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Criteri e soluzioni per la protezione attiva e passiva al fuoco

Protezione attiva e passiva al fuoco

Approfondimento antincendio

Al fine di garantire la sicurezza antincendio e di ridurre l’entità dei danni causati, vengono adottate misure di prevenzione e protezione attiva e passiva al fuoco. L’applicazione di tali misure consente sia di ridurre la probabilità che possa verificarsi un incendio, sia di limitare l’entità dei danni che lo stesso può causare.

La protezione passiva prevede le misure volte a contenere gli effetti dell’incendio sia nello spazio che nel tempo, al fine di salvaguardare le persone e la stessa costruzione, e sono intrinseche alle caratteristiche della costruzione ed i suoi elementi (ad esempio, la resistenza al fuoco). La protezione attiva, invece, individua tutte le apparecchiature atte a rilevare, limitare e contenere un incendio (estintori, reti idranti, impianti di estinzione automatica, ecc.…)

Nel seguente articolo, verranno trattate le misure di protezione attiva e passiva al fuoco.

Le misure da adottare per la Prevenzione e Protezione Antincendio

Lo scopo di una corretta valutazione del rischio incendio è quella di ridurlo fino ad un valore che risulti accettabile. A tale scopo si ricorre alle misure di prevenzione e protezione antincendio.  La prevenzione antincendio consente di ridurre la probabilità che l’incendio insorga, la protezione antincendio, invece, riduce la magnitudo dei danni, ovvero l’entità del danno causato dall’incendio.

La Prevenzione Incendi viene definita dal “Codice di Prevenzione Incendi D.M. 3/8/2015, modificato dal D.M. 18/10/2019” come:

Prevenzione incendi: funzione preminente di interesse pubblico diretta a conseguire, secondo criteri uniformi sul territorio italiano, gli obiettivi di sicurezza della vita umana, di incolumità delle persone e di tutela dei beni e dell’ambiente attraverso la promozione, lo studio, la predisposizione e la sperimentazione di norme, misure, provvedimenti, accorgimenti e modi di azione intesi ad evitare l’insorgenza di un incendio e degli eventi ad esso comunque connessi o a limitarne le conseguenze.

La Prevenzione Incendi, quindi, tratta tutte le misure di “Prevenzione e Protezione” facendo riferimento a tutti gli accorgimenti che vanno messi in atto, al fine di ridurre la possibilità di innesco di un incendio e/o di contenere la sua propagazione. Le misure di protezione si distinguono in “protezione attiva” e “protezione passiva”.

Definizione e dispositivi della Protezione antincendio attiva:

La Protezione antincendio attiva riguarda tutti i dispositivi che svolgono un ruolo attivo nell’estinzione di un incendio, riducendone gli effetti attraverso una veloce rilevazione e una rapida estinzione o controllo durante la sua fase di sviluppo. Le caratteristiche tecniche che i dispositivi devono avere sono stabilite da specifiche norme di prevenzione incendi: (Norme UNI, CEI, ecc.…) In relazione alla tipologia, i dispositivi di protezione attiva antincendio sono:

Estintori: utilizzati come primo intervento manuale sia da parte delle persone presenti che dagli addetti antincendio;
Reti idranti interne: utilizzate dagli “addetti antincendi” per un intervento tempestivo in caso di incendio, in attesa che intervengano i VVF;
Reti idranti esterne: utilizzate dagli “addetti antincendi” e dai VVF;
Sistemi di allarme incendio: questi sistemi segnalano tempestivamente il propagarsi del fuoco e dei prodotti della combustione. Generalmente si accompagnano al sistema di rivelazione incendi;
Impianti di rivelazione fumo: consentono di rilevare tempestivamente l’incendio allo scopo di ridurre i tempi di evacuazione e consentire lo spegnimento nella prima fase dell’incendio;

Evacuatori di Fumo e Calore: Consentono non solo di facilitare l’evacuazione delle persone e l’intervento dei soccorsi (sia personale addetto o soccorritori esterni), ma proteggono dai danni causati dagli effetti del fumo, delle sostanze tossiche e dei gas che si possono sviluppare durante un incendio ed evacuando calore, proteggono le strutture, diminuendo il rischio di un loro collasso.

