Il grande scavo

Quando il presidente dwight d. Eisenhower ha firmato la legislazione del Federal Highway System nel 1956, non avrebbe potuto immaginare il gigantesco progetto di costruzione che ora viene intrapreso a Boston per completare il sistema. I funzionari del governo lo chiamano il progetto Central Artery/Tunnel (CA/T); la gente del posto dice solo il Big Dig. Quando sarà terminata nel 2004, questa carreggiata vanterà un segmento largo otto corsie, lungo 3,5 miglia, completamente sepolto sotto il vivace distretto finanziario di una delle città più antiche della nazione. Il nuovo tunnel sostituirà la tanto denigrata Central Artery di Boston, un fatiscente viadotto in acciaio che taglia tra i grattacieli del centro, con un tratto della più grande autostrada sotterranea del mondo. Un tunnel sottomarino (completato nel 1995) alimenterà il traffico dall'aeroporto all'arteria, il tutto per un costo senza precedenti di oltre 10 miliardi di dollari.

Sebbene seppellire l'autostrada prometta di lasciare un ambiente migliore per gli abitanti della superficie di Boston - più pulito, più silenzioso, più aperto - aumenta la posta in gioco per i viaggiatori sotterranei. Gli ingorghi e le gomme a terra, semplicemente fastidiosi in superficie, possono diventare mortali sotto se gli automobilisti sono intrappolati in una foschia di gas di scarico tossici. Aggiungi al mix un incendio di un'auto o l'esplosione di una petroliera e la situazione potrebbe diventare disastrosa. Quindi gli ingegneri di Big Dig stanno sperimentando nuove tecnologie nella costruzione, nella gestione del traffico e nel controllo degli incendi, tutte progettate per mantenere la vita che scorre senza intoppi e in sicurezza attraverso l'arteria.

Questa storia faceva parte del nostro numero di maggio 1998

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I cervelli dietro l'operazione

oltre alla posa dell'acciaio e al getto di cemento, le squadre di Big Dig stanno distribuendo centinaia di telecamere a circuito chiuso, sensori a infrarossi e segnali a messaggio variabile in tutto il sistema, collegandolo a un sistema informatico in grado di resistere a un attacco terroristico e costruendo un centro di comando così pieno di schermi, tastiere e dispositivi di proiezione da far diventare Darth Vader verde d'invidia. Fa tutto parte della Central Artery/Tunnel Smart Highway, o sistema di trasporto intelligente.

Lavorando nel centro di controllo di Star Wars, la mezza dozzina di operatori umani del CA/T si adopererà per massimizzare il flusso del traffico e ridurre al minimo l'esposizione degli automobilisti al monossido di carbonio. Gli strumenti a loro disposizione includeranno semafori, segnali di limite di velocità, segnali di chiusura corsia, trasmettitori radio AM e FM, apparecchiature di ventilazione e persino pompe per le acque reflue.

I computer del CA/T monitoreranno costantemente il flusso di traffico attraverso il sistema. Se si verifica un'interruzione improvvisa, ad esempio il traffico in una corsia scende da 60 a 5 mph, il computer aziona automaticamente una telecamera per puntare l'area in questione. Il computer può calcolare la gravità dell'incidente, designare un operatore umano appropriato per gestirlo (in base alla sua formazione e ai compiti attuali) e far apparire l'immagine video sulla console dell'operatore. Quindi il computer consiglierà una strategia per gestire la situazione, ma lascerà la decisione finale all'essere umano, che può cambiare le luci, regolare l'attrezzatura di ventilazione o inviare messaggi ai conducenti, il tutto per evitare che un piccolo parafango si trasformi in una grave catastrofe.

Ma cosa dovrebbe fare effettivamente un operatore in caso di emergenza? Corsie chiuse? Traffico lento? Deviare il traffico? E per quanto tempo devono rimanere chiuse le corsie? Per rispondere a queste domande, il Massachusetts Highway Department ha stipulato un contratto con il gruppo Intelligent Transportation Systems del MIT ( http://its.mit.edu/ ) per costruire una simulazione al computer avanzata che modelli fino a 10.000 veicoli che si muovono attraverso rampe e tunnel.

Simuliamo le decisioni dei conducenti come l'accelerazione, la decelerazione, il cambio di corsia, la fusione e la resa, afferma il professor Moshe Ben-Akiva, che dirige il gruppo del MIT. Possiamo simulare incidenti bloccando le corsie per una certa durata. Possiamo simulare cambiamenti nelle condizioni di visibilità. Il sistema può anche determinare l'effetto della chiusura delle uscite o dell'aggiunta di nuove.

Insieme al simulatore di traffico, il gruppo MIT ha costruito un secondo simulatore che modella gli operatori umani e il sistema di gestione del traffico del CA/T. Ciò consente ai ricercatori di vedere l'effetto che diverse strategie di gestione del traffico avranno sul flusso e riflusso del traffico all'interno del tunnel. Quando si verifica un incidente all'interno del tunnel, ad esempio, le luci del portale sull'autostrada passano immediatamente dal verde al rosso per impedire l'ingresso di più auto. Utilizzando il simulatore, i ricercatori hanno calcolato quanto tempo gli operatori dovrebbero attendere dopo che l'incidente è stato eliminato prima che le luci del portale tornino dal rosso al verde. I piani originali per cambiare immediatamente le luci del portale in verde non erano una buona idea, dice Ben-Akiva. Dovresti ritardare il cambio fino a quando non lasci che il traffico all'interno si liberi. In caso contrario, si generano onde d'urto di traffico all'interno del tunnel.

