Marco Antonelli. PROMAT S.p.A. Amministratore Delegato

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1 Scenari d incendio Le nuove frontiere della protezione strutturale Milano, 31 marzo 2008 benvenuti SPEAKER : Marco Antonelli Amministratore Delegato PROMAT S.p.A. C.so Paganini 39/ Genova Tel Fax Info@Promat.it Dal mio piccolo aereo di stelle io ne vedo 1

2 Promat worldwide USA Europe East Europe Finland Russia Chile Brazil Argentina Asia Pacific UK France Netherlands Belgium Germany Switzerland Austria Poland Slovakia Rep. Ceca Italy Croatia Spain Promat leader mondiale nella produzione di silicato di calcio e prodotti intumescenti 8 stabilimenti di produzione 5 laboratori di ricerca certificati nel mondo 150 brevetti internazionali 2

3 Lastre in silicato di calcio e Promaxon Barriere passive & termoespandenti 3

4 Pitture intumescenti e intonaci antincendio Alcuni spunti di riflessione FSE un approccio innovativo alla prevenzione incendi Come si ragiona con i nuovi regolamenti? 4

5 Programma Approccio prescrittivo, prestazionale e predittivo Progettazione secondo i criteri FSE: procedura, responsabilità, scenari di progetto e curve di incendio naturale Resistenza al fuoco delle strutture e compartimentazioni: concetto di robustezza e vulnerabilità ed analisi di sistema Alcune considerazione sui limiti dell approccio prestazionale: compartimentazione, esodo e programmi di calcolo Prescrittivo vs. prestazionale Regolamento prescrittivo Obiettivi non esplicitati dalla normativa Progettare secondo un regolamento Indicazione dei requisiti minimi in termini fisici (resistenza al fuoco, altezze, distanze, aperture) Regolamento prestazionale Richieste espresse in termini di obiettivi Progettare in funzione degli scenari possibili Considerare le reazioni fra sistemi, prodotti e soluzioni: valutazione dell intero sistema in condizioni reali 5

6 Prescrittivo Vs. prestazionale Prescrittivo La massima distanza di un persona dall uscita di sicurezza deve essere 30 metri, ci deve essere un uscita ogni 50 persone e ogni uscita deve avere una larghezza minima di 1100 mm. Prestazionale Ci devono essere abbastanza uscite di sicurezza, di larghezza sufficiente, per permettere a tutte le persone presenti nell edificio di scappare in modo sicuro entro 10 minuti dall insorgere dell incendio. Processo di valutazione e progettazione della sicurezza antincendio (DM 9/5/07) Analisi preliminare Definizione del progetto Identificazione degli obiettivi Individuazione dei livelli di prestazione Individuazione degli scenari di incendio 6

7 Processo di valutazione e progettazione della sicurezza antincendio (DM 9/5/07) Analisi quantitativa Scelta dei modelli Risultato delle eleborazioni Individuazione del progetto finale DOCUMENTO DI PROGETTO Definizione del progetto: condizioni al contorno 7

8 Definizione degli obiettivi Direttiva CEE 21 dicembre /106) Cinque punti fondamentali per la sicurezza antincendio Garanzia della capacità portante Limitazione della produzione e la propagazione del fuoco Limitazione di rischio per le opere vicine Possibilità per gli occupanti di lasciare l opera Considerazione per la sicurezza delle squadre di soccorso Definizione degli obiettivi (alcuni esempi) Tutti gli occupanti devono uscire senza danni permanenti. Garantire un tempo di sfollamento maggiore di 15 minuti. Il personale di soccorso deve agire in assenza di fumo fino al completamento del lavoro L esodo deve avvenire prima dell azionamento degli impianti di spegnimento Le strutture non devono collassare per tutta la duarta dell incendio e/o i danni devono essere riparati entro 45 giorni. Il fumo, il calore e gli agenti aggressivi non devono rovinare le tele dei quadri esposti nelle sale (o i libri, i documenti, ecc) 8

