Costruzioni edili - appunti

Il fenomeno incendio

Combustione

La combustione è una classe di reazione di ossidazione con specie ossidante, come il comburente (es. ossigeno gassoso), che in presenza di sostanze riducenti (combustibili) può dare origine a una reazione di ossidazione in particolari condizioni, con produzione di sottoprodotti gassosi ed emissione di calore e radiazione elettromagnetica.

Elementi essenziali per il fenomeno:

• Comburente: sostanza che alimenta la combustione mediante ossidazione di combustibile.
• Combustibile: sostanza che si combina con ossidante con emissione di energia termica.
• Sorgente di calore: necessaria per portare i materiali a temperature alte tali da innescare il fenomeno.

I prodotti emessi, oltre all'energia, includono gas, vapore acqueo, fuliggine e particelle solide non combuste.

Condizioni indispensabili per la combustione

È necessario il contatto tra combustibile e comburente in concentrazioni determinate, e l'innesco deve avere una temperatura superiore a quella di accensione del combustibile. La temperatura del combustibile deve essere superiore alla temperatura di infiammabilità, ovvero la temperatura minima in cui il combustibile vaporizza sufficientemente da formare con l'aria una miscela infiammabile. Per esempio, benzina -12/-40°C, gasolio 50/60°C, legno 180/200°C.

In base alla velocità, si può distinguere una deflagrazione da un’esplosione, che contribuisce a maggior danni.

• Se il punto di infiammabilità è inferiore a 21°C, i danni sono maggiori (benzina, alcool).
• Tra 21 e 65 gradi, è necessario un preriscaldamento iniziale.
• Temperature superiori a 65 gradi (come per il legno) richiedono un abbondante preriscaldamento iniziale per bruciarsi.

Sviluppo dell'incendio

Inizialmente si ha emanazione di gas di combustione, seguita dalla comparsa di fumo e poi di fiamma, con un progressivo aumento della temperatura e inizio del potere distruttivo del fuoco. Il flashover rappresenta una fase di incendio generalizzato in cui tutte le superfici di materiale combustibile sono coinvolte, si sviluppano grandi quantità di fumo e gas infiammabile, raggiungendo temperature elevate che rendono difficile l'evacuazione e il soccorso a causa dell'alto tenore di ossido di carbonio. L'estinzione può avvenire per soffocamento o per esaurimento (se si esaurisce il combustibile).

Sicurezza in caso di incendio

Costruzioni progettate per la sicurezza antincendio

• Limitare la generazione e propagazione del fumo entro le opere (reazione al fuoco dei materiali, sistemi di rilevazione e allarme, sistemi di estinzione, resistenza al fuoco e elementi di compartimentazione).
• Garantire la capacità portante per un periodo specifico di tempo (resistenza al fuoco delle strutture).
• Limitare la propagazione del fuoco nelle opere contigue.
• Permettere l'evacuazione e il soccorso degli occupanti (vie di fuga con caratteristiche adeguate).
• Considerare la sicurezza dei soccorsi.

Scopi fondamentali

• Ridurre la probabilità di innesco dell'incendio tramite misure tecniche e organizzative adeguate, con una scarsa partecipazione al fuoco degli elementi costruttivi e non.
• Ridurre la probabilità di propagazione dell'incendio con una compartimentazione efficace dell'edificio e interventi immediati di spegnimento.
• Assicurare un abbandono controllato e sicuro dall'edificio tramite vie di fuga efficaci e resistenza al fuoco degli elementi edilizi.

Filoni normativi principali

Approccio ingegneristico

Prima fase: valutazione del rischio delle attività in esame che definisce:

• Principali scenari di incendio.
• Specifici obiettivi di progetto: livelli di prestazione richiesti che guideranno la scelta dei materiali, impianti, componenti, ecc.

Seconda fase: analisi quantitativa degli effetti per gli scenari di incendio e verifica che siano compatibili con gli obiettivi di progetto.

Reazione al fuoco

Grado di partecipazione a un incendio in via di sviluppo di un elemento edilizio, determinato in relazione alle fasi di sviluppo dell'incendio:

1. Piccola fiamma su area limitata originata per contatto diretto o irraggiamento.
2. Incremento del fuoco fino a flashover.
3. Flashover totale, dove tutti gli elementi combustibili del locale contribuiscono al fuoco.

Il comportamento del materiale è individuato con prove normalizzate che determinano la classificazione degli elementi attraverso parametri numerici. Esistono sette classi di comportamento: A1, A2, B, C, D, E, F (per elementi costruttivi in generale). Per pavimentazione: suffisso –fl. Per prodotti lineari da isolamento termico: suffisso –L. La normativa prevede altri due parametri: emissione fumi (S1, S2, S3 per emissione scarsa, moderata e forte) e gocciolamento/particelle incandescenti (d0, d1, d2 per assenza, poche e molte gocce o particelle incendiate).