Impianti automatici di spegnimento: Impianti che intervengono in modo automatico all’estinzione o al contenimento dell’incendio.  Nel primo caso si fa riferimento, ad esempio, ad un impianto sprinkler del tipo ESFR, nel secondo caso ad un impianto con degli erogatori tradizionali. Rientrano in questa categoria, non solo gli impianti sprinkler, ma anche quelli di estinzione a Gas, CO2, Water MIST, ecc.;

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Segnaletica di sicurezza: Consente di indicare le vie di esodo, l’ubicazione dei presidi antincendio e di tutto ciò che riguarda la sicurezza;

Illuminazione di Emergenza: Sistema che consente di illuminare i percorsi di esodo in caso di mancanza di energia elettrica.

Definizione ed elementi della Protezione antincendio passiva:

Tutte le misure orientate a contenere e limitare i danni causati dall’incendio sia nello spazio (per contenere o impedirne la propagazione) sia nel tempo (per contrastarne la durata) e che non hanno bisogno dell’intervento umano o di impianti, fanno parte della protezione antincendio passiva. In caso dello sviluppo di un incendio, l’applicazione di queste misure permette di preservare ciò che è contenuto all’interno dell’ambiente, dove l’incendio si è sviluppato, per un determinato periodo di tempo, senza che vi sia intervento.

Cos’è e come viene espressa la resistenza al fuoco

La resistenza al fuoco è una delle caratteristiche della protezione antincendio passiva. Per resistenza al fuoco, si intende:

l’intervallo di tempo, espresso in minuti di esposizione dell’elemento strutturale ad un incendio, durante il quale l’elemento costruttivo considerato conserva i requisiti progettuali di stabilità meccanica, tenuta ai prodotti della combustione e isolamento termico”. Il codice di Prevenzione Incendi, dal canto suo, la definisce come: “una delle misure antincendio di protezione da perseguire per garantire un adeguato livello di sicurezza di un’opera da costruzione in condizioni di incendio. Essa riguarda la capacità portante in caso di incendio, per una struttura, per una parte della struttura o per un elemento strutturale nonché la capacità di compartimentazione in caso di incendio per gli elementi di separazione strutturali (es. muri, solai, …) e non strutturali (es. porte, divisori, …)”.

Ne fanno parte le barriere antincendio, i contenitori ignifughi, le porte e gli infissi, i sistemi di filtraggio a prova di fumo impiegati per la comunicazione fra compartimenti, le strutture orizzontali e verticali e le pareti ed i solai di compartimentazione.

Per indicare la capacità di resistenza al fuoco viene utilizzata la parola REI. Si tratta di un acronimo che deriva dai parametri indicati nella definizione stessa di Resistenza al Fuoco: Stabilità meccanica (R), Tenuta ai prodotti della combustione (E) ed isolamento termico (I). La resistenza al fuoco viene espressa utilizzando un valore numerico n (30, 45, 60, 90 …) e indica il tempo in minuti durante i quali la struttura riesce a garantire le caratteristiche di resistenza al fuoco sopra citate.

Con REI subito seguito da un numero n (30, 60, 90, 120…) viene identificato un elemento costruttivo che riesce a conservare, sia la resistenza meccanica (R), sia la tenuta ai gas caldi ed alle fiamme (E) che l’isolamento termico (I) per il tempo n indicato.

Con RE, seguito da un numero n (30, 60, 90, 120 …) viene indicato un elemento costruttivo che riesce a conservare sia la resistenza meccanica (R), sia la tenuta ai gas caldi ed alle fiamme (E) per il tempo n indicato.

Infine, con R, sempre seguito da un numero n (30,60, 90. 120…) viene indicato un elemento costruttivo che conserva la resistenza meccanica (R), per il tempo n indicato.

