Sempre più spesso i progettisti stradali scelgono le gallerie come valida alternativa, data la loro capacità di ridurre alcuni componenti dell’impatto ambientale come ad esempio l’intrusione visiva delle infrastrutture e l’inquinamento acustico. Nondimeno, alcuni impatti rimangono o addirittura aumentano per effetto di tale scelta. Nonostante tutti gli sforzi della politica per cercare di controllare e addirittura ridurre il traffico, si prevede che questo aumenterà nei prossimi decenni; è quindi indispensabile considerare gli aspetti ambientali legati al traffico stradale.
Il comitato gallerie dell’AIPCR ha indagato a fondo e in modo specifico i fenomeni dell’inquinamento dell’aria, considerando:
Infatti, quando si considera l’inquinamento dell’aria, le scelte relative al tipo di sistema di ventilazione determinano la base per la progettazione delle ubicazioni e delle portate dell’aria viziata; il regime di funzionamento e i punti stabiliti per il controllo della ventilazione in rapporto alla qualità dell’aria possono essere più efficaci nel raggiungere gli obiettivi richiesti per la concentrazione locale di inquinanti rispetto alla selezione di sistemi di ventilazione più complessi.
Il traffico stradale e (di conseguenza) le emissioni dei veicoli costituiscono una seria preoccupazione ambientale in particolare in spazi ristretti come le gallerie. Queste emissioni sono caratterizzate dalla presenza di vari inquinanti che, a concentrazioni elevate, possono provocare effetti e conseguenze negative. Il comitato gallerie dell’AIPCR valuta tradizionalmente le emissioni dei veicoli e la qualità dell’aria all’interno delle gallerie. A tal fine, vengono riviste le comuni teorie di modellamento, oltre a definire gli standard rilevanti per la qualità dell’aria e a descrivere le condizioni esistenti. Le concentrazioni misurate e simulate di inquinanti sono confrontate con gli standard di qualità dell’aria. Infine, vengono proposte misure di attenuazione per assicurare un’adeguata gestione della qualità dell’aria all’interno della galleria (Sezione Ventilation).
Le emissioni delle gallerie influiscono sulla qualità dell’aria a una distanza relativamente breve dai punti in cui le emissioni vengono disperse, ma la rete stradale adiacente influisce sull’ambiente in un’area più ampia. Di conseguenza, le implicazioni delle gallerie sulla qualità dell’aria devono essere esaminate nel contesto della rete stradale esterna della quale fanno parte (Sezione Impatto sulla qualità dell’aria).
Altri importanti aspetti ambientali sono il rumore e le vibrazioni. L’inquinamento acustico può insorgere durante la fase di costruzione e comportare dei pericoli per l’ambiente, a causa dell’elevato livello di rumore che viene spesso generato. Inoltre, i volumi elevati di veicoli durante il flusso normale del traffico possono generare alti livelli di rumore, eventualmente superiori ai livelli consentiti. L’inquinamento acustico tende ad essere sempre più un problema associato alle reti stradali altamente trafficate.
Le strategie di abbattimento del rumore seguono procedure standard utilizzate da tempo nel processo di pianificazione e costruzione. Sono stati compiuti importanti progressi verso l’abbattimento del rumore alla fonte attraverso l’impiego di speciali pavimentazioni fonoassorbenti, l’installazione di barriere isolanti e insonorizzanti sempre più efficienti, la combinazione di più caratteristiche e l’impiego di macchine edili migliori che possono ridurre al minimo la generazione di rumore e di vibrazioni (Sezione Rumore e vibrazioni).
L’impatto sull’acqua è un altro aspetto che deve essere analizzato durante il ciclo di vita di un’infrastruttura quale è una galleria. Prima e durante la costruzione deve essere effettuata un’indagine dettagliata dell’idrologia superficiale e del sottosuolo. Bisogna scegliere il percorso e gli elementi stradali meno dannosi in modo da avere un’interruzione e alterazione minima dei modelli e dei processi idrologici. Il drenaggio risultante dalla modalità di costruzione dell’infrastruttura è un argomento che sta acquisendo sempre più importanza. È possibile svolgere diversi studi che permettono di approfondire gli effetti dell’infrastruttura sull’idrologia delle aree in prossimità della galleria e di individuare modi per attenuare tali effetti. L’inquinamento dell’acqua provocato dalla perdita di materiali di costruzione durante i lavori può essere ridotto utilizzando contenitori progettati per escludere le fuoriuscite (Sezione Impatto sull’acqua)
L’obiettivo finale dei progettisti e dei gestori delle gallerie è quello di realizzare un funzionamento sostenibile dal punto di vista sia funzionale che ambientale, così da garantire un livello ragionevole di sicurezza e ridurre il più possibile qualsiasi impatto negativo sull’ambiente. Vengono considerati e analizzati diversi elementi per migliorare la sostenibilità operativa di una galleria (Sezione Operatività sostenibile).