9 Identificazione dei livelli di prestazione SOGLIE DI ACCETTABILITÀ Specie Accettabilità Descrizione Visibilità 10 m Visibilità per oggetti illuminati da fonti esterne corrispondente circa a 25 m per sorgenti luminose (es. segnali retroilluminati) Temperatura 50 C CO 2 0,5% In condizioni di umidità relativa < 50% corrisponde a un tempo di tollerabilità di 2 ore Limite di sicurezza per esposizione prolungata. In concentrazione del 3% induce il raddoppio delle frequenza respiratoria CO 500 ppm Allucinazioni dopo minuti (1.000 ppm danno perdita di coscienza in un ora, ppm sono letali in 30 minuti) Ossigeno 15% Primi segni di affaticamento Flusso termico 2 kw/m 2 minuti (l esposizione solare raggiunge 1 kw/m 2 ; 4 kw/m 2 producono ustioni cutanee in Esposizione tollerabile per tempi pari a diversi tempi brevi) Scenari di Incendio di progetto Nel processo di individuazione degli scenari di incendio di progetto, devono essere valutati tutti gli incendi realisticamente ipotizzabili, scegliendo i più gravosi per lo sviluppo e la propagazione dell incendio, la conseguente sollecitazione strutturale, la salvaguardia degli occupanti e la sicurezza delle squadre di soccorso (89/106 ) stato, tipo e quantitativo del combustibile; configurazione e posizione del combustibile; rateo di crescita del fuoco e picco della potenza termica rilasciata (HRR - HRR max); rateo di sviluppo dei prodotti della combustione; caratteristiche dell edificio (geometria del locale, condizioni di ventilazione interna ed esterna, stato delle porte e delle finestre, eventuale rottura di vetri, ecc.); condizioni delle persone presenti (affollamento, stato psicofisico, presenza di disabili, ecc.). 9

10 Risultato delle elaborazioni Identificazione degli scenari pericolosi 10

11 Simulazione di incendio Verifica dei limiti di accettabilità 22 11

12 Risposta progettuale all analisi dello scenario 23 12

13 Metodo prestazionale: oggi Metodo alternativo per ottenimento delle deroghe (sicurezza equivalente) D.M. 9/5/07 Metodo alternativo per la sicurezza di edifici complessi D.M. 9/5/07 Metodo alternativo per il calcolo della resistenza al fuoco (livello 3 attività soggette ma non normate) D.M. 9/3/07 Uno dei metodi di calcolo per l analisi della resistenza al fuoco (Eurocodici) D.M. 16/2/07 13

14 D.M. 9 marzo 2007: Prestazioni di resistenza al fuoco delle costruzioni nelle attività soggette al controllo del corpo nazionale dei Vigili del fuoco Applicazione dei principi del testo Unico 14/09/2005 alle attività soggette al controllo di prevenzione incendi Campo di applicazione Il decreto stabilisce i criteri per determinare le prestazioni di resistenza al fuoco che devono possedere le costruzioni nelle attività soggette al controllo de VVF, ad esclusione delle attività per le quali le prestazioni di resistenza al fuoco sono espressamente stabilite da specifiche regole tecniche di prevenzione incendi. Le disposizioni del decreto si applicano alle attività i cui progetti sono presentati ai VVF competenti per territorio, per l'acquisizione del parere di conformità di cui all'art. 2 del decreto del Presidente della Repubblica 12 gennaio 1998, n. 37, in data successiva all'entrata in vigore del presente decreto. 14

15 Prevenzione incendi: attività e norme Costruzioni Attività soggette al controllo VVF Tutte le costruzioni rimanenti Attività normate Attività non normate Testo Unico DM 14/9/2005 Norme verticali (per destinazione) DM 9/3/2007 DM 9/5/07 DM 9 marzo 2007: Determinazione della resistenza al fuoco delle strutture soggette al controllo VVF Responsabilità Prestazioni richiesta all intera struttura e non più al singolo elemento. Introduzione del concetto di manutenzione e durata nel tempo Scelta degli scenari di incendio e incendi di progetto (naturali o convenzionali): definizione delle curve temperatura/tempo Richieste di prestazione - Livelli 15

16 Criteri di responsabilità L'individuazione dei valori che assumono i parametri posti a base della determinazione delle azioni di progetto è a carico dei soggetti responsabili della progettazione. Il mantenimento delle condizioni che determinano l'individuazione dei suddetti valori è a carico dei titolari delle attività. Resposabilità del progettista Scelta dei modelli di calcolo, di fuoco e degli scenari Parametri determinanti per la sicurezza Criteri di accettabilità Risultati delle elaborazioni Calcoli strutturali Rispetto delle regole cogenti Ecc 16

17 Responsabilità del titolare Mantenimento delle ipotesi di progetto Manutenzione ordinaria e straordinaria Istruzione del personale Rispetto delle condizioni operative concordate Denuncia di eventuali scostamenti dalle ipotesi di progetto Definizioni: le capacità ( D.M. 9 marzo 2007) Capacità portante in caso di incendio: attitudine della struttura, di una parte della struttura o di un elemento strutturale a conservare una sufficiente resistenza meccanica sotto l azione del fuoco, con riferimento alle altre azioni agenti Capacità di compartimentazione in caso di incendio: attitudine di un elemento costruttivo (cioè parte o elemento di opera da costruzione) a conservare sotto l azione del fuoco, oltre alla propria stabilità, un sufficiente isolamento termico ed una sufficiente tenuta ai fumi ed ai gas caldi della combustione, nonché tutte le altre prestazioni richieste. 17