COME E IN QUALI MODI VERIFICARE LA RESISTENZA AL FUOCO

Il metodo Tabellare è il metodo più semplice al quale il professionista può ricorrere. L’elemento per il quale deve essere verificata la resistenza al fuoco va valutato nel rispetto di determinati parametri, con l’impiego di tabelle che forniscono, senza alcun calcolo, le caratteristiche di resistenza al fuoco. La normativa italiana propone tabelle che indicano condizioni sufficienti per la classificazione di elementi costruttivi resistenti al fuoco. I valori contenuti nelle tabelle sono frutto di campagne sperimentali e di elaborazioni numeriche e si riferiscono alle tipologie costruttive e ai materiali di maggior impiego. Seppure di semplice impiego, il metodo tabellare presenta, però, un limite. Infatti, i valori indicati, pur essendo cautelativi, non consentono estrapolazioni o interpolazioni tra gli stessi o modifiche delle condizioni di utilizzo. L’uso delle tabelle è strettamente limitato alla classificazione di elementi costruttivi per i quali è richiesta la resistenza al fuoco nei confronti della curva standard tempo-temperatura.

grafico curva incendio

L’approccio al metodo Sperimentale è da considerare semplice a livello di progettazione, ma risulta oneroso per il cliente. Con questo metodo, infatti, il cliente è costretto a sostenere spese ingenti per proteggere delle strutture mediante elementi protettivi (lastre in materiale REI, vernici intumescenti, intonaci speciali…)

L’approccio al metodo Analitico è quello che offre al progettista la possibilità di sfruttare pienamente le proprie capacità ingegneristiche, ma risulta anche il metodo più complesso per verificare le prestazioni di resistenza al fuoco delle strutture, analizzando sia le sollecitazioni che agiscono sulla struttura, sia l’andamento delle temperature all’interno della sezione analizzata. Questo tipo di verifica però, se da una parte risulta complessa, dall’altra consente di verificare molte soluzioni e certificare delle strutture non gravando eccessivamente da un punto di vista economico, sul titolare dell’attività.

In futuro, grazie allo sviluppo di nuovi modelli software sempre più facili da gestire, il metodo analitico diventerà il metodo principale, grazie alla sua versatilità e alla sua economicità, e sarà in grado di soddisfare i professionisti certificatori.

natural curve time-temperature

Il codice di prevenzione incendi e le soluzioni conforme e alternative per la verifica di resistenza al fuoco.

Il Codice di Prevenzione Incendi, al punto S.2.8.1, stabilisce che la capacità del sistema strutturale, in caso di incendio, viene determinato in funzione della capacità portante propria degli elementi strutturali singoli, di parti di struttura o di tutto il sistema costruttivo, incluse le condizioni di carico e di vincolo e tenendo conto, se presenti, dei materiali protettivi.

Le deformazioni ed espansioni imposte o impedite, dovute ai cambiamenti di temperatura per effetto dell’esposizione al fuoco, producono sollecitazioni indirette, forze e momenti nei singoli elementi strutturali che devono essere tenuti in considerazione, tranne nei casi seguenti

  1. è riconoscibile a priori che esse sono trascurabili o favorevoli;
  2. i requisiti di sicurezza all’incendio sono valutati in riferimento ad una curva nominale d’incendio.

Quindi, le soluzioni conformi possono essere adottate con riferimento alla capacità portante propria di singoli elementi strutturali. Le soluzioni alternative, diversamente, devono essere studiate, in considerazione della capacità portante di porzioni di struttura o dell’intero sistema strutturale, a meno che è possibile verificare a priori che per quella determinata struttura gli effetti della deformazione ed espansione, causate dai cambiamenti della temperatura, non siano rilevanti.

Quanto sopra esposto è stato chiarito con una nota del Ministero dell’Interno prot. N. 9962 del 24/07/2020 e prevede, in caso si utilizzino le curve naturali di incendio per verificare elementi strutturali senza protezione, di considerare le sollecitazioni indirette che si generano per deformazione o espansione, imposte o impedite, durante l’esposizione all’incendio, a meno che sia facilmente riconoscibile che queste sono trascurabili o favorevoli.

