1.1 La galleria è un sistema complesso

• 1.1.1. Complessità del sistema
• 1.1.2. Sottogruppo "Ingegneria civile"
• 1.1.3. Sottogruppo "Ventilazione"
• 1.1.4. Sottogruppo "Sistemi operativi"
• 1.1.5. Sottogruppo "Sicurezza"
• 1.1.6. Sintesi

1.1.1 La galleria è un sistema complesso

Una galleria costituisce un "sistema complesso" che è il risultato dell’interazione di molti parametri diversi. Tali parametri possono essere riuniti in sottogruppi, di cui i principali sono rappresentati nel grafico seguente (Fig. 1.1-1).

Tutti questi parametri sono variabili e interattivi, sia all’interno di ogni sottogruppo sia tra i sottogruppi stessi.

• La ponderazione relativa dei parametri e il loro carattere variano in funzione della natura di ogni galleria. Ad esempio, i criteri determinanti e la ponderazione dei parametri non sono gli stessi per una galleria urbana e una galleria di montagna.
• I parametri cambiano a seconda che si tratti di gallerie corte o lunghe, o ancora di gallerie attraversate da veicoli che trasportano merci pericolose o di gallerie nelle quali è ammesso solo per il trasporto di passeggeri.
• I criteri non sono gli stessi per una galleria di nuova costruzione o una galleria da ristrutturare o riqualificare in modo da essere resa conforme ai nuovi standard in materia di sicurezza.

Nota 1: i collegamenti sono multipli e spesso reversibili: il concetto generale della galleria e la sezione funzionale sono posti al centro della figura. Si possono creare schemi simili posizionando altri fattori al centro della figura.

• Nota 2: il primo cerchio rappresenta i "campi tecnici". Alcuni campi rappresentano aspetti multipli:
• sicurezza: regolamentazione – analisi dei rischi – mezzi di intervento – requisito di disponibilità;
• geologia: geologia – geotecnica – dimensionamento strutturale;
• opere civili: metodi – programma di costruzione – rischi e pericoli;
• operatività: operatività e manutenzione (aspetti tecnici);
• costi: costruzione – operatività – manutenzione giornaliera – riparazioni principali;
• ambiente: regolamentazione – diagnosi – valutazione dell’impatto – trattamento e attenuazione.

Nota 3: il secondo cerchio rappresenta il "contesto" nel quale il progetto deve essere sviluppato. Alcuni elementi rappresentano aspetti multipli:

• ambiente umano: sensibilità – urbanizzazione – presenza di edifici o infrastrutture;
• ambiente naturale: sensibilità – acqua – fauna – flora – qualità dell’aria – territorio;
• natura dei trasporti: natura e volume del traffico – tipologia – tipi di merci trasportate – ecc.;
• varie limitazioni esterne: accessi e particolari limitazioni – condizioni climatiche – valanghe – stabilità del terreno – contesto socioeconomico – ecc.;
• livello di redditività: accettabilità economica – capacità di finanziamento – controllo dei costi finanziari – contesto politico ed economico generale in caso di Concessione o Partenariato pubblico privato (PPP).

La progettazione di una nuova galleria (o il rifacimento e la riqualificazione di una vecchia galleria) richiede che siano tenuti in considerazione questi numerosi parametri. L’albero decisionale relativo a questi parametri è complesso e richiede il contributo di parti esperte e multidisciplinari. Esse devono intervenire il prima possibile per i seguenti motivi:

• per permettere che tutti i parametri rilevanti siano considerati sin dall’inizio del progetto ed evitare le tante potenziali insidie rilevate nei progetti in corso o nelle gallerie completate da poco. Tali errori includono la considerazione tardiva dell’impianto richiesto per l’operatività e la sicurezza, nonché lo sviluppo di un sistema di supervisione senza integrare i risultati dell’analisi dei rischi, il piano d’emergenza o le procedure operative. Di conseguenza, la galleria e i suoi sistemi e impianti per l’operatività e la supervisione possono essere inappropriati per un funzionamento affidabile e sicuro;
• un intervento tempestivo contribuisce a una migliore ottimizzazione del progetto, sia dal punto di vista della sicurezza sia in termini di costi di costruzione e operativi. Esempi recenti indicano che le ottimizzazioni trasversali (ingegneria civile – ventilazione – evacuazione in sicurezza) apportate nelle prime fasi del progetto possono contribuire per il 20% circa alla riduzione dei costi.

