Utilizzo dei metodi avanzati della Fire Safety Engineering

per la progettazione della sicurezza antincendio

G. Gai, E. CartapatiSapienza Università di Roma

P. Cancelliere, F.A. Ponziani, M. Mazzaro, D. De BartolomeoCorpo Nazionale dei Vigili del Fuoco

VGR 2016Valutazione e Gestione del Rischio negli Insediamenti Civili e Industriali

Istituto Superiore Antincendi, Roma, 13-15 settembre 2016

Indice• Metodi del Codice di Prevenzione Incendi

• Strumenti di calcolo

• Caso studio

• Modellazione dell’incendio

• Modellazione dell’esodo

• Conclusioni

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Nuovo Codice di Prevenzione Incendi

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Metodi del Codice di Prevenzione Incendi

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M1 - Metodologia per l’ingegneria della sicurezza antincendio

Descrive le principali fasi in cui deve articolarsi il lavoro, insieme ai contenuti minimi della documentazione che affianca gli elaborati progettuali.

Prima fase- Condizioni di rischio più realistiche per l’attività in esame

- Obiettivi di sicurezza

- Soglie di prestazione da verificare (performance criteria)

Seconda fase- Analisi qualitativa e quantitativa degli effetti dell’incendio tramite modelli di

calcolo

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Metodi del Codice di Prevenzione Incendi

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M2 - Scenari di incendio per la progettazione prestazionale

Scelta degli scenari di progetto

- Evento iniziatore

- Albero degli eventi scenari possibili

- Si selezionano gli scenari di progetto più gravosi in relazione all’obiettivo di sicurezza che si deve garantire

Nella fase di identificazione degli scenari, il professionista antincendio deve tenere conto degli incendi che hanno interessato edifici o attività simili a quella in esame mediante analisi storica.

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Metodi del Codice di Prevenzione Incendi

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M2 - Scenari di incendio per la progettazione prestazionale

Curva RHR- Dati sperimentali (misure di laboratorio) o dati pubblicati da fonti autorevoli

- Curva stimata di tipo quadratico (carico di incendio, superficie di ventilazione, attivazione impianti)

- Curva stimata considerando la propagazione dell’incendio per irraggiamento termico

- Focolari predefiniti (Tabella M2-2)Produzione di CO e soot

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Metodi del Codice di Prevenzione Incendi

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M3 - Salvaguardia della vita con la progettazione prestazionale

ASET RSET>>

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Metodi del Codice di Prevenzione Incendi

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Metodi analitici semplificatiForniscono relazioni analitiche per stimare effetti specifici dell’incendioEsempi: metodo di Thomas (flashover), metodo di Heskestad e Hasemi (incendi localizzati / temperatura gas sotto certe condizioni).

Modelli numerici a zoneFase pre flashover (strato di gas caldi superiore e strato di aria fresca inferiore).Esempi: Cfast e Ozone.

Modelli numerici di campoCostituiscono lo strumento più complesso per l’analisi degli effetti dell’incendio in fase pre e post flashover, risolvendo formulazioni più o meno complesse delle equazioni di Navier-Stokes.Esempi: FDS, FireFoam (OpenFoam), Ansys Fluent e CFX.

CFD: Computational Fluid Dynamics

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Strumenti di calcolo - Incendio

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I modelli di esodo sono uno strumento avanzato internazionalmente riconosciuto, la cui validazione è però tuttora oggetto di studio da parte della comunità scientifica.

La bontà dei risultati ottenuti dipende fortemente dai dati di input inserite dall’utente.

Modelli di movimentoIl moto degli occupanti segue sostanzialmente le leggi dell’idraulica.

Modelli semi-comportamentali (FDS+Evac)Il comportamento viene inserito indirettamente per i singoli occupanti (funzioni di probabilità, tempi di reazione, familiarità con le vie di esodo).

Modelli comportamentali (MassMotion)Più complessi nella definizione del moto intrapreso dagli utenti.

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Strumenti di calcolo - Esodo

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Modelli fine network (FDS+Evac, Pathfinder, buildingExodus)Il dominio in cui si muovono gli utenti è una mesh bidimensionale (piana o inclinata).

Modelli coarse network (buildingExodus)Lo spazio è suddiviso in aree (stanze, corridoi) che contengono gli utenti ma il loro movimento all’interno dell’area non è simulato direttamente (aree connesse tra di loro da archi).

Modelli continui (Legion, MassMotion)Il dominio è continuo e si simula direttamente il movimento degli utenti nello spazio di calcolo.