Le sollecitazioni indirette vengono normalmente considerate quando si modella l’intera struttura o in presenza di strutture significative. Tutto ciò, generalmente, non avviene nei modelli analitici su singoli elementi che, per tale motivo, non sono applicabili con incendi naturali, tranne i casi in cui è semplice individuare, a priori, che queste sono favorevoli o trascurabili.

Quando si utilizzano le soluzioni alternative, applicando i metodi della FSE, si applicano le tecniche qui di seguito indicate:

  • Viene eseguita una modellazione con un programma di fluidodinamica computazionale (CFD), in genere si utilizza il Fire Dynamics Simulator (FDS) del National Institute of Standards and Technology, per determinare, mediante l’apposizione di termocoppie virtuali all’interno dell’ambiente di simulazione, in corrispondenza delle sezioni più significative degli elementi strutturali, la variazione della temperatura nel tempo, ottenendo in questo modo le curve naturali di incendio di progetto.
  • Si effettua un calcolo con un modello agli elementi finiti (Ansys, Adina, Straus, Safir) per ottenere il comportamento dell’intero complesso strutturale o di parte di esso, sotto l’azione del fuoco rappresentato dalle curve naturali di incendio, nelle ipotesi di carico e di calcolo previste dalle NTC.
  • Si determina il comportamento termo-meccanico delle sezioni degli elementi strutturali ritenute più significative, calcolando la distribuzione delle temperature all’interno dei singoli elementi, al variare del tempo; si determina quindi il tempo di collasso dei singoli elementi strutturali, ottenendo infine la R da assegnare all’intero complesso strutturale.

simulazione scenario complesso

simulazione esodo

Da ciò, si evince che per effettuare una verifica analitica termo-strutturale della resistenza al fuoco è necessario impiegare diversi modelli di calcolo anche di non semplice controllo.

 

Namirial CPI Win REI: il software per la verifica analitica di resistenza al fuoco

CPI win REI verifica analiticamente la resistenza al fuoco di strutture in calcestruzzo armato e calcestruzzo armato precompresso, murature, profili in acciaio e strutture in legno.

Definita la struttura da verificare, si procede ad impostare i fronti di fuoco ai quali è esposta la sezione, indicando, se presenti, gli elementi di protezione. L’analisi termica verificherà la distribuzione delle temperature all’interno della struttura. Per il calcolo delle isoterme è possibile scegliere una curva naturale di incendio, ottenuta tramite l’applicazione dei principi della Fire Safety Engineering (FSE) oppure una curva standard.

La verifica di resistenza verrà eseguita agli stati limite ultimi, aggiungendo le sollecitazioni che gravano sulla struttura e impostando il valore relativo al coefficiente di sicurezza: per ogni passo stabilito verrà verificato il comportamento termico e di resistenza dell’elemento oggetto di verifica. I risultati di calcolo verranno esportati in una relazione dettagliata e personalizzabile.

NAMIRIAL S.p.A., al fine di adeguare allo stato dell’arte i propri modelli (CPI win FSE, CMP, CPI win REI) e per aderire alle richieste di numerosi utenti ha sviluppato ed è in fase di realizzazione, un programma di ricerca rivolto alla creazione di un unico modello che consentirà, a partire dal semplice disegno della struttura nel suo complesso, di eseguire l’analisi fluidodinamica degli scenari di incendio previsti e successivamente l’analisi strutturale e termo-meccanica degli elementi, fino alla determinazione della resistenza al fuoco dell’intero complesso strutturale o di parte significative della struttura.

In un prossimo futuro quello che oggi deve essere realizzato utilizzando una catena di modelli, sarà rappresentato da un solo modello che garantirà una maggiore flessibilità e adattamento ad ogni tipologia di struttura.

Immagine software CPI win REI Acciaio

 

 


Autore:

Arch. Martina Bellomia

Professionista antincendio

 


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