Ogni galleria è unica e richiede un’analisi specifica che tenga conto di tutte le condizioni specifiche e particolari. Tale analisi è essenziale per fornire risposte idonee e per:

• ottimizzare il progetto da un punto di vista tecnico e finanziario;
• ridurre i rischi tecnici, finanziari e ambientali;
• garantire il livello richiesto di sicurezza per gli utenti della galleria.

Non esiste nessuna "soluzione magica" e un semplice processo di "copia e incolla" è quasi sempre inadatto.

La progettazione e l’ottimizzazione di una galleria richiedono:

• un inventario completo e dettagliato di tutti i parametri;
• un’analisi delle interazioni tra i parametri;
• la valutazione del grado di flessibilità di ciascun parametro e, se necessario, della sensibilità di ognuno di essi in riferimento agli obiettivi richiesti;
• un approccio olistico al raggiungimento del successo, in quanto:        
  - non è possibile un approccio esclusivamente matematico, per via del fatto che il "sistema" è troppo complesso e non esiste un’unica risposta;  
  - troppi parametri rimangono non specificati o variabili durante le prime fasi di un progetto le scelte fondamentali restano in sospeso;   
  - bisogna considerare la valutazione dei rischi, la loro gravità e la loro probabilità;
  - molti parametri sono interdipendenti e molte interazioni sono circolari.

Nei paragrafi successivi sono riportati alcuni esempi che consentono di chiarire la complessità, l’interattività e il carattere iterativo e "circolare" dell’analisi.

Tali esempi non intendono fornire una risposta completa. Il loro scopo consiste semplicemente nel sensibilizzare il lettore sulle varie questioni in modo da formulare considerazioni mirate per ogni specifica galleria.

1.1.2 Sottogruppo "Ingegneria civile"

1.1.2.1 Parametri

La Tabella 1.1-2 seguente fornisce un esempio dei principali parametri riguardanti gli aspetti di ingegneria civile:

Tabella 1.1-2 : Parametri principali a livello di ingegneria civile

• La prima colonna della tabella mostra i principali gruppi di parametri.
• La seconda colonna mostra i principali sottogruppi di parametri relativi a un gruppo principale.
• La terza colonna elenca un determinato numero di parametri elementari relativi a un sottogruppo. L’elenco non è esaustivo.
• La quarta colonna mostra, per ogni gruppo o sottogruppo, i principali risultati relativi al sottogruppo.

1.1.2.2 Interazioni tra parametri

Le interazioni tra parametri sono numerose e spesso realizzate per mezzo di collegamenti circolari che tengono conto delle sovrapposizioni tra i vari parametri.

L’esempio seguente (Tabella 1.1-3) si riferisce alle interazioni tra ventilazione, sezione e sicurezza:

• La prima colonna riguarda la ventilazione. I parametri elencati in questa colonna sono i parametri elementari risultanti dalla precedente Tabella 1.1-2 per il sottogruppo "Ventilazione".
• La seconda colonna riguarda la sezione. I parametri risultano dalla Tabella 1.1-2.
• La terza colonna riguarda la sicurezza.

Tabella 1.1-3 : Interazioni tra parametri

La figura mostra un determinato numero di parametri comuni a più colonne (v. linee di collegamento), che creano interazioni circolari tra i vari sottogruppi di parametri. Tali interazioni sono collegate da funzioni complesse, che rendono praticamente impossibile una semplice soluzione matematica del problema. La soluzione del problema richiede la definizione di una gerarchia tra i vari parametri, seguita dalla considerazione delle ipotesi per i parametri di gerarchia superiore. Questa gerarchia differisce da progetto a progetto, ad esempio:

• Per una galleria di breve o media lunghezza con un unico senso di marcia, il sistema di ventilazione più probabile è la "ventilazione longitudinale". Infatti, i ventilatori a impulso fissati alla calotta hanno in genere un impatto molto basso sulle dimensioni della sezione. Questa potrebbe essere quindi dimensionata inizialmente prima di progettare la ventilazione, ma tendendo conto degli altri parametri determinanti. L’impatto della ventilazione sulla sezione sarà poi verificato successivamente.
• Al contrario, se la galleria è molto lunga o la sezione è rettangolare (metodo cut and cover), il sistema di ventilazione e i suoi componenti (sezione, numero e natura dei possibili condotti dell’aria – dimensione dei ventilatori a impulso se richiesti – ecc.) hanno un impatto fondamentale sulla misura della sezione. Il sistema di ventilazione dovrà essere predimensionato all’inizio dell’analisi, formulando ipotesi preliminari sulle dimensioni della sezione. Si procederà poi a verificare la geometria della sezione.

Il processo di soluzione è quindi un processo iterativo che si basa su un primo gruppo di ipotesi, come mostrano gli esempi precedenti. Tale processo richiede ingegneri con una vasta esperienza tecnica trasversale a più discipline, in modo da poter prendere in considerazione i parametri rilevanti per un progetto, affrontare meglio le successive iterazioni e garantire la migliore ottimizzazione del progetto, con il livello richiesto di servizio e sicurezza.

1.1.3 Sottogruppo "Ventilazione"

La Tabella 1.1-4 seguente fornisce un esempio dei principali parametri riguardanti gli aspetti di ventilazione. Questa tabella non intende essere esaustiva.

Come per il sottogruppo "ingegneria civile", le interazioni tra i parametri sono numerose e sono inoltre soggette a relazioni circolari.

Il processo di risoluzione dei problemi è simile a quello delineato in precedenza per il sottogruppo "ingegneria civile".

Tabella 1.1-4: Principali parametri che influenzano la ventilazione

1.1.4. Sottogruppo "Sistemi operativi"

Non si tratta di parametri fondamentali per la definizione della sezione funzionale, salvo le seguenti eccezioni:

• cassette e manicotti per il passaggio dei cavi, tubi per l’alimentazione d’acqua per il sistema antincendio;
• segnali, segnaletica informativa, istruzioni di sicurezza e di polizia. Talvolta (metodo cut and cover rettangolare) i segnali possono avere un impatto molto importante sulla geometria (distanza tra la sede stradale e l’intradosso con un possibile impatto sull’allineamento verticale e la lunghezza della galleria). Questo può eventualmente richiedere un’ottimizzazione più globale, che può riguardare la posizione e/o la forma degli interscambi al di fuori della galleria vicino agli imbocchi.

I "Sistemi operativi" costituisce d’altro canto un parametro essenziale per il dimensionamento delle costruzioni tecniche in corrispondenza degli imbocchi, delle sottostazioni sotterranee per macchine e sistemi e di tutti spazi tecnici sotterranei o delle varie rientranze e nicchie. Spesso si rendono necessari interventi particolari per quanto riguarda la temperatura, la climatizzazione e la qualità dell’aria.

L’importanza di questi parametri si fa sentire anche in termini di costi di costruzione, funzionamento e manutenzione.

I "Sistemi operativi" rappresentano un parametro essenziale per la sicurezza delle gallerie e devono essere progettati, costruiti e sottoposti a manutenzione in un’ottica di:

• disponibilità e affidabilità, in particolare alimentazione elettrica e distribuzione, di tutte le reti di comunicazione;
• protezione antincendio di tutti i sistemi , in particolare dei cavi dell’alimentazione elettrica principale e dei cavi delle reti di trasmissione;
• resistenza dell’impianto e dei suoi componenti per garantirne la durata, l’affidabilità e l’ottimizzazione dei costi di funzionamento e manutenzione;
• agevolazione degli interventi di manutenzione con un basso impatto sulle condizioni di traffico, come pure sulla sicurezza delle squadre di manutenzione e degli utenti, cosa che richiede particolari interventi a livello di progettazione e accessibilità di queste strutture;
• integrazione delle procedure operative e del piano d’emergenza nella progettazione del sistema di supervisione (SCADA), nell’ergonomia delle interfacce uomo/macchina e nell’assistenza all’operatore in particolare in caso di incidente.