Fuoco in montagna

se i progettisti e gli operatori di ca/t hanno avuto delle sorprese quando hanno iniziato a simulare il flusso del traffico, hanno avuto shock ancora maggiori quando hanno iniziato a esaminare un altro problema: come proteggere un tunnel e i suoi occupanti dalle devastazioni degli incendi. Non era solo la minaccia di ustioni dirette di cui erano preoccupati. In effetti, il fumo e il calore sono i veri assassini in un incendio, afferma Richard W. Drake, direttore operativo del Central Artery/Tunnel Project.

Per anni, spiega Drake, gli ingegneri di tutto il mondo hanno costruito tunnel per automobili con apparecchiature di ventilazione abbastanza grandi da gestire il fumo del più grande incendio concepibile. Ma non avevano modo di sapere come le loro concezioni del fuoco avrebbero eguagliato un vero incendio. Sebbene gli incendi nei tunnel, come quello scoppiato nel 1996 nel tunnel sotto la Manica che collega il Regno Unito e la Francia, catturino l'attenzione dei media internazionali, nessuno è bruciato sotto l'occhio vigile di strumenti scientifici ad alta velocità. Quindi gli ingegneri hanno sempre basato i loro progetti ignifughi su modelli teorici, non su dati concreti.

A disagio con questa incertezza, per decenni gli ingegneri hanno sovraccaricato i loro progetti, aggiungendo più apparecchiature di ventilazione, isolamento e supporto strutturale di quanto ritenessero necessario, nel caso in cui i loro modelli sottovalutassero il calore e il fumo che un incendio in galleria potrebbe produrre.

Ciò di cui avevano bisogno gli ingegneri era un banco di prova, un sistema sperimentale per gli incendi in galleria. E all'inizio degli anni '80, la Federal Highway Administration (FHA) ne escogitò uno, reindirizzando una sezione della I74 in un modo che lasciava un tunnel vuoto di 1,1 miglia nelle colline del West Virginia. Lì la FHA ha collaborato con Parsons Brinckerhoff, uno dei principali appaltatori di Big Dig, per eseguire una serie di ustioni su vasta scala che avrebbero finalmente messo alla prova le teorie sugli incendi dei tunnel.

Il team ha speso $ 10 milioni per rinnovare il tunnel abbandonato con un sistema di ventilazione all'avanguardia e altri $ 10 milioni per l'installazione di sofisticati strumenti di monitoraggio. Abbiamo dotato il tunnel di un sistema a griglia in modo da poter raccogliere dati su temperatura, flusso d'aria e monossido di carbonio in tutto il tunnel, afferma Drake, che ha supervisionato il progetto.

Nel mezzo del tunnel abbandonato gli ingegneri costruirono grandi bacinelle d'acciaio che misuravano più di 10 piedi di lato. Hanno riempito le pentole con 6 pollici di acqua (per proteggere l'acciaio dal calore) e poi un pollice di olio combustibile. Un bruciatore a propano telecomandato ha acceso il combustibile.

Alla fine, Drake ha supervisionato 101 ustioni. Il più piccolo era di 10 megawatt (MW), simulando una piccola automobile che prende fuoco. Il più grande era di 100 MW, circa la potenza rilasciata quando una piccola autocisterna di benzina ha uno scontro frontale con un camion.

Se vuoi vedere che aspetto ha l'inferno, ti mostreremo l'immagine di un incendio da 100 megawatt, dice Drake. È assolutamente incredibile vedere le piastrelle spazzate via dal muro. L'asfalto e i giunti di dilatazione del catrame bolle.

Con grande stupore del team, il tunnel e le apparecchiature di ventilazione hanno resistito a questi olocausti molto meglio di quanto previsto dai modelli. Nessuno pensava che avremmo mai spento questo numero di incendi. Pensavano che il tunnel sarebbe crollato molto prima che avessimo finito, dice Drake.

La resilienza del tunnel in West Virginia indicava una conclusione sbalorditiva: in tutto il mondo, miliardi di dollari erano stati sprecati per rendere i tunnel più resistenti al fuoco di quanto non fosse mai stato necessario.

Sebbene i risultati siano arrivati ​​troppo tardi per consentire una riprogettazione completa di Big Dig, Drake è riuscita comunque a risparmiare decine di milioni di dollari in calcestruzzo e costi di scavo riducendo alcuni pozzi di ventilazione ed eliminandone altri. Abbiamo risparmiato circa 25 milioni di dollari su questo progetto solo sui costi di isolamento, afferma Drake. Siamo molto fiduciosi di poterti mostrare un risparmio complessivo di 45 milioni di dollari.

Ancora più importante, i test hanno insegnato agli ingegneri come mettere a punto il sistema di ventilazione del CA/T. In caso di incendio, dice Drake, la saggezza popolare ha sempre sostenuto che i ventilatori che forniscono aria fresca alle regioni del tunnel adiacenti alle fiamme dovrebbero essere impostati a circa il 50 percento della capacità. È stato un tentativo di trovare un delicato equilibrio: non vuoi dare aria fresca al fuoco, spiega Drake, ma non vuoi nemmeno che le persone intrappolate nelle loro auto soffochino.

Ancora una volta, la saggezza convenzionale era sbagliata. Gli esperimenti in West Virginia hanno mostrato che è meglio abbassare i ventilatori di alimentazione vicini durante un incendio, fino a raggiungere solo il 10 o il 20 percento della capacità. A queste impostazioni ridotte, i test dimostrano, il sistema di ventilazione fornirà ancora abbastanza aria fresca per gli automobilisti intrappolati e non alimenterà le fiamme così in alto. È un aggiustamento strategico che potrebbe sembrare minore, ma con un quarto di milione di veicoli che dovrebbero superare il tunnel ogni giorno entro il 2010, il suo impatto potrebbe rivelarsi enorme.

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