Inquinamento nel tunnel autostradale del S. Gottardo : misure e simulazione numerica a confronto

Pollution inside road tunnels is one of the factors that is commonly controlled in order to guarantee safety conditions of these infrastructures. Safety thresholds are key tools to prevent accidents and to avoid the exposure to risks for the health of the men at work during maintenance operation. In this work, a realistic standard condition of the Gotthard motorway tunnel (one of the longest road tunnel in the world with bidirectional traffic) was analysed. In particular, thanks to pollution and flow field measurements available for the tunnel, it was possible to obtain a data set that was used as reference for the results of two Computational Fluid Dynamics (CFD) models developed for a part of the tunnel. Both the models were developed with Ansys FLUENT®. Firstly, a numerical model developed for the situation of non-traffic was validated using field measurements directly acquired by the author inside the tunnel. Subsequently, through the use of data collected by the fixed monitoring system of the tunnel, the first developed numerical model was adapted in order to replicate an intense traffic situation. Temperature, velocity and carbon monoxide were the parameters analysed and compared. The vehicles’ movement, which are constituted by both cars and heavy-duty vehicles, was simulated for a stationary condition inside the tunnel. The capability of reproducing typical traffic situations inside large infrastructures such as the Gotthard road tunnel can be a support tool for both the design of new ventilation systems and for the management of existing ones, which can be optimized to operate in emergency conditions and to monitor the pollution generated by future traffic scenarios.

L’inquinamento all’interno dei tunnel è uno dei fattori che viene tenuto sotto controllo per garantire le condizioni di sicurezza di queste infrastrutture. Il rispetto delle soglie di sicurezza può essere determinante come strumento di prevenzione per gli incidenti e per evitare l’esposizione a rischi per la salute degli addetti ai lavori coinvolti nella gestione in esercizio. In questo contesto, potendo sfruttare una serie di misure effettuate all’interno del Tunnel Autostradale del San Gottardo, è stato possibile eseguire un confronto diretto con i risultati di due modelli numerici di un tratto del traforo, configurati con le medesime caratteristiche. Grazie a questo approccio è stato possibile con una prima sessione di misure convalidare un modello puramente fluidodinamico, privo di traffico. Successivamente è stata eseguita la simulazione numerica di un secondo modello con una situazione di traffico intenso, confrontandone i risultati con le misure raccolte dal sistema di monitoraggio del traforo oggetto di analisi. Questo lavoro ha permesso di analizzare la condizione reale di uno dei tunnel più lunghi al mondo con traffico bidirezionale, simulandone il comportamento in termini di inquinamento da monossido di carbonio attraverso la fluidodinamica computazione (CFD) di un modello programmato con ANSYS FLUENT®. A differenza di altri approcci, le simulazioni condotte sono state eseguite in regime stazionario, simulando il movimento dei veicoli, rappresentati sia da auto che da mezzi pesanti. La situazione di traffico misto, nelle proporzioni rilevate dalle misure disponibili, ha consentito di analizzare la distribuzione e la concertazione dell’inquinante all’interno della porzione di volume del tunnel. La possibilità di replicare situazioni di traffico tipiche all’interno di grandi infrastrutture come queste, può essere uno strumento di supporto nella progettazione di nuovi impianti e nella gestione dei sistemi di ventilazione esistenti, i quali possono essere ottimizzati per operare sia nelle condizioni straordinarie di emergenza che per controllare l’inquinamento generato dagli scenari di traffico futuri.