18 Singolo elemento Vs intera struttura Elemento singolo: sistema prescrittivo Intera struttura: sistema prestazionale Approccio prestazionale: analisi di sistema Verifica del comportamento di strutture complesse, nelle quali nessun elemento è del tutto indipendente Analisi delle unioni, dei dettagli, dei particolari costruttivi Verifica delle interazioni fra i diversi elementi e, soprattutto, fra i meccanismi dei diversi sistemi protettivi Analisi delle conseguenze, non strettamente limitata alla durata dell incendio all interno del compartimento, ma anche alla fase di soccorso e ripristino. Verifica della robustezza e della vulnerabilità 18

19 Singolo elemento o intera struttura? 19

20 Le vulnerabilità prodotto protettivo / elemento protetto accessori / collegamenti sistema funzionalità nel tempo Compartimentazioni complesse punti critici Altezza parete, giunto a croce, collegamento al telaio della porta. Rischio di esplosione Siamo sicuri di conoscere il comportamento dell intera parete? 20

21 Compartimentazioni complesse Aggancio capriata alla struttura principale. Colonna di sostegno per portone, giunti ravvicinati. Siamo sicuri di conoscere il loro comportamento? Giunto su parete leggera con attraversamento, sopraluce inclinato, soglia su parquet, pannello cieco con attraversamento, giunzione su facciata continua. Siamo sicuri di conoscere il loro comportamento? 21

22 Cambio di quota, curvatura, struttura di sostegno, deviazioni. Siamo sicuri di conoscere il loro comportamento? Attraversamenti multipli, giunti sismici, combinazioni di tubi e cavi, passaggi su diversi tipi di pareti. Siamo sicuri di conoscere il loro comportamento? 22

23 Manutenzione e durata nel tempo Tutte le misure e i sistemi di protezione, adottati nel progetto ed inseriti nella costruzione, devono essere adeguatamente progettati, realizzati e mantenuti secondo quanto prescritto dalle specifiche normative tecniche o dalle indicazioni fornite dal produttore al fine di garantirne le prestazioni nel tempo. Scenari e incendi convenzionali di progetto Per definire le azioni del fuoco, devono essere determinati i principali scenari di incendio. In funzione dell incendio convenzionale adottato, l andamento delle temperature potrà essere valutato in riferimento: una curva nominale (intervallo di tempo determinato dalla resistenza al fuoco richiesta, senza alcun raffreddamento) una curva naturale di incendio (tenendo conto della durata dello stesso, compresa la fase di raffreddamento fino al ritorno alla temperatura ambiente) 23

24 Curve nominali Curva nominale standard (rossa) T g = 345. log 10 (8. t + 1) + 20 Curva da esterni (verde) T g = 660 (1-0,687. e -0,32t - 0,313. e -3,8t ) + 20 Curva da idrocarburi (blu) T g = 1080 (1-0,325. e -0167t 0,675. e - 2,5t ) + 20 Curve naturali di incendio Modelli di incendi sperimentali Modelli di incendi numerici semplificati Modelli numerici avanzati 24

25 Curve d incendio sperimentali (Magnusson and Thelandersson, 1970) Applicabili in funzione del carico di incendio e del fattore di ventilazione Modello numerico semplificato (zone) Modelli a zone Un modello a zone calcola le condizioni che si determinano nell'ambiente dividendo ogni compartimento in due zone omogenee. Una è quella superiore, dei fumi e gas caldi dove sono presenti i prodotti della combustione. L'altra è la zona inferiore, libera da fumo è più fresca di quella superiore. 25

26 Modello numerico avanzato (campo) cell I modelli di campo I modelli di campo forniscono la stima dell'evoluzione dell'incendio in uno spazio per via numerica, risolvendo le equazioni di conservazione (della massa, dell'energia, della diffusione delle specie ecc.) che risultano da un incendio. I modelli di campo, quindi, dividono uno spazio in un numero elevato di elementi e risolvono le equazioni di conservazione all'interno di ciascuno di essi. Curve di incendio Comportamento al fuoco Curve nominali Standard / Esterni / Idrocarburi Tempo equivalente Curve parametriche Modelli a zone Maggiore precisione Modelli a campo 26

