Breve esposizione sulla modellazione dell'incendio nella progettazione, i fattori che influenzano l'incendio e i diversi approcci nella definizione della curva di temperatura, dalla curva standard all'approccio prestazionale.

1. LORENZO VALLINI
MODELLAZIONE
DELL’INCENDIOI fattori che influenzano gli incendi e le curve di temperatura

2. LORENZO VALLINI
La modellazione dell’incendio costituisce una fase fondamentale della progettazione strutturale al fuoco; è il
procedimento mediante il quale si determinano i possibili scenari d’incendio e il valore della temperatura dei gas
che circondano gli elementi strutturali.
In relazione al tipo di approccio scelto per affrontare la progettazione, deterministico o ingegneristico, i modelli
che rappresenteranno l’azione termica agente sulla struttura saranno differenti:
 nell’approccio prescrittivo le azioni termiche sono date dalle curve di incendio standard;
 nell’approccio prestazionale è necessaria determinazione di una curva naturale d’incendio attraverso metodi di
modellazione avanzati o semplificati.
Prima di descrivere le curve rappresentative dell’incendio è utile richiamare i fattori che influenzano gli incendi e
di conseguenza la loro modellazione in particolare ventilazione, carico d’incendio e potenza termica.

3. LORENZO VALLINI
Il carico d’incendio specifico e di progetto
Il carico d’incendio rappresenta l’energia totale disponibile che può essere rilasciata durante un incendio; è un
indicatore della severità dell’incendio atteso la quale può essere stimata valutando, appunto, il potenziale termico
di tutti i materiali combustibili presenti in un compartimento.
Rapportando il carico d’incendio all’area del compartimento si ottiene il carico d’incendio specifico o densità di
carico d’incendio qfk; questa grandezza corretta mediante i coefficienti di sicurezza porta al carico d’incendio
specifico di progetto il quale rappresenta il parametro utilizzato per attribuire la classe di resistenza al fuoco nel
DM 9 marzo 2007 e nel DM 3 agosto 2015.
Il calcolo del carico d’incendio specifico è da eseguire mediante la nota espressione:
qfk =
1
Af
 imiHuiMi

4. LORENZO VALLINI
Seguendo i principi del metodo semiprobabilistico agli stati limite, il carico di incendio caratteristico qfk viene
modificato attraverso l’introduzione dei fattori parziali di sicurezza determinando il carico di incendio di progetto
qfd che costituisce il punto di partenza per qualunque determinazione della resistenza al fuoco delle strutture.
Secondo le indicazioni dell’Eurocodice EN 1991 - 1 - 2, riprese anche dalle normative nazionali, il carico di
incendio specifico di progetto è espresso dalla seguente relazione:
qfd = q1q2nqfk
qfd carico di incendio di progetto [MJ/m2]
qfk carico di incendio caratteristico [MJ/m2]
q1 ≥ 1.00 fattore che tiene conto del rischio incendio in relazione alla superficie A del compartimento
q2 ≥ 0.80 fattore che tiene conto del rischio incendio in funzione del tipo di attività svolta nel
compartimento
n ≥ 0.20
 𝑛 =
𝑖=1
10
 𝑛𝑖
fattore che tiene conto delle misure di protezione attiva adottate nel compartimento

5. LORENZO VALLINI
Ventilazione dell’incendio
Il ruolo della ventilazione nello sviluppo dell’incendio è fondamentale; per poter fare una previsione sull’entità del fenomeno incendio in un
compartimento è necessario conoscere la portata di aria che può affluire all’interno attraverso le zone di comunicazione tra l’interno del
compartimento e l’ambiente esterno.
La correlazione tra ventilazione e potenza termica rilasciata può essere descritta passando per il bilanciamento di due termini:
 il calore rilasciato espresso in funzione dell’arie che affluisce verso il locale;
 la quantità di energia termica persa verso l’esterno.
Un parametro da introdurre per comprendere il legame tra ventilazione e sviluppo dell’incendio è il fattore di ventilazione, o opening factor, O
[m1/2] il quale è definito tramite l’espressione:
O =
Aw Heq
At
Valutare il fattore di ventilazione in un compartimento è di grande importanza in quanto per un
incendio pienamente sviluppato e controllato dalla ventilazione la velocità di combustione dipende solo
dal fattore O. Nella fase post-flashover la velocità di combustione è approssimativamente
proporzionale alla quantità d’aria affluita attraverso le aperture e non dipende in maniera apprezzabile
dalla qualità, porosità e forma del combustibile.
A valori più alti del fattore O corrispondono maggiori superfici di areazione mentre un fattore di
ventilazione basso implica piccole aperture.

