psa - azzurra orlando

Click here to load reader

Post on 15-Jul-2015

150 views

Category:

Education

7 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Facolt di Ingegneria Civile e Industriale

    Corso di laurea Magistrale in Ingegneria della Sicurezza e della

    Protezione Civile

    PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO

    APPUNTI DEL CORSO

    Docente

    Prof. Ing. Franco Bontempi

    Assistente Studentessa

    Ing. Giordana Gai Azzurra Orlando

    A.A. 2014/15

  • 1

    Sommario 1. ANALYSIS vs DESIGN ......................................................................................................... 4

    1.1 ANALISI DI PROBLEMA STRUTTURALE ............................................................................. 4

    1.1.2 Progetto prestazionale ...................................................................................................... 12

    1.2 QUALITA STRUTTURALI .............................................................................................. 15

    1.2.1 Qualit elementari ............................................................................................................ 15

    1.2.2 Qualit sistemiche ............................................................................................................ 20

    1.3 FOCUS SUI TERMINI RELATIVI ALLA STRUTTURA NELLA SUA VITA ........................... 26

    1.4 COLLASSO GLOBALE E COLLASSO PROGRESSIVO ..................................................... 27

    1.5 RESISTENZA RISPOSTA MECCANICA .......................................................................... 29

    2. ROBUSTEZZA STRUTTURALE - PROBLEMI, MODELLAZIONI NUMERICHE E TREND FUTURI ........................................................................................................................................ 31

    2.1 CASI SIGNIFICATIVI DI COLLASSO ............................................................................. 32

    2.2 LPHC - HPLC (Low Probability Hight Consequences Hight Probability Low Consequences)

    e Black Swan ............................................................................................................................ 33

    2.3 ROBUSTEZZA STRUTTURALE IN TERMINI QUALITATIVI ............................................... 34

    2.4 TIPOLOGIE DI COLLASSO ................................................................................................ 35

    2.5 DESIGN STRATEGY .......................................................................................................... 36

    2.6 COLLASSO PROGRESSIVO .............................................................................................. 37

    2.7 QUANTIFICAZIONE DELLA ROBUSTEZZA IN TERMINI MATEMATICI ............................ 38

    3. ANALISI DEL RISCHIO: il caso dellincendio di strutture civili ................................................... 41

    3.1 COSE IL RISCHIO ............................................................................................................. 41

    3.2 COSE LANALISI DI RISCHIO ........................................................................................... 42

    3.2.1 Processo di valutazione del rischio (ISO 31000) ............................................................... 42

    3.2.2 Curve F-N (Frequenza Fatalit) ..................................................................................... 44

    3.2.3 Metodo ALARP ................................................................................................................. 45

    4. LINCENDIO ............................................................................................................................. 47

    4.1 IL FENOMENO INCENDIO ............................................................................................. 47

    4.2 CARATTERISTICHE DELLINCENDIO ............................................................................... 48

    4.2.1 Carattere estensivo .......................................................................................................... 49

    4.2.2 Carattere intensivo ........................................................................................................... 50

    4.2.3 Carattere accidentale........................................................................................................ 51

    4.2.4 Fire Safety Concept Tree (NFPA) ..................................................................................... 53

    4.3 LAZIONE INCENDIO E LA SUA MODELLAZIONE ........................................................ 54

    4.3.1 HRR ................................................................................................................................. 54

    4.3.1.1 Modello t2 .................................................................................................................... 56

    4.3.2 Curve dincendio ............................................................................................................... 57

    4.3.2.1 Curve Nominali .............................................................................................................. 57

  • 2

    4.3.2.2 Curve Naturali................................................................................................................ 59

    4. 4 ESODO IN CONDIZIONI DI EMERGENZA ........................................................................ 63

    4.4.1 Caratteristiche degli utenti ................................................................................................ 64

    4.4.2 Processi cognitivi .............................................................................................................. 64

    4.4.3 Effetti del fumo ................................................................................................................. 65

    4.4.4 Modello di calcolo dellesodo ............................................................................................ 67

    4.4.4.1 Approccio tradizionale ................................................................................................... 67

    4.4.4.2 Modelli di flusso ............................................................................................................. 67

    4.4.4.3 Modelli di movimento ..................................................................................................... 68

    5. QUADRO NORMATIVO NAZIONALE ....................................................................................... 69

    5.1 D.M. 9 MARZO 2007 Prestazioni di resistenza al fuoco .................................................... 71

    5.2 D.M. 16 FEBBRAIO 2007 - Classificazione di resistenza al fuoco di prodotti ed elementi

    costruttivi di opere da costruzione. ............................................................................................ 75

    5.3 D.M. 9 MAGGIO 2007 Direttive per lattuazione dellapproccio ingegneristico alla sicurezza

    antincendio ............................................................................................................................... 77

    5.4 D.M. 14 GENNAIO 2008 (NTC 2008) .................................................................................. 78

    6. COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI MATERIALI STRUTTURALI....................................... 80

    6.1 LA TRASMISSIONE DEL CALORE ................................................................................ 80

    6.2 LACCIAIO ........................................................................................................................... 81

    6.2.1. Propriet meccaniche ...................................................................................................... 81

    6.2.2. Propriet termiche ........................................................................................................... 83

    6.2.3 Il fattore di sezione ........................................................................................................... 84

    6.3 IL CALCESTRUZZO ARMATO ....................................................................................... 86

    6.3.1 Lo spalling ................................................................................................................... 86

    6.3.2 Propriet meccaniche ....................................................................................................... 87

    6.3.3 Propriet termiche ....................................................................................................... 89

    6.4 IL LEGNO ....................................................................................................................... 91

    6.4.1 Velocit di carbonizzazione ......................................................................................... 92

    6.4.2 Propriet meccaniche .................................................................................................. 94

    6.4.3 Propriet termiche ....................................................................................................... 94

    6.4.4 Confronto con il comportamento dellacciaio ............................................................... 96

    6.5 LA MURATURA .............................................................................................................. 96

    6.5.1 Murature di tipo A, B, C ............................................................................................... 97

    6.5.2 Propriet termiche ....................................................................................................... 99

    7 METODI SEMPLIFICATI PER LE VERIFICHE ANALITICHE DI RESISTENZA AL FUOCO 100

    7.1 METODI ANALITICI SEMPLIFICATI ACCIAIO ............................................................... 101

    7.1.1 Il metodo della temperatura critica .................................................................................. 103

    7.2 METODI TABELLARI PER IL CALCESTRUZZO ARMATO ............................................... 104

  • 3

    7.2.1 Metodo A ........................................................................................................................ 105

    7.2.2 Metodo B ........................................................................................................................ 105

    7.3 METODO DELLISOTERMA A 500C ............................................................................... 106

    7.4 IL METODO DELLE ZONE ................................................................................................ 107

    8 LINSTABILITA .................................................................................................................... 108

    8.1 CARICO CRITICO ........................................................................................................ 108

    8.2 COLONNA DI EULERO ................................................................................................ 110

    8.3 LUNGHEZA LIBERA DINFLESSIONE .............................................................................. 111

    8.3.1 Snellezza ........................................................................................................................ 112

    8.4 PLASTICIZZAZIONE DEL MATERIALE ....................................................................... 114

    8.4.1 Plasticit di sistema ........................................................................................................ 116

    8.4.2 Capacit rotazionale di sezioni ....................................................................................... 118

    8.5 Thermal buckling bowing effect effetto catenaria..................................................... 119

    9 BACK-ANALYSIS, GALLERIE, CASE HISTORY: HANGAR ................................................ 121

    9.1 INCIDENTI FAMOSI E ASPETTI COMUNI........................................................................ 121

    9.2 MODELLI GENERALI PER LA SPIEGAZIONE CAUSALE DI COLLASSI STRUTTURALI 124

    9.2.1 Il crollo di Barletta ........................................................................................................... 125

    9.3 APPROCCIO SISTEMICO PER LA SICUREZZA DELLE GALLERIE IN CASO DI INCENDIO

    E PROBLEMI STRUTTURALI SPECIFICI ............................................................................... 125

    9.4 CASE HISTORY: HANGAR ............................................................................................... 127

  • 4

    1. ANALYSIS vs DESIGN

    1.1 ANALISI DI PROBLEMA STRUTTURALE

    Nelleseguire lanalisi di un problema strutturale si pu procedere per livelli, sinteticamente

    riassunti di seguito:

    S Struttura

    A Azione

    G Giudizio (in termini di sicurezza)

    La struttura un sottoinsieme della costruzione, tutto ci che supporta i carichi pi importanti.

    Data una struttura, essa caratterizzata da:

    Geometria aspetti globali (h,l)

    aspetti locali

    Materiali comportamento

    rompe.

    Una caratteristica molto importante dal punto di vista del comportamento strutturale

    proprio il materiale di cui fatta la struttura.

    Si descrivono di seguito i legami costitutivi di acciaio e calcestruzzo.

    ACCIAIO

    Si consideri una barra di acciaio di lunghezza L, sezione A, provata a trazione:

    FIGURA 1.1

  • 5

    Lacciaio una lega ferro-carbonio, utilizzata insieme al calcestruzzo nelle costruzioni per

    sopperire la resistenza a trazione di questultimo.

    Nel diagramma si individua un primo tratto lineare, in cui lacciaio ha comportamento

    elastico (Legge di Hooke:=Es, Es: modulo elastico dellacciaio); superato un valore 1

    di deformazione, entra in fase plastica, iniziando ad oscillare intorno ad un valore di fino

    ad una deformazione del 100, superata la quale entra in fase di incrudimento; se si

    continua la prova, la barra arriver a rottura.

    CALCESTRUZZO

    Si consideri un cubetto di calcestruzzo provato a compressione, il diagramma che si

    ottiene :

    FIGURA 1.2

    Anche in questo c un primo tratto a comportamento lineare (=Ec,), una tensione

    massima raggiunta allincirca al 2 di deformazione, una tensione di rottura che si

    raggiunge per valori di tra 3.5 e 4.

