I materiali usati nelle strutture e nei sistemi di una galleria non devono né bruciare né produrre grandi quantità di fumo tossico se si verifica un incendio in una galleria. Inoltre, in tali casi, le strutture non devono collassare mentre gli utenti o il personale dei servizi d’emergenza si trovano all’interno della galleria e i sistemi fondamentali per la sicurezza deve continuare a funzionare almeno fino all’evacuazione e alla conclusione delle operazioni antincendio.
Questi obiettivi generali dipendono dalla reazione al fuoco dei materiali e dalla resistenza al fuoco delle strutture e dei sistemi:
Il presente capitolo è stato redatto da Robin Hall e dal gruppo di lavoro 4 del comitato C4 (2008-2011) nel quale:
I materiali usati nella costruzione delle gallerie devono avere un’adeguata resistenza al fuoco per garantire l’integrità durante l’evacuazione e l’estinzione dell’incendio.
La Sezione VII.3 "Fire reaction of materials" della relazione tecnica 05.05.B
"Fire and Smoke Control in Tunnels" tratta le proprietà di reazione al fuoco dei materiali della galleria, indicando che le specifiche previste per i materiali devono includere i requisiti relativi alle loro proprietà in caso di incendio. Le proprietà auspicabili includono:
I gas generati da un incendio non possono essere prevenuti, ma i rischi possono essere attenuati attraverso la scelta del materiale e anche la progettazione delle caratteristiche di sicurezza, quali le vie di fuga, allo scopo di ridurre l’esposizione. Si deve prestare attenzione anche alle proprietà dei materiali di rivestimento delle pareti, tra cui piastrelle e vernici, del materiale impermeabilizzante e del materiale dei corpi illuminanti. Le specifiche stabilite per tali materiali devono comprendere inoltre i requisiti relativi alle loro proprietà in caso di incendio.
Va altresì considerata la possibilità che i materiali possano produrre sostanze chimiche corrosive o tossiche durante la combustione e che queste possano penetrare nella superficie del calcestruzzo e causarne la successiva corrosione. Ciò vale anche per qualsiasi rivestimento che possa essere usato. In caso di fibre di polipropilene indicate per ridurre il rischio di scheggiatura, si deve considerare l’aspetto della durevolezza del calcestruzzo dopo qualsiasi incendio significativo. Questo perché il calcestruzzo sarà più poroso dove le fibre si sono fuse, con una conseguente maggiore vulnerabilità rispetto alla carbonatazione o all’attacco del cloruro.
Le superfici stradali possono essere realizzate in calcestruzzo a base di cemento o asfalto. L’ articolo di Route/Roads article "Effects of Roadway Pavement on Fires in Road Tunnels" tratta le proprietà di questi materiali dal punto di vista della sicurezza antincendio. Tra i vari materiali, il calcestruzzo a base di cemento è l’unico a non essere combustibile e a non porre problemi circa il suo utilizzo nelle gallerie. Tuttavia, studi ed esperienze di incendi reali hanno mostrato che, nelle fasi in cui c’è in gioco la sicurezza delle persone, l’asfalto non contribuisce in misura significativa all’estensione dell’incendio (in termini sia di tasso di rilascio del calore sia di carico d’incendio totale) nel caso di incendio in una galleria stradale. L’asfalto aperto non è raccomandabile per le gallerie, in quanto le eventuali perdite di carburante si accumulano sotto la superficie stradale.
La resistenza al fuoco di una struttura può essere caratterizzata dal tempo che trascorre tra l’inizio di un incendio e il momento in cui la struttura smette di assicurare la sua funzione a causa di un crollo o di un’insostenibile deformazione.
Il Capitolo 7 "Design Criteria for Structure Resistance to Fire" of technical report 2007 05.16.B "Systems and Equipment for Fire and Smoke Control in Road Tunnels" riassume gli obiettivi della resistenza strutturale al fuoco nelle gallerie come segue:
Un ulteriore obiettivo è quello di limitare il periodo di tempo durante il quale il traffico sarà interrotto a causa delle riparazioni successive a un incendio.
Una panoramica dell’argomento è stata pubblicata nel Capitolo VII.4 "Fire resistance of structures" of technical report 1999 05.05.B "Fire and Smoke Control in Tunnels".
La resistenza al fuoco delle strutture è descritta in rapporto alle diverse curve tempo-temperatura. La Figura 9.2-1 mostra la curva ISO 834, la curva olandese RWS, la curva tedesca ZTV e una curva francese "maggiorata" degli idrocarburi, HCinc, nella quale le temperature sono moltiplicate da un fattore di 1300/1100 rispetto alla curva base degli idrocarburi (HC) dell’Eurocode 1 parte 2-2.
