Utilizzo dei metodi avanzati della Fire Safety Engineering per la progettazione della sicurezza antincendio

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1 VGR 2016 Valutazione e Gestione del Rischio negli Insediamenti Civili e Industriali Istituto Superiore Antincendi, Roma, settembre 2016 Utilizzo dei metodi avanzati della Fire Safety Engineering, E. Cartapati Sapienza Università di Roma P. Cancelliere, F.A. Ponziani, M. Mazzaro, D. De Bartolomeo Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco

2 Indice Metodi del Codice di Prevenzione Incendi Strumenti di calcolo Caso studio Modellazione dell incendio Modellazione dell esodo Conclusioni 2

3 Metodi del Codice di Prevenzione Incendi Nuovo Codice di Prevenzione Incendi 3

4 Metodi del Codice di Prevenzione Incendi 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 4

5 Metodi del Codice di Prevenzione Incendi 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. 5

6 Metodi del Codice di Prevenzione Incendi 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 6

7 Metodi del Codice di Prevenzione Incendi M3 - Salvaguardia della vita con la progettazione prestazionale ASET >> RSET 7

8 Strumenti di calcolo - Incendio Metodi analitici semplificati Forniscono relazioni analitiche per stimare effetti specifici dell incendio Esempi: metodo di Thomas (flashover), metodo di Heskestad e Hasemi (incendi localizzati / temperatura gas sotto certe condizioni). Modelli numerici a zone Fase pre flashover (strato di gas caldi superiore e strato di aria fresca inferiore). Esempi: Cfast e Ozone. Modelli numerici di campo Costituiscono 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 8

9 Strumenti di calcolo - Esodo 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 movimento Il 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. 9

10 Strumenti di calcolo - Esodo 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. 10

11 Strumenti di calcolo - Struttura 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. 11

12 Caso studio Il complesso delle palazzine A e B della D.C.P.S.T. di Capannelle è scelto come caso studio. A B Edificio A: 3 piani fuori terra 42 persone Edificio B: 3 piani fuori terra + 1 piano int. 38 persone Destinazione d uso: uffici non aperti al pubblico 12

13 Modellazione dell incendio Incendio di un autoveicolo nell autorimessa a piano terra (curva di letteratura) FDS 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 13

14 Modellazione dell incendio Albero degli eventi Incendio autorimessa Porta autorimessa chiusa Porta autorimessa aperta Porta vano scala chiusa Porta vano scala aperta Porta vano scala chiusa Porta vano scala aperta Finestre chiuse Finestre parz. chiuse Finestre aperte Finestre chiuse Finestre parz. chiuse Finestre aperte Finestre chiuse Finestre parz. chiuse Finestre aperte Finestre chiuse Finestre parz. chiuse Fi a Scenari di progetto 14

15 Risultati Incendio - Scenario 1 t = 10 minuti Le vie di esodo non sono compromesse dal fumo (porta del locale incendiato chiusa). 15

16 Risultati Incendio - Scenario 2 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. 16

17 Risultati 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. 17

18 Modellazione dell esodo Ipotesi Elevato livello di gestione dell emergenza Pathfinder FDS+Evac Complessità geometrica media tipica di un edificio multipiano Sistema di allarme manuale Bassa densità Familiarità con l ambiente 30 s 60 s TEMPO DI PREMOVIMENTO British Standard s (rilevamento) 18

19 Scenari comportamentali Utilizzo dei metodi avanzati della Fire Safety Engineering Modellazione dell esodo Pathfinder + elevata familiarità con le vie di esodo 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). 19

20 Risultati Esodo ASET > RSET 20

21 Risultati Esodo + Incendio Utilizzo dei metodi avanzati della Fire Safety Engineering FDS+Evac Numerose incertezze associate alla modellazione dell interazione fuoco - persona (soglia incapacitazione, algoritmo selezione dei percorsi invasi dal fumo, etc.) 21

22 Conclusioni 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. 22

23 Grazie per l attenzione 23