1.1.5. Sottogruppo "Sicurezza"

1.1.5.1.Concetto "Sicurezza"

Le condizioni di sicurezza in una galleria risultano da molti fattori che sono presentati nel Capitolo 2 del presente manuale. È necessario tenere conto di tutti gli aspetti del sistema, che è costituito sia dall’infrastruttura stessa per la garanzia della sicurezza sia dal suo funzionamento, dai suoi interventi, veicoli e utenti (Fig. 1.1-5).

L’infrastruttura è un parametro importante per i costi di costruzione. Tuttavia, si può investire molto nell’infrastruttura senza migliorare le condizioni di sicurezza se non si considerano parallelamente le disposizioni fondamentali in materia di:

• organizzazione, mezzi materiali e umani, procedure operative e di intervento;
• formazione del personale operativo;
• componenti dei servizi d’emergenza con materiale efficiente e formazione del personale addetto;
• comunicazione con gli utenti.

1.1.5.2. Come influiscono questi parametri sul progetto di una galleria?

Questi parametri relativi alla sicurezza possono influire in modo più o meno importante sul progetto di una galleria. Le tabelle seguenti forniscono alcuni esempi.

Nota: le quattro tabelle seguenti si riferiscono ai quattro campi principali rappresentati nella Fig. 1.1-5.

• Colonna 1 indica la principale infrastruttura o le azioni correlate
• Colonna 2 indica il grado d’influenza nella progettazione del tunnel (ingegneria civile - ventilazione – operazione ed equipaggiamenti della sicurezza):
  • Verde: nessun impatto,
  • Giallo: impatto medio,
  • Rosso: impatto importante o principale.
• Colonna 3 specificale principali motivi o le cause d’influenza.

.1.6. Sintesi

Una galleria è un "sistema complesso", il che significa in particolare che:

• affrontare la progettazione di una galleria soltanto dal punto di vista dell’allineamento, della geologia o dell’ingegneria civile causa gravi difetti di progettazione, che probabilmente renderanno la galleria meno sicura (ed eventualmente addirittura pericolosa) e di difficile utilizzo (o magari inutilizzabile in condizioni ragionevoli);
• analogamente, anche affrontare la progettazione di una galleria soltanto dal punto di vista dei sistemi operativi, senza integrare un’analisi a monte dei rischi e della sicurezza, degli interventi e dell’operatività, causerà difetti che appariranno molto rapidamente non appena la galleria sarà aperta al traffico;
• la mancata considerazione, dalla fase preliminare di progettazione, di tutti gli obiettivi e le restrizioni riguardanti l’operatività e la manutenzione determinerà inevitabilmente maggiori costi operativi e una minore affidabilità complessiva.

Sfortunatamente, il trattamento parziale dei problemi è un fenomeno ancora piuttosto frequente a causa dell’assenza di una sufficiente "cultura delle gallerie" dei vari soggetti coinvolti nella progettazione.

Il controllo di questo sistema complesso è difficile ma essenziale per poter:

• trovare la soluzione giusta a ogni problema;
• assicurare che gli utenti abbiano un sufficiente livello di sicurezza e offrire loro un servizio di qualità e un buon confort.

Parallelamente, il controllo di questo sistema complesso contribuisce molto spesso all’ottimizzazione tecnica ed economica del progetto, attraverso una chiara e tempestiva definizione delle funzioni che devono essere garantite e l’applicazione di un valido processo ingegneristico.

La considerazione, sin dall’inizio del progetto, degli aspetti principali in tema di:

• allineamenti orizzontali e verticali, geologia, criteri e metodi in materia di opere dell’ingegneria civile;
• ventilazione;
• sicurezza (attraverso un’analisi preliminare dei rischi e dei pericoli e un piano d’emergenza preliminare);
• condizioni operative e di manutenzione

costituisce un approccio efficace alla soluzione di questa complessa equazione.