Il presente capitolo è stato redatto dal gruppo di lavoro 4 del comitato C4 (2008-2011), nel quale:
Nel campo delle gallerie stradali, la qualità dell’aria è tradizionalmente considerata in relazione al livello di concentrazioni degli scarichi dei veicoli all’interno di una galleria. Ma anche le concentrazioni di inquinanti al di fuori di una galleria possono essere nocive o creare disturbi alle persone. Tali concentrazioni di inquinanti calano rapidamente man mano che ci si allontana da un imbocco o da un condotto di scarico verso l’ambiente circostante, sulla base di meccanismi complessi come la velocità e la direzione del vento o la topografia circostante. Ne consegue che la qualità dell’aria in prossimità degli imbocchi delle gallerie o di altri punti di scarico riveste interesse quando aumenta l’intensità del traffico e quando le gallerie sono costruite in un ambiente urbano.
Sopra una galleria, la qualità dell’aria è generalmente migliore che non se nello stesso luogo vi fosse una sezione stradale a cielo aperto. L’aria inquinata viene però rilasciata in corrispondenza degli imbocchi e dei condotti, dove un flusso d’aria longitudinale o trasversale viene scaricato dall’effetto pistone del traffico e/o dai sistemi di ventilazione. In base alle concentrazioni di base e ad altre fonti localizzate in prossimità di un imbocco o di un condotto di una galleria, i livelli di concentrazione degli inquinanti possono superare i livelli massimi stabiliti dalle autorità. In tal caso occorre adottare delle misure per migliorare la qualità dell’aria in prossimità della galleria. Le misure possono includere opere civili o meccaniche, la pianificazione dell’utilizzo del territorio attorno alla galleria ecc. Il più delle volte è possibile ridurre le concentrazioni di inquinanti grazie a misure operative quali modifiche nel regime di ventilazione.
L’AIPCR ha pubblicato la relazione tecnica 2008 R04 "Road Tunnels: A Guide to Optimizing the Air Quality Impact upon the Environment",che si concentra sulla qualità dell’aria esterna legata alle gallerie e serve come guida per migliorare l’ambiente urbano modificando le emissioni dei veicoli e cambiandone la distribuzione spaziale nello spazio circostante una galleria. La guida considera un’ampia gamma di possibilità di progettazione e funzionamento per attenuare l’impatto delle gallerie sull’aria esterna: selezione della posizione ottimale di una galleria, pendenze, tipo di ventilazione, gestione dello scarico dell’aria, gestione del traffico, manutenzione della galleria e infine (se utili) le tecniche di rimozione dei contaminanti.
Il rumore è generalmente considerato come uno dei maggiori fastidi percepiti dagli esseri umani, che può influire in misura considerevole sulle aree urbane. Deve quindi essere tenuto in considerazione nella progettazione delle gallerie, in particolare delle gallerie urbane che presentano un’elevata concentrazione di ricettori acustici nelle immediate vicinanze degli imbocchi e dei condotti.
Il rumore generato dal traffico non è specifico delle gallerie. Si ritiene generalmente che le infrastrutture sotterranee abbiano un’influenza positiva sull’ambiente acustico; tuttavia alcune configurazioni possono presentare problematiche specifiche in prossimità degli imbocchi. Nei paesi più sviluppati si conducono studi sull’impatto del rumore per ogni nuovo progetto infrastrutturale (o modifica significativa); in questa fase si deve tenere conto naturalmente dell’esistenza di gallerie.
La principale fonte di rumore per l’ambiente circostante le gallerie è il traffico. Parte del rumore dei veicoli che circolano all’interno delle gallerie è riflesso dal rivestimento e raggiunge l’imbocco che diventa esso stesso una fonte di rumore. In determinate condizioni il livello di rumore vicino all’imbocco di una galleria può essere maggiore del livello di rumore di una sezione correlata a cielo aperto. Tuttavia, questo tipo di effetto è significativo soltanto per i recettori acustici che si trovano nelle immediate vicinanze dell’imbocco della galleria: allontanandosi dall’imbocco, i livelli di rumore diminuiscono rapidamente in quanto il rumore proveniente dalla galleria è attenuato dall’effetto prevalente del rumore generato dai veicoli nelle sezioni a cielo aperto.