    La Struttura S soggetta a condizioni al contorno

    Vincoli (perfetti, elastici, spostamenti imposti)

    Condizioni al contorno

    Carichi (statici, T)

  • 6

    Struttura e condizioni al contorno sono dati, dai dati si costruisce un modello e si ottengono

    i risultati, la risposta S della struttura soggetta a quelle condizioni di carico; rientrano nella

    risposta:

    Collasso

    Spostamenti, deformazioni

    Risposta Reazioni

    Diagrammi sollecitazioni

    Nota la risposta della struttura, si pu dare un giudizio G in termini di sicurezza.

    Bisogna distinguere due metodi diversi di procedere:

    Processo diretto: dalla struttura al test finale (Analysis)

    Processo inverso: se il test negativo, si procede a ritroso (Investigazione); si fa

    una back-analysis.

    Entrando pi nello specifico, si possono dare ulteriori definizioni; partendo dai dati

    (condizioni al contorno + struttura), si pu definire una configurazione e uno scenario di

    carico:

    Struttura t=t configurazione strutturale

    DATI

    vincoli

    carichi

    C. passiva: tutto ci che configurazione passiva, riguarda la struttura in senso stretto (per

    esempio: struttura in esercizio da anni, ne fotografo lo stato di degrado).

    C attiva: considera tutti gli aspetti non legati al c.a., alla fessurazione, ma agli impianti, a

    tutto ci che posso modificare normalmente, che ha bisogno di input di energia esterna.

    Passando da aspetti riguardanti la configurazione passiva ad aspetti riguardanti quella

    attiva, si passa da aspetti hard ad aspetti soft.

    attiva

    passiva

    geometria

    materiali

    Condizioni

    al contorno azioni indirette (T, p)

    statici

    Scenari di

    carico

  • 7

    Scenario di carico:

    I carichi non sono fenomeni generalmente stazionari, con il termine scenario di carico si

    intende come evolve nel tempo il carico, per esempio:

    FIGURA 1.3

    Nello scenario di carico si ha anche una distribuzione spaziale di carico, per esempio:

    FIGURA 1.4

    Quindi, quando si parla di scenario di carico bisogna tener presente landamento spaziale e

    landamento temporale del carico.

    Si definiscono AZIONI:

    Statiche: non entrano in gioco accelerazioni, non cambiano nel tempo (neve, vento,

    etc...);

    Quasi statiche: incendio, esposizione ad agenti atmosferici;

    Dinamiche: sisma, esplosione (c unaccelerazione della struttura);

    Non stazionarie: c dipendenza dal tempo.

    Configurazione + scenario di carico definiscono lo scenario di contingenza.

  • 8

    In generale, lanalisi strutturale si pu fare fotografando la struttura S, la si mette al

    calcolatore C considerando le azioni che la caratterizzano e si ottengono dei risultati

    (risposta strutturale), cio diagrammi, reazioni, sollecitazioni.

    Ma non detto che la risposta sia sempre semplice.

    Si consideri una struttura soggetta a sisma:

    FIGURA 1.5 FIGURA 1.6

    Se ci fosse un dispositivo di protezione attiva che in caso di sisma si blocca, quando arriva

    la sollecitazione cambia configurazione:

    FIGURA 1.7 FIGURA 1.8

    Quando non c' il dispositivo, la struttura subisce passivamente il sisma.

    Effetto delle persone: Per certi tipi di azione, la presenza di persone ininfluente (sisma per

    esempio).

    Per l'incendio, invece, importante il comportamento delle persone:

    Si supponga di avere una struttura soggetta a sisma e incendio: se si sviluppa lincendio ad

    un piano ed una persona si sposta aprendo una porta antincendio, diffonde lincendio.

  • 9

    FIGURA 1.9

    Esempio nave:

    Se si apre una falla, entra l'acqua e la nave affonda.

    FIGURA 1.10

    Ma le navi sono costruite a compartimenti, perci se entra acqua da una falla, la nave si

    inclina ma non affonda.

    FIGURA 1.11

    Si tratta di configurazione passiva.

    La compartimentazione va fatta permettendo dei passaggi, bisogna lasciare delle porte.

    Se la nave viene silurata, si attivano le chiusure delle porte configurazione attiva.

    Ma affidabile la chiusura delle porte?

    Anche in questo caso il comportamento delle persone pu influenzare la situazione; se si

    trova nel compartimento che si sta allagando, se apre la porta fa saltare la

    compartimentazione; se apre e poi la richiude dietro di s il danno sar pi limitato.

    OSSERVAZIONI:

    1. Le due dimensioni principali di un problema sono: problema lineare o non lineare

  • 10

    FIGURA 1.12

    Se si aggiunge un pistone, si crea una non linearit. Volendo misurare il suo comportamento

    nel tempo, pu essere che finch laccelerazione piccola il sensore non si attiva, quando

    aumenta, si attiva e si avr una variazione nel tempo di accelerazione e spostamento.

    Se la struttura stessa a non essere lineare, per esempio:

    FIGURA 1.13

    Queste situazioni possono essere rappresentate sul diagramma di complessit di

    Perrow:

    FIGURA 1.14

  • 11

    Come si vede nel grafico, mettendo in relazione linearit-non linearit di un problema, con

    connessioni lasche o strette, si pu avere unidea della complessit della situazione.

    In particolare, essa sar crescente spostandosi verso il primo quadrante a destra, in

    corrispondenza di elevata non linearit del problema e interazioni strette.

    Gli esempi visti, possono essere collocati in questo modo nel diagramma:

    Struttura in configurazione passiva (A), struttura in configurazione attiva (B), struttura non

    lineare (C).

    Il concetto di complessit pu essere chiarito con un esempio:

    Se si ha un magazzino automatizzato, non ci sono persone.

    Si sviluppa un incendio, ci sono gli splinkler, si attivano o non si attivano, l'incendio non

    dipende da altro.

    Incendio in ospedale: l'edificio pu essere pi piccolo del magazzino ma la situazione pi

    complessa.

    Il concetto di connessione riguarda come parti di un sistema sono connesse; considerando

    il caso della nave senza e con compartimentazione: la nave non compartimentata pi

    connessa d quella compartimentata, perch pi semplice da un punto arrivare in un altro.

    La nave compartimentata, per, pi facile da analizzare ance se pi difficile da realizzare.

    2. Volendo progettare una struttura sicura dal punto di vista dellincendio, bisogna

    realizzare compartimenti.

    Tornando al concetto di analysis vs design; il processo che si segue riassumibile in questo

    modo: k=0

    DATI analisi dei carichi

    C analisi strutturale

    modifica risp

    test verifica della sicurezza

    NO SI

    FIGURA 1.15

  • 12

    Fermo restando le difficolt, il processo di analisi lineare ed esiste sempre la soluzione,

    un processo altamente ordinato.

    Il design un processo iterativo, non lineare, la cui soluzione pu anche non esistere.

    Nel design sempre presente l'analisi strutturale.

    Se il test d risposta negativa, si torna indietro apportando delle modifiche.

    Prima ancora delle predimensionamento, livello k=0, (Aspetti quantitativi), pu esserci il

    conceptual design, la concezione della struttura, in cui sono presenti aspetti qualitativi.

    Un esempio di conceptual design quello di una nave con o senza compartimenti.

    Predimensionamento: lamiera pi o meno spessa.

    1.1.2 Progetto prestazionale

    Serve per mettere in chiaro tutti gli aspetti del problema e tutti i limiti della soluzione.

    Procedendo per livelli logici:

    0) Committente (Stakeholder) oggetto della prestazione;

    (definizione qualitativa in termini non tecnici)

    1) Traduzione in termini tecnici delloggetto;

    (tecnici, consulenti)

    2) Qualit delloggetto in termini generali;

    (struttura strategica, people)

    3) Quantit che misurano la qualit;

    (deformabilit, resistenza, ecc.)

    4) Valori indice/soglie che dividono bene/non bene;

    5) Soluzione progettuale;

    6) Verifiche soluzione progettuale;

    7) Test NO

    livelli di modifica

    SI

    Il livello di test e verifica uguale a quello del design.

    Il livello di soglie:

  • 13

    Ipotizziamo di dover verificare i, si possono presentare diverse situazioni:

    FIGURA1.16 FIGURA 1.17

    Se una sezione su sette ha ila situazione pi grave rispetto ad un caso in cui su

    duecento sezioni, una sola ha i

    Per modificare le soglie ci sono dei giudizi ingegneristici da fare, non sono in maniera secca

    delle norme, ma vanno valutati.

    Bisogna chiedersi se si sono scelte le quantit giuste 3) e anche le qualit (per esempio:

    centrali nucleari, in questo caso c' l'aspetto politico).

    A livello 5), cambio struttura, le scelte possono essere, per esempio: struttura senza

    isolamento, struttura isolata, nucleo isolato.

    Esempio:

    Progettare un semplice orizzontamento (solaio, trave, resistente al fuoco):

    FIGURA 1.18

    Esaminiamo nel dettaglio dell'esempio i livelli appena descritti

    0. Resistente al fuoco

    1. Resistenza/rigidezza per una certa durata di tempo

    2. Deformabilit, tenuta

    3. Potrebbe essere la freccia f?

    f misura resistenza e rigidezza, una f troppo grande, potrebbe far saltare la

    compartimentazione; si aggiunge al punto 2) la tenuta.

    4. flim oltre il quale comportamento non pi accettabile.

    In esercizio flim=l/(200500), in condizioni ultime flim=l/(2030).

  • 14

    Per l/200= 5 cm; l/20= 50 cm non ho tenuta.

    Devo fissare una flim= l/500 che mi d tenuta.

    Quindi il valore soglia fissato in base a quello che chiede la struttura.

    La rigidezza fissata in 1): se la struttura sufficientemente rigida sicura, se non lo pu

    non essere sicura, pu collassare.

    5. Soluzione progettuale:

    IPE 500

    FIGURA 1.19

    Da un certo punto in poi la freccia cresce infinitamente. Se fisso flim= l/500= 2 cm e ci arrivo

    dopo 38 minuti, ma ho richiesto t=60 minuti, devo intervenire:

    opzione a) cambio struttura;

    opzione b) cambio soglia.

    Se venisse richiesto un tempo t= 600 minuti (trave in acciaio), non lo posso fare, quindi

    cambio struttura.