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Strumenti di calcolo - Esodo

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Permettono di studiare l’evoluzione dello stato tenso-deformativo della struttura con le fasi dell’incendio, con analisi di tipo non lineari in grandi spostamenti.

La resistenza al fuoco è valutata contestualmente alla modalità di collasso (implosione o esplosione della struttura).

Generalmente si utilizzano con curve di incendio monotone crescenti (tipo ISO834) invece delle curve naturali, poiché è ancora dibattuto il comportamento dei materiali durante la fase di decadimento di temperatura.

Esempi: Safir, Abaqus, Diana, Adyna, Ansys, Strauss.

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Strumenti di calcolo - Struttura

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Il complesso delle palazzine A e B della D.C.P.S.T. di Capannelle è scelto come caso studio.

Edificio A: 3 piani fuori terra42 persone

Edificio B: 3 piani fuori terra + 1 piano int.38 persone

Destinazione d’uso: uffici non aperti al pubblico

A

B

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Caso studio

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Incendio di un autoveicolo nell’autorimessa a piano terra (curva di letteratura)

Posizione sorgente: adiacente alla porta che dà sulla via di esodo.

Reazione chimica: poliuretano (tossicità molto elevata).

Mesh: 20 cm in prossimità della sorgente, 50 cm nel resto del dominio.

Ai fini dell’esodo

FDS

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Modellazione dell’incendio

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Albero degli eventi

Scenari di progetto

Incendio autorimessa

Porta autorimessa

chiusa

Porta vano scala

chiusa

Porta vano scala

aperta

Finestre chiuse

Finestre parz.

chiuse

Finestre aperte

Porta autorimessa

aperta

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Modellazione dell’incendio

Finestre chiuse

Finestre parz.

chiuse

Finestre aperte

Porta vano scala

chiusa

Porta vano scala

aperta

Finestre chiuse

Finestre parz.

chiuse

Finestre aperte

Finestre chiuse

Finestre parz.

chiuse

Fi a

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t = 10 minuti

Le vie di esodo non sono compromesse dal fumo (porta del locale incendiato chiusa).

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Incendio - Scenario 1Risultati

15

t = 15 minuti

Una via di esodo verticale è compromessa perché invasa dal fumo.

Gli occupanti possono comunque utilizzare le altre vie di esodo per raggiungere le uscite a piano terra.

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Incendio - Scenario 2Risultati

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Incendio - Scenario 3

Il fumo rende indisponibile anche uno dei camminamenti orizzontali tra le due palazzine.

Gli occupanti possono comunque utilizzare le altre vie di esodo per raggiungere le uscite a piano terra.

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Risultati

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Ipotesi• Elevato livello di gestione dell’emergenza

• Complessità geometrica media tipica di un edificio multipiano

• Sistema di allarme manuale

• Bassa densità

• Familiarità con l’ambiente

TEMPO DI PREMOVIMENTOBritish Standard 7974-6

30 s 60 s

+ 180 s (rilevamento)

FDS+Evac

Pathfinder

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Modellazione dell’esodo

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Scenari comportamentali

Incendio ed esodo sono trattati in maniera disaccoppiata.

Gli scenari comportamentali di esodo vengono definiti sulla base dei risultati delle simulazioni di incendio, disattivando di volta in volta una o più vie di esodo coerentemente con l’evoluzione dell’incendio.

Considerando che le vie di esodo sono ridondanti, si individuano 4 possibili scenari comportamentali (occupanti in fuga utilizzando sia dalla propria palazzina sia sfruttando le passerelle orizzontali per raggiungere l’altra palazzina).

+ elevata familiarità con le vie di esodo

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Modellazione dell’esodo Pathfinder

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Esodo

ASET > RSET

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Risultati

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Esodo + Incendio

Numerose incertezze associate alla modellazione dell’interazione fuoco - persona(soglia incapacitazione, algoritmo selezione dei percorsi invasi dal fumo, etc.)

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Risultati FDS+Evac

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Modelli di incendio e di esodo sono uno strumento utile per fare valutazioni di sicurezza antincendio sebbene l’onere computazionale sia in genere elevato.

L’utilizzo di tali modelli presuppone una conoscenza adeguata del software di riferimento, delle ipotesi su cui si basa e delle inevitabili approssimazioni. Non tutti i software si prestano facilmente alla modellazione di alcuni ambienti e fenomeni.

Il caso studio presenta volutamente una complessità ridotta (basse densità e ridondanza delle vie di esodo), poiché si vuole solo illustrare una metodologia applicativa.

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Conclusioni

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Grazie per l’attenzione

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