Vi sono anche fonti di rumore che sono associate all’infrastruttura della galleria, tra cui la principale è il sistema di ventilazione. Nel caso di ventilazione trasversale o di ventilazione longitudinale con condotti di estrazione, i ventilatori e gli ingressi e le uscite per il flusso dell’aria possono generare un forte rumore e in alcuni casi devono funzionare anche di notte quando gli standard ambientali sono fissati su obiettivi inferiori. Una soluzione potrebbe essere quella di ridurre l’impiego del sistema di ventilazione ottimizzandone il controllo, ma questo può avvenire solo in misura limitata.
La soluzione più efficace è quella di tenere in considerazione questi problemi nella fase di progettazione. Poiché gli effetti più evidenti del rumore sono geograficamente limitati, gli ingressi e le uscite dell’aria possono essere posizionati il più lontano possibile dagli edifici circostanti, cosa che può tuttavia comportare un considerevole incremento dei costi. La velocità dell’aria deve essere mantenuta a valori relativamente bassi in corrispondenza degli ingressi/uscite dell’aria allo scopo di ridurre la generazione di rumore attraverso aperture sufficientemente larghe. Inoltre, molto spesso sono necessari dei silenziatori per impedire che il rumore generato dai ventilatori fuoriesca dall’impianto di ventilazione.
Nel caso di ventilazione longitudinale, l’impatto del rumore dei ventilatori sull’ambiente è di solito moderato perché, da un lato, i ventilatori a impulso non devono essere posizionati troppo vicino agli imbocchi per avere la massima efficienza (di conseguenza il rumore dei ventilatori è "diluito" dal rumore del traffico) e, dall’altro lato, i silenziatori sono di solito fissati ai ventilatori per mantenere un livello accettabile di rumore all’interno della galleria. Tuttavia, nel caso di configurazioni particolarmente sensibili potrebbe rendersi necessario selezionare progetti o misure operative specifiche.
Le vibrazioni generate dal traffico sono raramente un problema significativo nella fase operativa di una galleria stradale (diversamente dalle gallerie ferroviarie, perché i treni generano molte più vibrazioni rispetto ai veicoli stradali). Qualora si verifichi tale problema, in genere c’è ben poco da fare se non vietare l’accesso ai veicoli più pesanti. Un’altra fonte di vibrazioni sono i ventilatori. Questi devono essere attentamente bilanciati per evitare vibrazioni eccessive. Le vibrazioni dei ventilatori non sono generalmente percepite nell’ambiente, ma influiscono soprattutto sul macchinario stesso con il rischio di comprometterne la durata. Le vibrazioni possono anche diventare un problema per la sicurezza perché i ventilatori a impulso, ad esempio, possono perdere pezzi o addirittura staccarsi dal soffitto della galleria a causa di vibrazioni eccessive. Il monitoraggio delle vibrazioni è cruciale per l’affidabilità e la sicurezza dei ventilatori a impulso.
Le vibrazioni sono molto più problematiche durante la fase di costruzione, in particolare quando si usano esplosivi. La costruzione delle gallerie e le relative misure ambientali non rientrano nell’ambito del comitato AIPCR per gli interventi nelle gallerie stradali; specifiche raccomandazioni sono pubblicate dall’ITA.
L’impatto dell’infrastruttura stradale sulla qualità dell’acqua può essere molto importante sia durante il funzionamento normale (perdita di idrocarburi, usura degli pneumatici ecc.) sia in situazioni di incidenti (fuoriuscita di grandi quantità di inquinanti).
L’esistenza di una galleria non cambia molto il problema. Come per ogni strada, è necessario trattare le acque (decantazione, rimozione degli inquinanti) prima di rilasciarle nell’ambiente. Occorre tuttavia tenere in considerazione alcuni elementi specifici delle gallerie quando si progettano i sistemi di gestione delle acque. Per prima cosa le gallerie devono essere pulite regolarmente, ogni mese nel caso di gallerie urbane molto trafficate. Questo genera grosse quantità di acqua inquinata contenente prodotti per la pulizia. In secondo luogo, le gallerie nelle quali è consentito il trasporto di sostanze pericolose sono generalmente dotate di canali di scolo specifici per limitare il diffondersi di liquidi infiammabili sulla pavimentazione. Se si verifica una perdita accidentale, la portata del liquido inquinante in questi canali di scolo può essere superiore a quella che si troverebbe su una superficie stradale regolare e il sistema di gestione delle acque deve essere in grado di fronteggiare simili portate.