    Uno dei grandi vantaggi della progettazione prestazionale mettere in luce tutti gli aspetti

    del problema e tutti i limiti della soluzione.

    Inoltre, nella progettazione prestazionale, non compare in modo evidente lanalisi che pu

    essere fatta via software o sperimentalmente; analisi che pu essere fatta considerando

    aspetti prescrittivi.

    In generale, in un progetto complesso, ci sono sia aspetti prescrittivi che dati che vengono

    fuori da analisi e dati sperimentali.

  • 15

    1.2 QUALITA STRUTTURALI

    Sono le qualit sulle quali bisogna esprimere il giudizio, quelle che permettono di giudicare

    la struttura.

    Si distinguono in:

    Qualit elementari:

    Rigidezza;

    Resistenza;

    Duttilit;

    Stabilit

    Qualit sistemiche:

    Durabilit;

    Robustezza;

    Resilienza.

    1.2.1 Qualit elementari

    Rappresentano la risposta della struttura al carico imposto, al tempo t=t0, e possono essere

    sintetizzate nel grafico seguente:

    FIGURA 1.20

  • 16

    1. RIGIDEZZA

    E la pendenza K del primo tratto della curva carico-risposta cinematica.

    Vale la relazione =kf [k=1/lunghezza].

    La rigidezza la capacit della struttura di opporsi alla deformazione elastica provocata da

    una forza applicata.

    Le strutture devono essere poco deformabili per essere utilizzate.

    E' una grandezza valutata negli SLE.

    Proprio in esercizio, la rigidezza deve essere piccola, la struttura deve avere:

    a) comportamento reversibile (elastico);

    b) se strategica deve garantire l'operativit.

    2. RESISTENZA

    E la capacit della struttura di sopportare i carichi limite che pu incontrare durante la sua

    vita.

    Nella curva f, rappresentata da max; applicando un carico maggiore di max la struttura

    collassa, non esiste pi equilibrio.

    3. DUTTILITA

    E la capacit della struttura (o del materiale) di deformarsi plasticamente prima di giungere

    a rottura.

    In termini grafici si pu rappresentare con un rapporto tra aree (A1 e A2):

    FIGURA 1.21

    Si approssima la curvaf, con la bilatera che indica il comportamento elasto - plastico.

    Si definisce grado di duttilit il rapporto: N= f2-f1/ f1

    Scrivendola come rapporto tra aree si avrebbe un'interpretazione energetica.

  • 17

    - Comportamento infinitamente duttile:

    Si avrebbe un grafico del tipo:

    Nessun materiale infinitamente duttile.

    FIGURA 1.22

    - Comportamento perfettamente fragile:

    FIGURA 1.23

    4. STABILITA

    Si immagini di effettuare una prova di carico e di seguire al computer lo sviluppo della curva

    f:

    FIGURA 1.24

    Giunto al punto critico, pu procedere secondo due rami: quello primario o quello secondario.

    Proseguendo lungo il ramo secondario si giunger ad un fenomeno di fragilit, in cui la

    struttura ha una brusca perdita di capacit portante e arriver al collasso, la struttura non

    d segni premonitori, passa direttamente da fase elastica al collasso.

    L'azione incendio modifica le caratteristiche elementari della struttura, in particolare:

  • 18

    la rigidezza dipende dalla temperatura K(T) e diminuisce all'aumentare di T;

    la resistenza y(T) diminuisce al crescere di T;

    la duttilit: la temperatura pu non avere influenze dirette.

    OSSERVAZIONI:

    1) Comportamento elastico vs compartimento plastico:

    FIGURA 1.25 FIGURA 1.26

    Comportamento elastico Comportamento plastico

    Andando a scaricare c' una freccia residua.

    La freccia legata a: plasticizzazione, degrado,

    danno.

    2) Comportamento primario vs compartimento secondario:

    Il comportamento primario della mensola, soggetta al carico F,

    l'inflessione (Teoria della linea elastica).

    FIGURA 1.27

    All'aumentare del carico, aumenta l'inflessione.

  • 19

    Si consideri la trave, con una sezione bxh (De Saint-Venant) e si disegna la deformata della

    trave:

    FIGURA 1.28

    Accanto all'inflessione, nasce una risposta secondaria, non prevista all'inizio o con la quale

    non inizia a rispondere subito.

    E' lo sbandamento fuori piano della trave INSTABILITA' FLESSO-TORSIONALE

    Esempio: Asta caricata da un carico p:

    N.B. Tutto ci che compresso si pu instabilizzare.

    FIGURA 1.29

    Esempio: trave semplicemente appoggiata, caricata uniformemente.

    FIGURA 1.30

    In prossimit degli appoggi c compressione instabilit delle ali.

  • 20

    3) La curva f detta anche percorso di equilibrio, (in qualsiasi punto della curva si

    in una posizione di equilibrio) e se ne definiscono nominalmente i tratti come in

    figura:

    ramo pre-critico (dal punto iniziale al punto critico limite), ramo post-critico (dal punto critico

    limite al punto di collasso).

    FIGURA 1.31

    1.2.2 Qualit sistemiche

    Sono le qualit non elementari della struttura, quelle legate al sistema e allevoluzione del

    quadro nominale nel tempo.

    Sono fondamentalmente: durabilit, robustezza e resilienza.

    1. DURABILITA

    E la conservazione delle caratteristiche della struttura nel tempo, propriet essenziale

    affinch i livelli di sicurezza vengano mantenuti durante tutta la vita dell'opera.

    FIGURA 1.32

    Una qualsiasi qualit Q subisce degrado nel tempo per cause naturali, utilizzo, fatica.

  • 21

    Quando si parla di qualit di una struttura, una prima distinzione va fatta riguardo ai termini:

    Miglioramento: miglioro una qualit Q, ma non la rendo uguale al suo valore nominale;

    Adeguamento: rendo la qualit Q uguale, se non migliore, al suo valore nominale.

    Per portare la qualit Q al suo valore nominale vengono svolti interventi di:

    - Manutenzione ordinaria (o preventiva): una manutenzione ripetitiva, sono pi

    interventi svolti nel tempo. E poco costosa.

    - Manutenzione straordinaria: di riparazione, pi impegnativa e costosa di quella

    ordinaria.

    EVENTI DISCRETI (NEGATIVI)

    FIGURA 1.33

    Se allistante t1 avviene levento negativo, la struttura degrada le sue propriet.

    Se non collassa, continua a vivere.

    Se ci si trova nel punto A della vita della struttura, bisogna intervenire con un miglioramento

    o adeguamento. Se si ripara a questo punto la struttura, inizia a migliorare la sua qualit Q,

    ma impiega un tempo t comparabile con la vita della struttura stessa.

  • 22

    Considerando solo il piano Q-M:

    FIGURA 1.34

    Una struttura tanto pi durabile, quanto pi Q/t piccolo.

    Una struttura tanto pi robusta quanto, a parit di evento negativo, Q/M piccolo.

    2. ROBUSTEZZA

    La robustezza ha diversi aspetti:

    la capacit di incassare un danno/collasso locale: il danno resta limitato, non si

    propaga (aspetti qualitativi)

    aspetti quantitativi: metrica

    La metrica un qualcosa di comparativo, che permette di confrontare due o pi strutture dal

    punto di vista della robustezza.

    La robustezza diventa importante quando si superata la capacit portante della struttura.

    FIGURA 1.35

    La struttura A ha condizioni nominali migliori, ma al crescere dellintensit del carico

    (magnitudo) ha un andamento peggiore rispetto alla B.

    E riassumibile cos il concetto di metrica e di giudizio che ci permette il confronto.

  • 23

    Esempio:

    FIGURA 1.36

    La colonna centrale pu essere soggetta ad esplosione o ad un urto.

    Detta A larea della colonna, per urto si avr: A(i)=A*fi

    Con fi= 0 se il camion distrugge la colonna, fi= 0.99 se, per esempio, un motorino ad

    urtarla.

    La magnitudo pu essere: i TNT di esplosivo, la velocit del veicolo che impatta, la

    temperatura dellincendio.

    Per quanto riguarda la robustezza definita come la capacit di incassare un danno/collasso

    locale:

    In una trave semplicemente appoggiata (isostatica), se viene a mancare un appoggio, la

    trave collassa (collasso globale):

    FIGURA 1.37

  • 24

    Nel caso in cui la trave sia su pi appoggi, quindi iperstatica:

    FIGURA 1.38

    Se viene a mancare un appoggio, la struttura ritrova il suo equilibrio.

    Dunque, molto importante per la robustezza della struttura, ricordare che:

    - Le strutture ISOSTATICHE sono NON RIBUSTE;

    - Le strutture IPERSTATICHE sono ROBUSTE.

    3. RESILIENZA

    Se due strutture hanno entrambe le stesse qualit elementari, arrivano entrambe al tempo

    t1, ma una si ripara prima dellaltra, chiaramente da preferire la prima.

    E la propriet di resilienza, la capacit della struttura di tornare, nel pi breve tempo

    possibile, alle condizioni iniziali della qualit Q.

    FIGURA 1.39

    E un concetto strettamente legato con il concetto di robustezza.

    In termini generali, si definisce resiliente una comunit che ha la capacit di assorbire impatti

    di un disastro e tornare rapidamente alla normale attivit socioeconomica.

  • 25

    FIGURA 1.40

    Il grafico stato realizzato dalla MCEER (Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering

    Research) ma pu essere adattato a qualsiasi altra situazione.

    In generale quindi: al tempo t0 considero la struttura al 100% delle sue capacit (qualit),

    subisce il danno (disastro) e la capacit scende, per esempio, al 50%.

    Impiegher un certo tempo Tr Per tornare, al tempo T1, al pieno delle sue capacit.

    Minore il tempo tiene impiegato, maggiore la resilienza della struttura.

    Persone, sistemi, cose, organizzazioni, idee, possono essere descritte in uno dei tre modi

    seguenti:

    Fragile

    Resiliente

    Anti fragile

    Ci che fragile soffre il caos e le situazioni di incertezza.

    Ci che robusto o resiliente non soffre di circostanze volatili o di disturbo (araba fenice).

    Anti-fragilit: va a migliorare il sistema, diventa pi forte.

    Ci che anti- fragile diventa pi forte con la volatilit e le condizioni di stress.