Classi di comportamento al fuoco

• Classe F: comportamento non prevedibile sotto azione del fuoco, la classe meno pregiata e più pericolosa.
• Classe E: resistono per un breve periodo a un attacco di piccola fiamma senza propagazione sostanziale del fuoco. L'elemento è sottoposto a una fiamma normalizzata di prova alimentata da gas propano di lunghezza ≤ 20 mm per 15 secondi. La propagazione verticale non deve superare i 150 mm in 20 secondi. Se il filtro in carta sotto il provino si infiamma, l'elemento è classificato in E-d2.
• Classe D: resistono più a lungo a un attacco di piccola fiamma e devono sostenere un attacco termico derivante da un incendio di singolo elemento con rilascio di calore ritardato e limitato. Viene utilizzata la prova SBI, in cui il provino è inserito in una camera di prova e bruciato per 30 secondi con una potenza di 30 KW per 20 minuti.
• Classe C: stessi requisiti della classe D ma più severi. FIGRA min= 250 w/s; THR min=15 MJ.
• Classe B: FIGRA(0.2 MJ) min=120 w/s; THR min=7.5 MJ.
• Classe A2: soddisfano i requisiti della classe B. Ulteriori protocolli di prova determinano il potere calorifico massimo totale dell'elemento completamente bruciato.
• Classe A1: nessun contributo in condizioni di incendio generalizzato. PCS min=2 MJ/Kg; deltam min=50%, deltaT MIn=30, T(f) min=0 sec; FIGRA min=20 w/s; THR min=4 MJ.

Carico di incendio

Valutazione del carico di incendio

La fase di innesco e inizio propagazione è seguita dalla fase verso il flashover, in cui si valuta l'energia calorifica emessa dai combustibili presenti attraverso il calcolo del carico di incendio.

Carico di incendio specifico = potenziale termico netto (MJ/m²) per unità di superficie orizzontale che si può sviluppare per combustione dei materiali combustibili presenti.

Carico di incendio specifico di progetto = corretto in base ad altri parametri indicatori del rischio di incendio e di misure di protezione, valutato secondo la relazione:

• q(f) = carico di incendio specifico per unità di area
• δ(q1) = fattore di rischio di innesco incendio in relazione a dimensione compartimento
• δ(q2) = fattore di rischio di innesco incendio in relazione a tipo attività svolta
• δ(n) = fattore che tiene conto di differenti misure di tipo attivo

q(f) = (∑gHmΦ)/A dove:

• g = massa dell’i-esimo materiale
• H = potere calorifico inferiore dell’i-esimo materiale
• m = fattore di partecipazione (0.8 per legno, 1 per tutti gli altri)
• Φ = fattore di limitazione a combustione
• A = superficie lorda del compartimento

δ(q1) = A < 500: 1; 500 < A < 1000: 1.2; 1000<A<2500: 1.4; 2500<A<5000: 1.6; 5000<A<10000: 1.8; A>10000: 2 (in generale va da 1.10 a 2.13 in funzione della grandezza in m² del compartimento).

δ(q2) = assume diversi valori in relazione alla classe di rischio (in relazione alla destinazione d’uso del compartimento 0.78÷1.66); rischio incendio=probabilità di accadimento di incendio:

• Classe 1: basso rischio incendio (probabilità di innesco, velocità di propagazione, possibilità di controllo incendio) = 0.8
• Classe 2: moderato rischio incendio (basso tasso infiammabilità materiali presenti)= 1
• Classe 3: alto rischio incendio (materiali altamente combustibili e infiammabili)= 1.2

Per decidere la classe si tiene conto di: tipo di attività svolta, materiali immagazzinati, attrezzature presenti, dimensioni e articolazioni luoghi di lavoro, numero di persone presenti e loro prontezza di allontanarsi in caso di incendio (esempi di edifici appartenenti alla classe 3: scuole con più di 1000 persone, alberghi con più di 200 posti letto, ospedali, case di cura e di ricovero, uffici con più di 1000 dipendenti, attività commerciali/espositive > 10000 m², stazioni e cali aeroportuali > 10000 m²).

δ(n) = dipende da elementi quali:

• Sistemi automatici di estinzione = 0.6 per acqua, 0.8 per altro
• Sistemi di evacuazione automatica di fumo e calore = 0.9
• Sistemi automatici di rilevazione e segnalazione incendio = 0.85
• Percorsi protetti di accesso = 0.9
• Accessibilità ai mezzi di soccorso = 0.9

Sistemi di rivelazione e allarme

La possibilità di ricevere una segnalazione di un incendio allo stato iniziale consente di estinguere il principio di incendio prevedendone lo sviluppo e la trasmissione agli altri ambienti. I sistemi di rilevazione e di allarme sono formati da numerosi elementi, tra cui i rilevatori di incendio e la centrale di controllo e segnalazione. I rilevatori di incendio traducono una rilevazione ottica/termica in segnale di probabile incendio e sono disposti in tutti i locali su cui si vuole sorvegliare.

Strategie di rivelazione

Ci sono tre strategie di rivelazione: rilevazione di calore, di fumo e di fiamma.

Rivelazione di calore

I rilevatori di calore rilevano una variazione di temperatura nel loro intorno associandola a una possibile presenza di incendio, identificando come potenziale pericolo il raggiungimento di una temperatura data o un aumento di temperatura troppo rapido. Una volta raggiunta la temperatura di risposta statica, il rivelatore genera un segnale di allarme. Vengono definite la temperatura massima di esercizio del dispositivo come quella temperatura a cui il rilevatore opera occasionalmente per brevi periodi di tempo, e la temperatura normale di esercizio come quella temperatura a cui opera per la maggior parte del tempo.

Possono essere fornite indicazioni supplementari riguardo al tipo di risposta fornita dal rivelatore:

• Rivelatori di classe –S: non danno risposta al di sotto della temperatura di risposta statica minima indicata.
• Rivelatori di classe –R: dotati di una funzione termovelocimetrica che rende possibile una risposta del dispositivo anche al di sotto della temperatura normale di esercizio.