Figura 9.2-1: Curve delle temperature rispetto al tempo per gli standard ISO, HCinc, ZTV e RWS (Routes/Roads n.324)
I criteri di progettazione per la resistenza al fuoco nelle gallerie sono stati concordati dall’Associazione mondiale delle strade (AIPCR) e dall’Associazione mondiale delle gallerie, come illustrato nell’articolo di Routes/Roads "PIARC Design Criteria for Resistance to Fire for Road Tunnel Structures" (2004), e pubblicati sotto forma di raccomandazione dell’AIPCR nel Capitolo 7 "Design Criteria for Structure Resistance to Fire" of technical report 2007 05.16.B. Una sintesi delle proposte è presentata nella Tabella 9.2-2.
Note
(1) Possono volerci 180 minuti per una densità di traffico molto elevata di camion che trasportano merci combustibili.
(2) La sicurezza non è un criterio e non richiede nessuna resistenza al fuoco (oltre al fatto di evitare un crollo progressivo). La considerazione di altri obiettivi può tradursi nei seguenti requisiti:
(3) La sicurezza non è un criterio e non richiede nessuna resistenza al fuoco (oltre al fatto di evitare un crollo progressivo). La considerazione di altri obiettivi può tradursi nei seguenti requisiti:
(4) Altre strutture secondarie: devono essere definite sulla base di un progetto specifico.
(5) In caso di ventilazione trasversale.
(6) I ripari devono essere collegati all’aria aperta.
(7) Si può considerare un tempo superiore se c’è un volume molto elevato di camion che trasportano merci combustibili e l’evacuazione dai ripari non è possibile in 120 minuti.
Le conseguenze di un guasto influenzeranno i requisiti della resistenza al fuoco. Determinante è il tipo di galleria. In una galleria immersa, per esempio, un crollo locale può provocare l’allagamento dell’intera galleria, mentre un crollo locale in una galleria cut and cover può avere conseguenze molto limitate. Un requisito di base è che il crollo progressivo deve essere prevenuto e che i sistemi longitudinali fondamentali, come l’alimentazione elettrica o i cavi di comunicazione, non siano interrotti.
I materiali usati nelle strutture delle gallerie implicano diverse precauzioni per la protezione dal fuoco. La Sezione VII.3 "Fire reaction of materials" of the report 1999 05.05.B "Fire and Smoke Control in Tunnels" tratta le caratteristiche dei rivestimenti delle gallerie in roccia rispetto al cemento armato. L’intensità del calore generato durante un grave incendio può far perdere al cemento armato la sua funzione di supporto. L’isolamento per mezzo di una protezione resistente al fuoco può essere applicato per evitare che la struttura si danneggi troppo presto. Si deve considerare la resistenza al fuoco dell’intera costruzione (tipo e profondità del cemento armato/prefabbricato, ulteriore protezione ecc.).
La scheggiatura del calcestruzzo è provocata da differenze di temperatura ed espansione. Essa costituisce un pericolo per l’armatura, che è più facilmente esposta alle temperature elevate. In generale non comporta pericoli per l’evacuazione, ma potrebbe essere pericolosa per i vigili del fuoco. Si possono usare vari tipi di protezione resistente al fuoco per ridurre il rischio e gli effetti della scheggiatura, sebbene questa non possa mai essere completamente evitata a causa delle temperature elevate che si possono raggiungere. Occorre prestare attenzione alla resistenza al fuoco del sistema di ventilazione in modo tale che la sua performance di progetto non sia compromessa. È dunque necessario esaminare le conseguenze di un crollo locale di un condotto in caso di incendio.
Le vie di fuga sono usate soltanto durante la prima fase dell’incendio per permettere la fuga delle persone intrappolate. Tali vie devono poter essere utilizzate per un periodo di almeno 30 minuti. Nei casi in cui queste vie vengano usate anche dalle squadre di soccorso e antincendio, il periodo può essere più lungo.
Per evitare il propagarsi dell’incendio in una canna adiacente o in una via di fuga, le porte d’emergenza, le postazioni d’emergenza e altri dispositivi posizionati tra le due canne devono rimanere intatti durante un periodo di tempo specificato. Le porte d’emergenza e l’intera costruzione circostante, compreso il telaio delle porte, devono resistere all’esposizione al fuoco per almeno 30 minuti. Per una porta di collegamento tra due canne è richiesta una resistenza molto più lunga, per esempio da una a due ore.
Per quanto concerne la resistenza alle temperature elevate, gli impianti e i cavi delle gallerie possono essere classificati a grandi linee come resistenti al fuoco o non protetti.
Gli impianti e i cavi protetti con livelli variabili di resistenza al fuoco includono ad esempio:
I sistemi non protetti, come ad esempio i segnali stradali, le telecamere e gli altoparlanti, hanno temperature operative fino a 50 °C ed è probabile che si guastino a temperature relativamente basse. I materiali includono:
Di seguito sono indicate le temperature critiche per i materiali usati in tali dispositivi non protetti:
Tutti i raccordi usati per fissare gli impianti alle strutture devono essere considerati in relazione al loro comportamento in caso di incendio.