    Le propriet sistemiche si applicano a tutti i sistemi fisici, socio-economici, alle macchine.

  • 26

    Nel confronto tra situazioni realmente accadute: il terremoto in Giappone, ad Haiti, a

    LAquila; per quanto appena detto: il Giappone pi resiliente, Haiti pi robusto dellAquila

    (LAquila, con un sisma pi piccolo, ha avuto danni maggiori di Haiti).

    1.3 FOCUS SUI TERMINI RELATIVI ALLA STRUTTURA NELLA SUA VITA

    FIGURA 1.41

    Quando una struttura viene progettata, ha una capacit As Design.

    Finito il progetto, c la realizzazione della struttura e, in generale, la capacit As Design>

    capacit As Built.

    Seguendo la traiettoria di vita, dopo un tempo t, a t1 la struttura ha una capacit minore di

    quella nominale, As Actual, si tiene conto del degrado nel tempo.

    Se a t1 avviene un evento negativo, si scende al livello As Demage, se non si effettuano

    riparazioni arriva al livello minimo di Q e As Failed, collassa.

    Nella forensil engineering dalla struttura collassata si va a ritroso, bisogna ricostruire la sua

    storia in un complesso processo di back analysis.

    Esempi di back analysis sono: lautopsia oppure, noto il foro di entrata di un proiettile, capire

    dov piazzato il cannone.

  • 27

    Il processo di analysis, invece, : dato il cannone, penso ad una certa inclinazione e sparo

    il primo colpo. Poi modifico linclinazione e mi avvicino allobiettivo; alla seconda iterazione

    centro lobiettivo.

    1.4 COLLASSO GLOBALE E COLLASSO PROGRESSIVO

    Si considerino le due situazioni seguenti:

    LOCALE (ELEMENTO) GLOBALE (STRUTTURA)

    FIGURA 1.42 FIGURA 1.43

    Caso A)

    FIGURA 1.44

    1) Sviluppo di instabilit globale

  • 28

    FIGURA 1.45

    2) Collasso globale

    Caso B)

    FIGURA 1.46

    1) Sviluppo di instabilit locale

    FIGURA 1.47

    2) Si abbassano gli orizzontamenti

    3) Il carico migra verso le colonne esterne

    4a) Le colonne esterne possono incassare lincremento di carico.

  • 29

    La struttura ha subito un collasso locale, ma non ha avuto un collasso globale

    robustezza strutturale.

    4b) Al collasso di un elemento collasso struttura no robustezza strutturale

    Collasso struttura tutta in un colpo collasso globale

    In sequenza collasso progressivo.

    1.5 RESISTENZA RISPOSTA MECCANICA

    Il progettista antincendio chiamato ad effettuare un'analisi meccanica sulla struttura per

    verificarne la resistenza.

    La verifica pu essere fatta nel:

    Dominio delle resistenze;

    Dominio del tempo;

    Dominio delle temperature.

    Cio fissata la struttura, il carico, fissato il livello di prestazione, si verifica che la struttura,

    sotto quel carico, resista per un certo tempo fissato o si mantenga al di sotto di una certa

    temperatura.

    La verifica nel dominio delle resistenze la pi nobile.

    FIGURA 1.48

  • 30

    La curva della resistenza decrescente; parte dalla capacit nominale della struttura e poi

    decresce.

    Data la curva T(t), posso calcolare in qualsiasi momento la resistenza perch le propriet

    della struttura variano con la temperatura e sono note le relazioni che le descrivono.

    Costruire la curva R(T,t) molto difficile, si pu costruire in laboratorio. Per esempio

    schiacciando cinque provini a temperature diverse.

    Per quanto riguarda il carico E: pu anche non rimanere costante (se un materiale che

    brucia, dopo l'incendio non c' pi, quindi il carico diminuito).

    Non pu essere accettata una situazione in cui il carico costante e la resistenza R

    diminuisce e arriva al di sotto di Efi,requ,t. In questo caso c' il collasso.

    In questo caso si pu calcolare il tempo t a cui la struttura collassa e fare una verifica nel

    dominio del tempo.

    Se la temperatura non un criterio di verifica significativo, lo se il collasso avviene prima

    della temperatura di picco. Ma una verifica che va bene solo se l'andamento di T(t)

    monotono crescente (curve ISO834, idrocarburi, incendio esterno).

    FIGURA 1.49

  • 31

    2. ROBUSTEZZA STRUTTURALE - PROBLEMI, MODELLAZIONI NUMERICHE E TREND FUTURI

    Una struttura robusta se mostra un degrado regolare delle qualit (resistenza, rigidezza,

    stabilit, ecc) con lentit del danneggiamento che subisce.

    In una progettazione globale il requisito di robustezza pu essere valutato verificando ad

    esempio che la rimozione di un singolo elemento, di una parte della struttura o di un danno

    localizzato si risolva al pi in un collasso localizzato.

    FIGURA 2.1

    Esempio di collasso locale e collasso globale.

    Robustezza strutturale definizioni

    Capacit di una struttura di resistere ad eventi come fuoco, urti, esplosioni,

    conseguenze di un errore umano, senza essere danneggiata in misura

    sproporzionata rispetto alla causa [EN 1991-1-7-2006];

    La robustezza di una struttura, intesa come la sua capacit di non subire danni

    sproporzionati a causa di un collasso iniziale limitato. una caratteristica intrinseca

    della struttura, legata a tutto il sistema strutturale;

    Robustezza definita come insensibilit al collasso locale.

  • 32

    2.1 CASI SIGNIFICATIVI DI COLLASSO

    Ronald Point Tower Block -16 maggio 1968

    Esplosione di gas e conseguente collasso progressivo (pannello esterno che si staccato

    al 18 piano collasso dei piani superiori e successivamente dei piani inferiori a causa

    dell'impatto)

    Covar Towers -25 giugno 1996

    Esplosione di una bomba all'esterno dell'edificio; la facciata stata completamente distrutta.

    Non c' stato collasso progressivo.

    Deutsche Bank building -11 settembre 2001

    Le macerie delle WTC hanno impattato sull'edificio; gravi danni tra il 9 e il 23 piano; le

    colonne dall'9 al 18 piano furono distrutte ma i giunti hanno resistito e la struttura riuscita

    a ridistribuire i carichi evitando il collasso.

    Il collasso progressivo conseguente ad un evento straordinario legato alla probabilit data

    da:

    P(F)=P(H)xP(DH)xP(FIDH)

    P(H): probabilit che si verifica levento;

    P(DIH): probabilit di danno condizionata (probabilit che, se si verifica levento, ci sia

    danno);

    P(FIDH): probabilit che il danno si propaga nella struttura.

  • 33

    2.2 LPHC - HPLC (Low Probability Hight Consequences Hight Probability Low

    Consequences) e Black Swan

    FIGURA 2.2

    Il grafico riassume gli approcci adottati nell'analisi di rischio a seconda delle complessit

    della situazione.

    In particolare, per situazioni semplici (HPLC) si usa un approccio deterministico, qualitativo;

    per situazioni pi complesse si usano approcci probabilistici.

    Per situazione molto complesse (LPHC) si fanno considerazioni qualitative usando, per,

    anche valori numerici dove disponibili.

    Black Swan Un black Swan un evento con le seguenti tre caratteristiche:

    un evento inaspettato;

    Ha un impatto molto forte;

    Si riesce spiegare solo a posteriori.

    La teoria del Black Swan stata sviluppata da Nassim Nicholas Taleb ne "Il cigno nero",

    2007.

  • 34

    una metafora che incapsula il concetto che l'evento con forte impatto una sorpresa

    dell'osservatore. Una volta accaduto l'evento viene razionalizzato a posteriori.

    I cigni neri, studiati a posteriori, danno al progettista un nuovo modo di trattare i rischi.

    Pro:

    Maggiore consapevolezza di incertezze nel processo decisionale;

    Nuovo modo di affrontare rischi e incertezze.

    Contro:

    I cigni neri sono casi estremi;

    La teoria dei cigni neri ancora molto nuova.

    2.3 ROBUSTEZZA STRUTTURALE IN TERMINI QUALITATIVI

    In generale, si definisce robustezza strutturale:

    La capacit di una costruzione di mostrare una diminuzione regolare delle sue qualit

    strutturali a seguito di un evento negativo.

    Ci implica:

    Diminuzione di prestazioni Strutturali (funzione intensiva);

    Diffusione limitata del danno (funzione estensiva).

    Definizioni qualitative di robustezza strutturale vengono date nel:

    [EN 1991-1-7:2006]: capacit di una struttura di resistere ad azioni quali: incendi, urti,

    esplosioni, o conseguenze di errori umani senza subire danni eccessivi.

    [Beton Kalender 2008]: insensibilit della struttura a danni locali.

    In termini qualitativi, le strutture possono essere confrontate dal punto di vista della

    robustezza come rappresentato nel grafico seguente:

  • 35

    FIGURA 2.3

    Una struttura A, sebbene con caratteristiche nominali migliori della struttura B (pi

    performante), in corrispondenza dello stesso livello di danno, la struttura B, meno

    performante, pi robusta, se danneggiata ha una perdita di performance minore.

    In ingegneria civile, ci sono quattro tipi di verifica che si possono fare: a livello del materiale,

    verifica della sezione, verifica dell'elemento strutturale (verifiche agli SLU).

    La verifica di robustezza va oltre le verifiche agli SLU, si fa a livello dell'intera struttura.

    2.4 TIPOLOGIE DI COLLASSO

    Una prima distinzione nelle tipologie di collasso si pu fare in:

    No-sway: la struttura implode, le componenti della struttura collassano l'una sull'altra;

    Sway: la struttura esplode, un processo non confinato.

    FIGURA 2.4

  • 36

    A livello qualitativo, si individuano sei tipologie di collasso:

    Pancake: Un elemento strutturale non riesce pi a sopportare il carico sovrastante

    collassando sulla restante parte della struttura, schiacciandola proprio come un pancake;

    Zipper: c' una ridistribuzione delle forze in percorsi alternativi.

    Domino: c' un ribaltamento iniziale di un elemento che cade su un altro andando a caricare

    e provocandone la caduta su di un altro e cos via; un vero e proprio effetto domino.