27 Livelli di sicurezza Livello I (non ammesso) Livello II Livello III Livello IV Livello V Nessun requisito specifico di resistenza al fuoco dove le conseguenze della perdita dei requisiti stessi siano accettabili o dove il rischio di incendio sia trascurabile Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo sufficiente all evacuazione degli occupanti in luogo sicuro o all esterno della costruzione Requisiti Mantenimento di resistenza dei requisiti al fuoco di resistenza delle strutture al fuoco tali da evitare, per un periodo tutta congruo la duratacon dell incendio, la gestione il collasso delle strutture dell emergenza stesse; Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture per garantire, dopo la fine dell incendio, un limitato danneggiamento della costruzione Requisiti di resistenza al fuoco tali da garantire il mantenimento della totale funzionalità della costruzione stessa Livello III Curve nominali Le classi di resistenza al fuoco necessarie per garantire il livello 3 sono indicate nella seguente tabella carichi d'incendio specifici di progetto classe non superiore a 100 MJ/mq 0 non superiore a 200 MJ/mq 15 non superiore a 300 MJ/mq 20 non superiore a 450 MJ/mq 30 non superiore a 600 MJ/mq 45 non superiore a 900 MJ/mq 60 non superiore a MJ/mq 90 non superiore a MJ/mq 120 non superiore a MJ/mq 180 superiore a MJ/mq

28 Approccio prestazionale al livello III Nel caso il progetto sia condotto con approccio prestazionale: Verifica rispetto all azione termica della curva naturale di incendio da temperatura ambiente fino al ritorno a temperatura ambiente La curve naturale deve essere calcolate con metodi di riconosciuta affidabilità (sperimentale, semplificato, avanzato), facendo riferimento al carico di incendio specifico di progetto ponendo i coefficienti δ pari a 1 In aggiunta è necessario eseguire la verifica anche rispetto alla curva standard (nominale) per un tempo minimo riportato nella tabella 5, in funzione del carico di incendio calcolato applicando i coefficienti δ reali. Sistema prestazionale Qualora si adotti il metodo prestazionale (curve di incendio reale) deve essere eseguita anche la verifica rispetto all azione della curva di incendio nominale, con riferimento alle classi riportate in tabella 5 carichi d'incendio specifici di progetto classe minima (prestazionale) non superiore a 100 MJ/mq 0 non superiore a 200 MJ/mq 0 non superiore a 300 MJ/mq 0 non superiore a 450 MJ/mq 15 non superiore a 600 MJ/mq 20 non superiore a 900 MJ/mq 30 non superiore a MJ/mq 45 non superiore a MJ/mq 60 non superiore a MJ/mq 90 superiore a MJ/mq

29 Schema per la verifica del livello 3 DM 9/3/07 Livello 3 Prescrittivo (tabella 4) Prestazionale Verifica prestazione Calcolo della curva di incendio reale (carico incendio con δ = 1) Calcolo della classe minima (tabella 5) Verifica prestazione Evacuazione - Esodo Le norme prevedono due criteri Prescrizione di determinate dimensioni e numero delle vie di uscita, nonché della lunghezza max del percorso di esodo. Sistema prescrittivo Confronto del tempo max di evacuazione con il tempo critico. Sistema prestazionale Nel sistema prestazionale bisogna determinare la capacità degli occupanti di rispondere ad un emergenza in funzione di: Numero, età e sesso; Distribuzione nell edificio; Prontezza (addormentati o svegli); Capacità fisiche, sensoriali e mentali; Familiarità con gli ambienti; Condizioni fisiche e psicologiche. 29

30 Analisi quantitativa - esodo Tempi di esodo (RSET < ASET) RSET tempo necessario per evacuazione sicura (Required Safe Egress Time) ASET tempo disponibile per evacuazione sicura (Available Safe Egress Time) Esodo degli occupanti 30

31 Programmi di esodo 1. modelli basati sul movimento, nei quali non è possibile descrivere il comportamento delle persone che sono genericamente rappresentate con una figura geometri. 2. modelli parzialmente comportamentali, in cui il comportamento dell occupante può essere implicitamente modellato; 3. modelli comportamentali, in cui la capacità decisionale del singolo occupante ed il conseguente comportamento possono essere pienamente simulati. FSE - conclusioni Nelle analisi di tipo prestazionale è difficile stabile il comportamento di elementi e sistemi complessi Esistono pochi dati sulle performances dei materiali e dei prodotti esposti alle curve di incendio reale I programmi di calcolo devono essere correttamente utilizzati I risultati devono essere sempre analizzati criticamente L esodo delle persone deve garantire ampi margini di sicurezza per permettere a tutte le persone, comprese quelle diversamente abili, di evacuare in sicurezza Il comportamento delle persone non sempre è prevedibile Persone esperte possono commettere errori (Betty Org) 31

32 Grazie A più tardi, con 32