Durante la fase di costruzione in ambienti sensibili si possono incontrare problemi molto complessi relativi all’acqua, ad esempio per quanto concerne la torbidezza dell’effluente dal sito di costruzione. Si devono quindi adottare misure adeguate. In alcuni casi tali misure rappresentano importanti limitazioni e costi per le opere di costruzione. La costruzione delle gallerie e le relative problematiche non rientrano nell’ambito del comitato AIPCR per gli interventi nelle gallerie stradali. Il lettore è quindi invitato a consultare le raccomandazioni dell’ITA per maggiori dettagli.
Fig. 5.3.1 : galleri costruita a conci
L’impatto sull’acqua è un altro aspetto che deve essere analizzato durante il ciclo di vita di un’infrastruttura come una galleria.
La maggior parte degli impatti delle gallerie sull’acqua (e dell’acqua sulle gallerie) si verifica durante la costruzione, ma alcuni impatti permangono nel tempo e possono diventare un impedimento all’operatività della galleria e alla sua manutenzione. Si deve prestare la debita attenzione a questi processi durante le fasi di pianificazione e progettazione delle gallerie, così da evitare conseguenze negative e costose. Prima e durante la costruzione deve essere effettuata un’indagine dettagliata dell’idrologia superficiale e del sottosuolo. Bisogna scegliere il percorso (e gli elementi stradali) meno dannosi in modo da avere un’interruzione e alterazione minima dei modelli e dei processi idrologici.
In teoria le gallerie possono essere impermeabili (non consentono l’ingresso dell’acqua e sviluppano l’intera pressione d’acqua sul rivestimento) e permeabili o semipermeabili (consentono l’ingresso di una minima quantità d’acqua ed evitano lo sviluppo dell’intera pressione d’acqua sul rivestimento). In pratica, la maggior parte delle gallerie sono permeabili durante la fase costruttiva e semipermeabili durante la fase operativa. La Fig. 5.3.1 mostra l’ingresso dell’acqua in una galleria costruita a conci e progettata per essere impermeabile.
Fig. 5.3.2 : Water flowing through a permeable basalt layer
Nelle gallerie non rivestite (o con rivestimento permeabile) l’ingresso dell’acqua può costituire un fattore importante. La Fig. 5.3.2 mostra l’acqua che scorre attraverso uno strato di basalto permeabile in Canada.
Il drenaggio dei livelli di acqua freatica risultante dalla modalità di costruzione dell’infrastruttura è un argomento che sta acquisendo sempre più importanza. L’effetto di solito non si esaurisce con l’operatività della galleria e i livelli originari di acqua freatica continuano invariabilmente a calare, con un impatto irreversibile sui pozzi di rifornimento dell’acqua.
Fig. 5.3.3: Acqua di scarico che scorre e idrossidi di calcio che precipitano in una galleria rivestita in cemento () Fig. 5.3.4 : Effetto simile nel giunto di costruzione ()
L’acqua che entra in una galleria può dissolvere l’idrossido di calcio nel rivestimento di cemento, rendendolo più alcalino e rilasciando depositi solidi nei sistemi di drenaggio. Questo effetto è più frequente nelle vecchie gallerie con sistemi di drenaggio obsoleti. La Fig. 5.3.3 mostra l’acqua di scarico che scorre e gli idrossidi di calcio che precipitano in una galleria rivestita in cemento. La Fig. 5.3.4 mostra un effetto simile in un giunto di costruzione.
L’attuale tendenza internazionale è quella di richiedere agli operatori e alle autorità stradali di promuovere un utilizzo efficiente dell’energia e di adottare metodi sostenibili per la costruzione e l’operatività delle strade pubbliche.
Nel corso della sua storia l’AIPCR ha pubblicato diverse relazioni che mirano a migliorare l’efficienza dell’operatività delle gallerie, ridurre i costi operativi e attenuare gli impatti ambientali.
L’"operatività sostenibile delle gallerie" nel suo complesso sarà un argomento chiave da trattare nel prossimo ciclo (2012-2015) dell’AIPCR.