    Sezione: una crepa su una superficie provoca, per una ridistribuzione delle forze, una

    concentrazione dello sforzo nelle zone adiacenti con conseguente progressione del danno

    alla struttura.

    Instabilit: perdita di stabilit di elementi compressi; pu provocare un collasso progressivo.

    E tipico dei terremoti;

    Misti: si possono presentare contemporaneamente pi tipologie di collasso, per esempio:

    domino pi pancake, zipper pi instabilit (terremoto di Izmit 1999).

    2.5 DESIGN STRATEGY

    Per evitare il collasso o confinarlo a determinati punti della struttura bene seguire delle

    strategie di design:

    1. Continuit: Fare in modo che la parte coinvolta nell'incidente continui ad

    appartenere alla struttura, seppur danneggiata.

    Ne un esempio il Boeing B 17 che, dopo una collisione con un altro aereo durante la

    seconda guerra mondiale continu a volare per 90 minuti nonostante la coda forse

    fortemente danneggiata.

    Riusc a volare per cos tanto tempo grazie alla moltitudine di connessioni tra la fusoliera e

    la coda che assicuravano, appunto, continuit.

    FIGURA 2.5

  • 37

    2. Compartimentazione (segmentazione): fare in modo che il danno causato ad

    un punto della struttura non si propaghi. un concetto tipico dell'ingegneria

    antincendio.

    Esempio: Un Boeing 737, nell'agosto del 1988, riusc ad atterrare pur avendo perso la parte

    superiore della fusoliera.

    FIGURA 2.6

    2.6 COLLASSO PROGRESSIVO

    Definizioni:

    1. Diffusione di un collasso iniziale localizzato da un elemento ad un elemento ad esso

    adiacente, risultante, eventualmente nel crollo dell'intera struttura o di gran parte di

    esso (ASCE);

    2. Un collasso progressivo una situazione in cui il collasso locale di una componente

    strutturale primaria porta al crollo degli elementi adiacenti che, a loro volta, portano

    a crolli ulteriori. Il crollo totale della struttura sproporzionato rispetto alla causa

    iniziale (GSA 2003);

    3. Collasso a catena di elementi strutturali in misura sproporzionata rispetto al collasso

    iniziale localizzato (UFC 2003).

    Osservazioni

    Un collasso progressivo si sviluppa come un effetto domino.

    Un collasso sproporzionato molto pi grande rispetto alla causa iniziale ed , inoltre, un

    giudizio dato dall'osservatore. Pu essere considerato, perci, un attributo qualitativo della

    struttura.

  • 38

    Un collasso pu essere progressivo ma non necessariamente sproporzionato. Per esempio,

    se arrestato, progredisce attraverso un certo numero di elementi strutturali. Viceversa, un

    collasso pu essere sproporzionato ma non necessariamente progressivo se, per esempio,

    il collasso limitato ad un solo elemento strutturale ma questo ultimo molto grande.

    I termini collasso progressivo e collasso sproporzionato spesso vengono usati come

    sinonimi poich un crollo sproporzionato spesso avviene in maniera progressiva e un crollo

    progressivo pu essere sproporzionato.

    Misure contro il collasso sproporzionato

    Le attuali strategie di progetto disponibili e i metodi per prevenire collassi sproporzionati

    sono:

    Prevenire collassi localizzati di elementi chiave;

    Specifica resistenza locale;

    Misure di protezione non strutturali;

    Prevedere collasso localizzato;

    Percorsi alternativi di carico;

    Segmentazione;

    Norme di progettazione restrittive.

    2.7 QUANTIFICAZIONE DELLA ROBUSTEZZA IN TERMINI MATEMATICI

    Basata sul rischio:

    I rob=

    +

    Rdir: rischi associati con i danni iniziali;

    Rind: rischi associati con i danni successivi.

    Un sistema considerato robusto quando i rischi indiretti non contribuiscono

    significativamente al rischio totale del sistema. Cio quando Rdir > Rind.

    Basata sul danno:

    Deve essere rispettata la condizione:

    Stato limite di progetto: Rk/(krrd) (MEEEK)0

  • 39

    Progettazione del singolo elemento:

    Deve valere la condizione: Rdnon danneggiata- Ednon danneggiata 0

    Progettazione basata sulle conseguenze del danno (Cf):

    (1- Cf)(Mr-1Rd-1 Rk) - (MEEEK)0 0 Cf1

    Lo stato limite di progetto viene corretto con il fattore Cf.

    Cf: Quantifica l'influenza che una perdita di un elemento strutturale ha sulla capacit di

    carico;

    Cf fornisce al singolo elemento strutturale una capacit di carico aggiuntiva, in funzione dei

    carichi di progetto, che pu essere utilizzata per contrastare carichi inaspettati.

    Se Cf tende ad uno pi probabile che l'elemento strutturale sia importante per l'intero

    sistema; viceversa se Cf tende a zero.

    La struttura soggetta ad una serie di scenari di danno e le conseguenze dei danni sono

    valutate attraverso il coefficiente Cfscenario che, per semplicit, pu essere espresso in

    percentuale.

    Per scenario di danno si intende il collasso di uno o pi elementi strutturali.

    La robustezza pu essere espressa come il complemento a cento di Cfscenario, inteso come

    il coefficiente che influenza direttamente la resistenza.

    Il coefficiente Cfscenario valutato come la massima differenza, in percentuale, tra gli

    autovalori della matrice di rigidezza della struttura non danneggiata e danneggiata:

    L'indice di robustezza corrispondente definito come: Rscenario=1- Cfscenario

    Valore di Cfscenario prossimi al 100% indicano che il collasso dell'elemento strutturale causa

    molto probabilmente il collasso globale della struttura.

    Valori bassi di Cfscenario non necessariamente implicano che la struttura sopravviva dopo il

    collasso di un elemento strutturale:

    In questi casi sono necessarie analisi ulteriori sulla perdita che ha interessato il singolo

    elemento strutturale.

    Valori Cfscenario prossimi allo 0% implicano che la struttura ha una buona robustezza.

    Il metodo proposto per valutare la robustezza attraverso Cfscenario non pu essere utilizzato

    per:

  • 40

    Strutture che hanno masse concentrate (specialmente non strutturali) in una

    determinata zona;

    Strutture tipo tensostruttura e ponti sospesi.

    Progettare per la robustezza , in un certo senso, anti-ottimizzante perch richiede di costi.

    Anche in questo caso va fatta un'analisi costi benefici.

    Se i costi totali per le misure di robustezza eccedono la riduzione delle conseguenze del

    collasso, il sistema pu considerarsi robusto ma non economico; in queste situazioni utile

    un approccio probabilistico al problema e, dove possibile, utilizzare il coefficiente Cfscenario.

  • 41

    3. ANALISI DEL RISCHIO: il caso dellincendio di strutture civili

    La sicurezza antincendio divisa in diversi livelli di sicurezza, corrispondenti a diversi

    obiettivi di sicurezza:

    1. Prevenzione;

    2. Spegnimento / soppressione del fuoco limitare i danni;

    3. Evitare il collasso globale Robustezza strutturale.

    Valutazione del rischio

    Fornire risposte a domande del tipo:

    Cosa potrebbe accadere?

    Quali posso essere le conseguenze?

    Qual la probabilit che una cosa non prevista possa accadere?

    3.1 COSE IL RISCHIO Il rischio si pu definire come la probabilit che si verifichi danno da un particolare pericolo.

    Il rischio si misura in termini di conseguenze e di probabilit.

    In termini matematici pu essere definito:

    Rischio = f(frequenza o probabilit, conseguenze)

    Nel caso di attivit con un unico evento con potenziali conseguenze, il rischio la probabilit

    che levento possa verificarsi moltiplicata per la conseguenza data dallevento stesso:

    R=P*C

    La valutazione del rischio riferito ad un insieme (un sistema) data dalla somma del rischio di

    ogni unit componente il sistema:

    =

    =

    Esistono due tipi di rischio:

    1. Rischio individuale;

    2. Rischio sociale.

    Il rischio individuale legato al singolo individuo, al singolo componente.

    Il rischio sociale valutato considerando un gruppo di persone, una comunit e, in quanto

    progettisti, siamo interessati alla valutazione del rischio sociale.

  • 42

    3.2 COSE LANALISI DI RISCHIO

    un insieme di approcci, metodologie e modelli complessi per specifici task.

    Analisi di sequenze ed effetti di interazioni in potenziali incidenti, identificando punti deboli

    e possibili soluzioni.

    Lanalisi di rischio rende fattibile la quantificazione del rischio; cio, proprio attraverso metodi

    e modelli si riesce ad esprimere numericamente il rischio analizzato.

    3.2.1 Processo di valutazione del rischio (ISO 31000)

    Pu essere suddiviso in tre macro blocchi: analisi del rischio, valutazione del rischio,

    riduzione del rischio.

    Operazioni effettuate una seguente l'altra a partire dall'analisi del rischio.

    Di seguito si descriver ogni macro blocco secondo i processi che lo compongono.

    FIGURA 3.1

  • 43

    Analisi del rischio:

    La definizione del sistema non altro che la definizione del contesto e dell'organizzazione,

    dello scopo, degli obiettivi e degli stakeholder (tutti soggetti coinvolti) e la determinazione

    dei criteri di valutazione (livello di rischio accettato).

    L'identificazione di minacce ha lo scopo di determinare cosa e come pu succedere.

    Per farlo, si scompone il sistema in sottoinsiemi, se ne identificano le possibili condizioni di

    guasto e si identifica come possono verificarsi minacce nel sistema/sottosistema

    considerato.

    I metodi per l'identificazione delle minacce sono:

    Qualitativi: studi basati su esperienze generiche di persone;

    Quantitativi: stime matematiche basate su dati storici;

    Semiquantitativi: compilazione di metodi qualitativi e quantitativi (metodi qualitativi con l'uso

    di valori numerici).

