico particolarmente gravoso. I danni che ne conseguono possono essere elevati sia in termini di vite umane che di danni economici diretti ed indotti.

Pertanto, è necessario verificare opportunamente la resistenza al fuoco delle gallerie ferroviarie.

In accordo alle linee guida RFI ed alle norme vigenti, la resistenza al fuoco delle strutture delle gallerie ferroviarie deve essere non inferiore a 120 minuti, con riferimento alla curva di incendio RWS. Tale curva è rappresentativa dell’incendio di un’autocisterna carica di petrolio, cui può attribuirsi un HRR di picco pari a circa 300 MW.

3 DATI DISPONIBILI E CAMPAGNA D’INDAGINE

Sono stati analizzati tutti i documenti disponibili relativi alla geologia ed al progetto del rivestimento per definire le caratteristiche della galleria caso studio.

Avendo pochi dati a disposizione è stato necessario fare ricorso ad una campagna di indagini per la caratterizzazione della galleria sia dal punto di vista geometrico/strutturale, sia per quanto concerne i materiali impiegati.

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