    Analisi qualitativa:

    Sono esempi di metodi qualitativi di individuazione delle minacce:

    Checklist: elenco di protezione da adottare all'interno di una particolare struttura (il

    rischio espresso come omissione dell'adozione di sistemi di protezione);

    What-if analysis: cosa pu succedere se? (Brainstorming approch);

    Hazop-Hazard and Operability analysis: (analisi di pericolo e operabilit);

    Albero dei guasti (FTA);

    Albero degli eventi (ETA;)

    FMEA (failure modes and effects analysis): metodo tabellare di stima di cause ed

    effetti di guasti di componenti noti, espressi in frequenza annuale.

    Valutazione del rischio

    Questo macro blocco deriva dall'analisi del rischio e prevede la valutazione del rischio dopo

    aver stabilito criteri di rischio.

    Lanalisi di rischio qualitativa il mezzo pi semplice di fare analisi di rischio, usato

    generalmente nelle fasi preliminari di analisi.

    Viene fatta una valutazione soggettiva del rischio, usando esperienze pregresse, eventi,

    pareri.

    Quello che ne risulta una valutazione del rischio qualitativa, e non un valore di una scala

    numerica, per questo non utilizzata in sistemi pi complessi.

  • 44

    Uno dei metodi pi utilizzati nell'analisi di rischio qualitativa la matrice del rischio.

    una matrice caratterizzata sulle righe da valori di lesioni decrescenti, sulle colonne da

    probabilit che un evento accada decrescenti.

    Spostandosi sulla diagonale della matrice il rischio diminuisce.

    Il metodo SWOT (Strenghts Weakness Opportunities Threats) usato soprattutto quando

    si fa il confronto tra tecnologie da utilizzare.

    L'analisi di rischio quantitativa combina frequenze e conseguenze per stimare il rischio.

    Nasce con l'industria chimica negli anni 70.

    Viene effettuata attraverso la scomposizione del sistema e usa spesso la FTA e ETA.

    L'ETA rappresenta l'ordine logico in cui gli eventi possono verificarsi in un sistema.

    L'albero degli eventi inizia con un evento iniziatore e le conseguenze di questo vengono

    rappresentate in una serie di percorsi possibili.

    Ad ogni percorso assegnata una probabilit di accadere.

    Con l'uso di una serie di porte logiche (and, or...) si arriva a calcolare la probabilit di fine

    percorso.

    La FTA utile nel calcolare la probabilit dell'evento iniziatore di un albero degli eventi.

    L'idea quella di iniziare un evento (esempio: la macchina non parte) e, usando un

    approccio top-down, generare un modello logico che fornisce l'affidabilit del sistema.

    Nella FTA possono essere ammesse situazioni significative e possono mancare o non

    essere di buona qualit dei dati storici.

    La combinazione di albero dei guasti e albero degli eventi porta al diagramma causa

    conseguenze.

    3.2.2 Curve F-N (Frequenza Fatalit)

    Una curva F-N un metodo alternativo di descrivere il rischio associato con la perdita di

    vite.

    Una curva F-N mostra la frequenza di un evento incidentale con almeno N vittime (sul piano

    logaritmico).

    Descrivono incidenti su larga scala, quindi perlopi vengono utilizzate per il rischio sociale.

    Si pu accettare un valore di N elevato, ma la probabilit associata deve essere bassa.

  • 45

    FIGURA 3.2

    Accettazione del rischio

    L'accettazione del rischio un confronto dei valori che risultano dall'analisi di rischio e valori

    limite di rischio che non possono essere superati. Un primo metodo di confronto quello di

    rappresentare sullo stesso piano F-N la curva F-N risultante dall'analisi di rischio e

    controllare che non superi i livelli di accettabilit in nessun punto (rappresentato anch'esso

    dalla curva FN).

    3.2.3 Metodo ALARP

    Un altro metodo il metodo ALARP (As Low As Reasonably Practicable)

    FIGURA 3.3

  • 46

    Quello che interessa stare nella regione ALARP, se non al di sotto.

    Al di sopra della Regione ALARP il rischio non pu essere giustificato in nessuna

    circostanza. All'interno della regione ALARP c' un livello di rischio tollerabile che deve

    essere ben bilanciato con i costi necessari per abbassarlo (analisi costi benefici).

    Laccettazione del rischio viene valutata anche considerando il costo della vita umana. Cio,

    esistono tabelle dove possibile attribuire un valore, un costo della vita umana; dipendono

    dalla life quality index (qualit della vita) e quindi differiscono a seconda dello Stato in cui ci

    si trova.

    Riduzione del rischio

    A seguito di analisi e valutazione del rischio, si valuta la riduzione del rischio.

    Schematicamente si pu riassumere in questo modo:

    FIGURA 3.4

  • 47

    4. LINCENDIO 4.1 IL FENOMENO INCENDIO

    Lincendio la manifestazione visibile di una reazione chimica, chiamata combustione, che

    avviene tra due sostanze diverse, il combustibile e il comburente, con conseguente

    emissione di energia sensibile (calore e luce). Il combustibile la sostanza in grado di

    combinarsi con lossigeno, cio di bruciare.

    In condizioni ambientali normali esso pu essere allo stato solido (carbone, legno, carta,

    etc.), liquido (alcool, benzina, gasolio, etc.) o gassoso (metano, idrogeno, propano, etc.).

    Il comburente la sostanza che permette al combustibile di bruciare. Generalmente si tratta

    dellossigeno contenuto nellaria allo stato di gas.

    Talvolta la mancanza di ossigeno pu portare a situazioni pericolose, infatti nel caso di

    combustione incompleta (insufficienza di ossigeno) un improvviso apporto di ossigeno pu

    provocare unesplosione.

    Perch combustibile e comburente possano reagire, necessaria una condizione

    energetica sufficiente (fonte dinnesco).

    Nelle NTC 2008 si trova la seguente definizione:

    Per incendio, si intende la combustione autoalimentata ed incontrollata di materiali

    combustibili presenti in un compartimento.

    Fasi di un incendio

    Allo stato attuale non si in grado di qualificare il fenomeno incendio in tutti i suoi aspetti

    che coinvolgono problemi di cinetica e di equilibrio chimico, di trasmissione del calore, di

    propagazione delle fiamme e fluidodinamica delle correnti daria e dei prodotti di

    combustione.

    Si dar, quindi, unillustrazione qualitativa dellincendio e delle sue fasi.

    Le fasi che caratterizzano un incendio sono:

    Stadio di sviluppo o pre-flashover: la fase iniziale, durante la quale lincendio

    localizzato in prossimit della sua origine e i gas sono a basse temperature;

    Flashover: apparizione delle prime fiamme, rapida vampata;

    Completo sviluppo o post-flashover: sono coinvolti tutti i materiali combustibili

    presenti nellambiente. E uno stato irreversibile caratterizzato dallinfiammazione

    generalizzata dei materiali combustibili presenti. E caratterizzato da: brusco

  • 48

    aumento della temperatura; aumento esponenziale della velocit di combustione;

    forte aumento dellemissione dei gas, che si espandono sia in senso orizzontale sia,

    soprattutto, in senso ascensionale; i combustibili vicini al focolaio si auto-accendono,

    quelli pi lontani si riscaldano e raggiungono la loro temperatura di combustione.

    Decadimento: la fase di estinzione, inizia dopo che la temperatura del gas scesa

    al 80% del valore di picco.

    FIGURA 4.1

    4.2 CARATTERISTICHE DELLINCENDIO

    Carattere estensivo (diffusione nello spazio):

    Wildfire;

    Urbanfire;

    All'esterno di un edificio;

    All'interno di un edificio.

    Carattere intensivo (andamento nel tempo)

    Natura accidentale.

  • 49

    4.2.1 Carattere estensivo

    WILDFIRE (incendio di foresta) quello pi ampio, si sviluppa su scala regionale.

    Un esempio l'incendio sviluppatosi in California nel 2007, i cui fumi erano visibili dal

    satellite.

    Il modello si dice ad "automa cellulare": viene rappresentato con una griglia con Ld celle.

    L la lunghezza del lato della griglia, d la sua dimensione.

    FIGURA 4.2

    Ogni cella della griglia pu essere vuota, occupata da un albero, sta bruciando.

    Il modello, proposto nel 1992 da Drossel e Schwobl definito da quattro regole che valgono

    contemporaneamente:

    Una cella che brucia si trasforma in una cella vuota

    Un albero brucia se almeno uno vicino sta bruciando

    Un albero prende fuoco con probabilit f anche se nessuno vicino a lui sta bruciando

    Una cella vuota si riempie con un albero con probabilit p.

    La diffusione dell'incendio dipende, quindi, dalla connessione delle singole celle.

    Essendo un fenomeno diffusivo e che coinvolge grandi superfici, va fermato prevedendo

    delle barriere (compartimentazione), che, a livello boschivo, possono essere, per esempio,

    delle strisce di terra.

    URBANFIRE

    Anche questo tipo di incedi interessa grandi spazi.

    Esempi di urbanfire sono l'incendio di Londra nel 1666, New York nel 1835, Chicago 1871.

    Come per gli incendi boschivi, anche in questo caso valido il modello ad automi cellulari,

    ma in questo caso la durata e la diffusione dell'incendio dipendono anche dai materiali con

    cui sono fatte le costruzioni.

  • 50

    ALL'ESTERNO DI UN EDIFICIO

    Un incendio che si sviluppa all'interno di un edificio pu coinvolgere anche l'esterno in

    termini di fiamme che si propagano dalle aperture e soprattutto per il fumo che si pu

    spostare anche per alcuni chilometri con vento favorevole.

    ALL'INTERNO DI IN EDIFICIO

    Esemplare il caso dell'hotel Windsor a Madrid: l'hotel aveva 28 piani, erano in corso i lavori

    di ristrutturazione, l'incendio si svilupp al 21 piano.

    Dopo due ore si era propagato due piani sopra e due piani sotto.

    Avendo due piani tecnici, la struttura era segmentata.

    L'incendio si sviluppato al di sopra del secondo piano tecnico, a seguito dell'incendio

    avvenuto il collasso della parete superiore al piano tecnico; proprio la presenza di

    quest'ultimo ha evitato il collasso progressivo perch era pi robusto degli altri piani.

    4.2.2 Carattere intensivo

    ISO 13387

    Modello nato alla fine degli anni '90, ma ancora valido.

    FIGURA 4.3

    Non altro che lo sviluppo dell'incendio nel tempo, in termini di energia liberata (HRR)

    Il primo ramo, di crescita dell'incendio, rappresentata la fase iniziale controllata dal

    combustibile e durante la quale avviene il flashover.

  • 51

    Il flashover si pu avere nel caso di incendio confinato, in luogo chiuso. Non ha senso

    parlare di flashover all'aperto.

    Si possono usare sistemi attivi (sprinkler p.e.) per controllare l'incendio, che si attivano prima

    del flashover.

    In corrispondenza del flashover si raggiungono le temperature pi alte, infatti le persone

    possono sopravvivere fino a prima del flashover, poi ci pu essere solo controllo

    dell'incendio.

    FIGURA 4.4

    Come si pu vedere dal grafico, prima del flashover entrano in gioco le protezioni attive:

    sistemi di rilevamento (fumo, fiamme, calore), sistemi di estinzione (sprinkler, estintori),

    sistemi di evacuazione.

    Dopo il flashover entrano in gioco i sistemi di protezione passiva, quindi tutti quelli

    caratterizzanti la costruzione:

    Compartimentazione, prevenzione di danni agli elementi strutturali, prevenzione di perdita

    delle capacit strutturali della costruzione.

    4.2.3 Carattere accidentale

    Tutti i fenomeni accidentali hanno caratteristiche comuni.

    In termini generali, le azioni sono un qualcosa che varia nel tempo e tipicamente, su un

    periodo di riferimento della costruzione, posso riferire l'azione al periodo di vita della

    struttura.

    Fissato il tempo di riferimento, si misura Q(t); l'azione pu essere anche la temperatura, la

    velocit del vento, ecc.

  • 52

    Si fissa poi il livello dell'azione e si vede, nel Trif, quante volte stato superato. Si fa poi il

    calcolo statistico (valori che si trovano in normativa).

    Bisogna comunque avere una base statistica per poter valutare i fenomeni HPLC (High

    Probability Low Consequences).

    il caso di vento, sisma, per i quali esistono dati statistici.

    Di fianco, esistono eventi LPHC (Low Probability High Consequences), per i quali non esiste

    statistica.

    La madre degli eventi LP un'esplosione, avvenuta nel '69 in Inghilterra a causa di una

    bombola di gas che ha provocato un collasso progressivo.

    Da qui si introdotto il concetto LP.

    FIGURA 4.5

    Negli eventi LPHC si ha grande rilascio di energia, molte rotture, molte persone coinvolte,

    forte non-linearit del problema, forte incertezza e molte interazioni, bassa prevedibilit.

    Esattamente il contrario per eventi HPLC.

    SCENARIO:

    Il progettista, a seguito della classificazione e della caratteristica delle azioni, deve

    individuare le possibili situazioni contingenti in cui le azioni possono cimentare l'opera

    stessa.

    Viene definito, nel D.M. 14 Settembre 2005:

    scenario: insieme organizzato e realistico di situazioni in cui lopera potr trovarsi

    durante la vita utile di progetto;

    scenaio di carico: insieme organizzato e realistico di azioni che cimentano la struttura;

    scenario di contingenza: identificazione di uno stato plausibile e corrente per lopera,

    in cui un insieme di azioni (scenario di carico) applicato su una configurazione

    strutturale.

  • 53

    Scenario dincendio:

    Come si pu sviluppare lincendio

    Pi grande pi pericoloso

    Si pu sviluppare secondo diversi movimenti: nella ISO 13387 sono individuati una serie di

    casi: nello stesso piano, su pi piani, attraverso vani scala, tra un edificio ed un altro,

    dallesterno.

    TRAVELING FIRE

    Incendio in cui il materiale distribuito in tutto il compartimento, il fuoco viaggia da oggetto

    ad oggetto, la temperatura media sar pi bassa, non ci sono picchi, ma si protrae di pi nel

    tempo rispetto ad una situazione in cui il materiale tutto concentrato in un punto. In

    questultimo caso la temperatura raggiunta sar pi alta ma lincendio si spegner pi

    velocemente.

    4.2.4 Fire Safety Concept Tree (NFPA)

    E un albero su cui vengono rappresentati su vari livelli le diverse strategie per la gestione

    dellincendio. E un controllo attraverso il progetto. Se lincendio non riesce ad essere

    prevenuto va gestito.

    Nella gestione dellevento figurano sia la gestione dellincendio che la gestione di beni e

    persone.

    Difesa delle persone:

    sul posto

    spostamento (predisporre vie di fuga, far avvenire il deflusso)

    Gestione dellincendio:

    controllo quantit di combustibile controllo materiali presenti

    soppressione dellincendio: automatica o manuale

    controllo dellincendio attraverso il progetto: controllo del movimento dellincendio,

    resistenza e stabilit strutturale.

    Nel controllo del movimento dellincendio va valutata la ventilazione e il contenimento.

  • 54

    FIGURA 4.6

    4.3 LAZIONE INCENDIO E LA SUA MODELLAZIONE

    4.3.1 HRR

    La modellazione dellincendio il procedimento durante il quale si determina il valore della

    temperatura dei gas nei pressi degli elementi costruttivi.

    La modellazione dellincendio parte integrante della progettazione strutturale antincendio,

    anche secondo quanto stabilito nel DM 9 Maggio 2007.

    Per determinare la temperatura raggiunta dai gas necessario valutare la variazione di

    RHR durante lincendio.

    Non semplice valutare lo HRR poich la quantit di ossigeno presente in un locale

    diminuisce nel tempo con il progredire dellincendio.

    Variando il quantitativo di ossigeno, nel tempo varier anche la potenza termica rilasciata

    durante la combustione.

    L'HRR una grandezza fisica fondamentale per la comprensione dell'incendio. E' il tasso di

    rilascio di energia termica, ovvero l'ammontare di calore rilasciato nell'unit di tempo. Si

  • 55

    misura in Kw.

    RHR (t) = mc(t) H

    dove

    H: potere calorifico del combustibile [MJ/Kg]

    mc: portata massica persa durante la combustione [Kg/s]

    Poich l'HRR dipende da molti fattori (calore di combustione del combustibile, tasso di

    perdita di massa, efficienza del combustibile, disponibilit di ossigeno), le curve di incendio

    possono avere andamenti molto diversi.

    Per incendi non controllati dalla ventilazione, l'evoluzione dell'incendio dipende solo dalle

    caratteristiche del combustibile.

    Solo in questo caso l'HRR una propriet specifica del combustibile.

    In generale no perch dipende dalla quantit di ossigeno presente e quindi dalla ventilazione.

    In letteratura sono presenti numerosi modelli di curve HRR di tipo nominale o teorico, la cui

    area sottesa una misura dell'energia complessiva liberata durante l'incendio.

    Per usarle necessario conoscere le propriet del materiale e, in alcuni casi, informazioni

    sull'entit della ventilazione.

    Di seguito i modelli pi diffusi:

    FIGURA 4.8 FIGURA 4.9

    FIGURA 4.7

  • 56

    4.3.1.1 Modello t2

    E' il modello pi studiato sperimentalmente ed l'unico di cui parla l'Eurocodice.

    Si individuano tre tratti:

    FIGURA 4.10

    Tratto di crescita quadratica (propagazione)

    Tratto di plateau orizzontale (pieno sviluppo)

    Tratto di decadimento lineare (estinzione)

    Tratto di crescita quadratica:

    RHR (t) = t2 [W]

    10^6/ t

    t: tempo necessario a raggiungere una potenza di rilascio di calore di 1MW.

    I valori di t sono tabellati nell'Eurocodice a seconda della destinazione d'uso dell'ambiente

    considerato.

    I materiali combustibili presenti nel compartimento possono avere differenti velocit di

    rilascio termico nella fase di propagazione.

    Ne deriva una propagazione: lenta, media, veloce, ultra-rapida.

    Il tratto di crescita quadratica si pu arrestare per tre motivi:

    1. Raggiungimento del flashover;

    2. Raggiungimento delle condizioni di incendio controllato dalla ventilazione (non c' pi

  • 57

    aria e l'HRR non pu pi crescere)

    3. Raggiungimento del massimo livello di energia liberabile dal combustibile (incendi

    controllati dal combustibile).

    RHR(t)max, combustibile = RHRf x Af

    RHRf = max RHR per unit di superficie;

    Af = superficie occupata dal combustibile.

    Tratto di plateau orizzontale

    E' caratterizzato dal massimo valore di RHR.

    Questa la fase di pieno sviluppo dell'incendio e si ritiene conclusa quando si liberato il

    70 % dell'energia termica disponibile nel compartimento.

    Tratto di decadimento lineare

    E' la fase di estinzione dell'incendio.

    Il raffreddamento avviene con pendenza tale da garantire il bilancio energetico del

    compartimento.

    4.3.2 Curve dincendio Per valutare landamento della temperatura nel tempo, sono state elaborate delle curve T-

    t, dette anche curve dincendio.

    Il D.M. 09/03/2007 prende in considerazione due tipi di curve T-t:

    4.3.2.1 Curve Nominali

    Rappresentano essenzialmente la fase post-flashover;

    Vengono applicate per lintervallo di tempo di esposizione, non considerano una fase

    di raffreddamento;

    Il tratto iniziale molto ripido; ci implica che viene trascurata la fase di innesco e

    propagazione.

    Progettando secondo le curve nominali si segue un approccio deterministico al problema.

    Le curve nominali definite dal D.M. 9 Marzo 2007 sono:

  • 58

    CURVA TEMPERATURA NORMALIZZATA (ISO 834):

    g = 20 + 345log10(8t +1) [C]

    g la temperatura media dei gas di combustione espressa in C

    t il tempo espresso in minuti.

    Lincendio standard rappresentato con una temperatura media dei gas di combustione

    che cresce continuamente nel tempo in modo logaritmico.

    Tale curva dincendio standard fornisce valori della temperatura che nella maggior parte dei

    casi sono pi elevati di quelli che effettivamente si riscontrano durante un incendio naturale;

    infatti, nella fase finale di decadimento la temperatura decresce nel tempo a causa

    dellesaurimento del combustibile (se non interviene prima unazione di spegnimento da

    parte dei soccorritori).

    proprio per tale motivo che, cautelativamente, le prestazioni dei materiali e degli elementi

    strutturali che devono possedere determinate caratteristiche di resistenza al fuoco, vengono

    attualmente verificate sottoponendoli allazione del suddetto incendio standard; deve per

    rilevarsi che tale impostazione nella maggior parte dei casi risulta conservativa perch

    richiede agli elementi strutturali prestazioni superiori di quelle minime necessarie in

    relazione allincendio naturale che realmente pu svilupparsi in un determinato locale.

    CURVA DELLINCENDIO ESTERNO

    Da utilizzare nel caso di incendi sviluppatisi allinterno del compartimento, ma che

    coinvolgono strutture poste allesterno.

    g=660(1-0,687e-0,32t0,313e-3,8t)+20 [C]

    g la temperatura dei gas in vicinanza dellelemento espressa in C

    t il tempo espresso in minuti.

    CURVA DEGLI IDROCARBURI

    Da utilizzare nel caso di incendi di quantit rilevanti di idrocarburi o altre sostanze con

    equivalente velocit di rilascio termico

    g = 1080(1-0,325e-0,167t 0,675e-2,5t)+20 [C]

    g la temperatura dei gas allinterno del compartimento espressa in C

    t il tempo espresso in minuti.

  • 59

    FIGURA 4.11

    4.3.2.2 Curve Naturali

    Agiscono sugli elementi costruttivi per tutta la durata dellincendio fino al ritorno,

    allinterno del compartimento, della temperatura ambiente;

    Modelli dincendio numerici semplificati;

    Modelli dincendio numerici avanzati.

    Le curve naturali dincendio vengono utilizzate nel caso in cui il progetto condotto con un

    approccio prestazionale.

    CURVE NATURALI: MODELLI DI INCENDI NUMERICI SEMPLIFICATI

    Curve parametriche di incendio confinato:

    Relazioni temperatura-tempo che determinano landamento delle temperature nei

    compartimenti nella fase post-flashover.

    Si basano su carico dincendio specifico, fattore di ventilazione del compartimento, propriet

    termofisiche delle chiusure nellambito del compartimento.

    Secondo le norme, per, le curve parametriche sono valide per compartimenti antincendio

    fino a 500 mq, di altezza massima 4m con aperture solo sulle pareti laterali.

  • 60

    Poich le curve naturali considerano tutta la durata dellincendio, vanno considerate curve

    T-t nella fase di riscaldamento, espresse nell EN 1991-1-2 come:

    g = 20 + 1325(1-0.324e-0.2t*-0.204e-1.7t* -0.472e-19t*) [C]

    dove:

    La massima temperatura max nella fase di riscaldamento si verifica per il tempo t*=t*max

  • 61

    Le curve T- t nella fase di raffreddamento sono date da:

    Nel caso di incendio controllato dalla ventilazione, a parit di fattore di apertura landamento

    del tratto crescente indipendente dal carico dincendio.

    Il carico dincendio definisce solo il tempo in cui lincendio fa raggiungere ai gas

    nellambiente il picco di temperatura Tmax.

  • 62

    FIGURA 4.12

    A parit di carico dincendio, con il diminuire del fattore di apertura (area delle aperture)

    aumenta la durata dellincendio.

    Questo perch la velocit di combustione diminuisce con laumentare del fattore di

    apertura e il picco di temperatura diminuisce con il diminuire del fattore di apertura.

    FIGURA 4.13

    CURVE NATURALI: MODELLI DINCENDIO NUMERICI AVANZATI

    Modelli a zone: (validi solo in fase pre-flashover)

    Derivano da modelli di fluidodinamica avanzati sviluppati appositamente per lo studio

    dellincendio.

  • 63

    Suddividono lambiente in zone macroscopiche, in numero dipendente dal livello di dettaglio

    desiderato, allinterno delle quali sono valutate le grandezze rappresentative.

    In ogni zona considerata, vengono risolte le equazioni differenziali di conservazione

    dellenergia termica, della massa e della quantit di moto.

    Modelli di campo:

    Costituiscono la pi raffinata possibilit di simulazione dincendio.

    Vengono utilizzati software di fluidodinamica computazionale per ottenere le simulazioni.

    Il compartimento diviso in una griglia tridimensionale di piccoli cubi per i quali si risolvono

    le equazioni di conservazione.

    I risultati sono pi dettagliati rispetto a quelli ottenuti nei modelli a zone, ma richiedono molto

    pi tempo di calcolo.

    In input vengono dati: geometria, materiali, HRR; in output il software restituisce: evoluzione

    del fenomeno, temperatura, altezza dei fumi, portate.

    4. 4 ESODO IN CONDIZIONI DI EMERGENZA La progettazione strutturale antincendio non pu prescindere dalla valutazione della

    sicurezza delle persone che si trovano allinterno della struttura al momento dello scoppio

    dellincendio.

    In questo caso, le persone saranno costrette ad abbandonare ledificio in condizioni di

    emergenza.

    Lesodo dalledificio avverr, quindi, in condizioni di pericolo causando elevato stress tra le

    persone.

    La conseguenza di ci che il comportamento delle persone tipicamente non razionale

    perch subentra il panico.

    Lesodo pu essere, quindi, molto difficoltoso perch le scelte intraprese dalle persone

    possono rivelarsi sbagliate.

  • 64

    4.4.1 Caratteristiche degli utenti Numero e distribuzione allinterno dellambiente (varia la densit e quindi la velocit

    degli utenti);

    Genere (solitamente gli uomini sono pi pronti a fronteggiare lincendio, mentre le

    donne a lanciare lallarme e iniziare lesodo);

    Et (gli anziani si muoveranno con velocit inferiori e avranno peggiori capacit

    sensoriali);

    Affiliazione sociale (le famiglie tenderanno a non separarsi ma si pu avere la

    formazione di nuovi gruppi, determinati dallincapacit degli utenti di prendere

    decisioni proprie si seguono le direzioni da altri utenti si allungano i tempi di

    esodo);

    Attaccamento ai beni;

    Passate esperienze (capacit di fronteggiare una situazione di emergenza perch ci

    si gi trovati coinvolti in passato);

    Familiarit con lambiente (fondamentale per orientarsi e trovare la via di fuga pi

    vicina).

    4.4.2 Processi cognitivi

    FIGURA 4.14

    In caso di incendio, questi processi cognitivi avvengono in condizioni di forte stress

    psicologico.

    Per prendere la decisione di iniziare lesodo verso una certa via di fuga il singolo individuo

    segue la legge di semplicit e economia, autovalidando la propria idea (giusta o sbagliata

    che sia) oppure seguendo ci che fanno gli altri.

    Inizio incendio o inizio indizi Processo di validazione degli indizi

    Ricezione Interpretazione Riconoscimento

    Pre-evacuation time

    (probabilistico)

    Movement time

    (deterministico)

    Decision making

  • 65

    Il pre-evacuation time stabilito da enti (ANAS p.e.).

    Il movement-time si calcola come rapporto distanza/velocit.

    4.4.3 Effetti del fumo

    EFFETTI TOSSICI

    Si qualificano mediante il FED (Fractional Effective Dose)

    E un indicatore integrale delle concentrazioni delle sostanze tossiche respirate dallutente

    fino ad un certo istante t.

    La dose di una certa sostanza lintegrale della curva concentrazione-tempo.

    Tiene conto della concentrazione cumulata ed adimensionalizzato rispetto al valore della

    concentrazione di sostanza tossica letale per luomo.

    () = (

    0

    )/( )

    FED=1 Morte

    EFFETTI IRRITANTI

    Si quantificano mediante lindicatore FIC (Fractional Irritant Concentration).

    Non misura integrale perch lazione irritante immediata.

    Si lega, quindi, alla concentrazione istantanea di sostanza irritante.

    VISIBILITA

    In presenza di fumo la visibilit diminuisce.

    La visibilit si misura in metri (distanza visibile dal singolo utente) e si calcola come rapporto

    tra fattore di visibilit C (cambia tra corpo riflettente o emittente) e coefficiente di estinzione

    K[L-1] ( funzione della dimensione delle particelle di fumo, tipo di combustibile, lunghezza

    donda).

    Legge di attenuazione del fascio luminoso:

    =

    dove:

    I = intensit attuale del fascio luminoso

    I0 = intensit iniziale del fascio luminoso

  • 66

    L= distanza

    K=coefficiente di estinzione

    Queste valutazioni sono fondamentali in fase di progettazione per la scelta dellilluminazione

    di emergenza.

    VELOCITA

    In presenza di fumo diminuisce anche la velocit per gli utenti, sia per incapacit fisica che

    per mancanza di visibilit.

    Il decadimento pressoch lineare, con pendenza maggiore se il fumo di tipo irritante.

    VERIFICA DI ESODO - APPROCCIO PRESTAZIONALE

    Vanno confrontati due termini:

    ASET (Avaliable Safety Egress Time): dallignizione alle condizioni insostenibili per la vita

    umana.

    visibilit < 10 m;

    T>60c

    CO > 800 ppm per breve o lunga (125 ppm) esposizione.

    Si determina mediante modellazioni fluido-dinamiche.

    RSET (Required Safety Egress Time): dallignizione allistante in cui lultima persona

    raggiunge un posto sicuro.

    Dipende da: tempo di rilevamento, tempo di allarme, tempo di pre-evacuation e tempo di

    movimento. Si ottiene da simulazioni di esodo.

    Deve essere: ASET>>RSET

    La differenza ASET-RSET rappresenta il margine di sicurezza.

  • 67

    4.4.4 Modello di calcolo dellesodo

    4.4.4.1 Approccio tradizionale

    E un approccio di tipo prescrittivo (DM 10 Marzo 1998) per il dimensionamento delle vie di

    esodo, in particolare per il calcolo della larghezza in funzione dellaffollamento.

    Vengono definite:

    Larghezza complessiva

    delle uscite di piano [ m ] = 0,60 A/50

    A: affollamento

    50: n massimo di persone che pu defluire attraverso un modulo unitario di passaggio.

    Numero: possibile disporre di una sola uscita di piano solo se A(piano)

  • 68

    Il tempo di movimento dato dalla somma di: tempo necessario alla prima persona per

    raggiungere lelemento