6. LORENZO VALLINI
Nel descrivere l’andamento e lo sviluppo di un incendio un evento a cui deve essere riservata particolare attenzione è il
flashover; questo fenomeno segna il passaggio dall’incendio localizzato all’incendio generalizzato che coinvolge tutte le
superfici combustibili del compartimento portando a condizioni molto differenti nella valutazione del comportamento della
struttura.
Il manifestarsi del flashover rappresenta la transizione dal regime di incendio governato dal combustibile a quello governato
dalla ventilazione; Il momento in cui il calore emesso dall’incendio non riesce più ad essere smaltito e inizia una fase da
accumulazione, rappresenta la transizione da un regime ad un altro.
È possibile fare una stima dell’insorgenza del flashover in un locale ricorrendo a metodi che sfruttano bilanci di massa ed
energia unitamente a risultati di prove sperimentali in locali di dimensioni e caratteristiche normalizzate. Attraverso la
definizione e la valutazione di alcune grandezze che caratterizzano la ventilazione del compartimento e conoscendo la quantità
e le proprietà del combustibile presente al suo interno, si può avere un’idea preliminare della possibilità del verificarsi o meno
del flashover. I metodi semplificati per la stima del flashover sono basati sul bilancio dell’energia termica del compartimento e
portano alla definizione di una potenza termica minima necessaria a determinare le condizioni di flashover, perciò, saranno
illustrati una volta introdotto il concetto di tasso di rilascio termico o RHR.

7. LORENZO VALLINI
Studi sperimentali condotti su incendi in scala ridotta di cataste di legna hanno permesso la registrazione della
temperatura raggiunta in fase di combustione stabilizzata; post-flashover.
La presenza, evidente, di un legame tra la temperatura nel compartimento e il fattore di ventilazione rende ancora
più chiara l’importanza del ruolo rivestito dalla ventilazione nello studio e nella modellazione dell’incendio.
In conclusione: evidenze sperimentali e studi teorici mostrano come nella modellazione del fenomeno incendio,
se si sceglie di svolgere un’analisi che tenga conto della fisica del problema e rappresenti il reale sviluppo del
fuoco in compartimento ed il conseguente andamento delle temperature, un modello di incendio naturale
appunto, non si possa prescindere dal considerare il ruolo della ventilazione. Come si vedrà inseguito, nello studio
dal punto di vista energetico dell’incendio, nel calcolo dal tasso di rilascio termico RHR(t), il concetto di
ventilazione riveste un ruolo fondamentale a differenza di quanto visto nella definizione del carico incendio e
dell’andamento delle curve nominali.

8. LORENZO VALLINI
La curva RHR
La descrizione della dinamica di sviluppo di un incendio può essere sviluppata a partire dall’osservazione che l’incendio possa
essere schematizzato come una come una sorgente di tipo volumetrico, ossia una sorta di bruciatore che rilascia calore; al fine
di utilizzare i modelli più sofisticati è necessario definire le modalità con cui avviene questo rilascio termico e quali sono i
processi che portano alla liberazione dell’energia.
Il parametro fondamentale che caratterizza l’andamento delle modalità di rilascio energetico di un incendio è tasso di rilascio
dell’energia termica RHR (Rate of Heat Released) o HRR (Heat Release Rate), che esprime la potenza termica rilasciata
nell’ambiente durante la combustione al trascorrere del tempo.
L’introduzione del concetto di RHR rappresenta un’evoluzione nella metodologia di caratterizzazione dell’evento
incendio rispetto al già discusso carico d’incendio; mentre il carico d’incendio rappresenta il potenziale termico
dei materiali combustibili presenti nel compartimento senza fare alcun riferimento al tempo per cui si protrae la
combustione, la curva RHR prende in esame il rilascio d’una potenza termica, ossia un parametro strettamente
legato allo sviluppo dell’incendio reale.

9. LORENZO VALLINI
L’andamento della curva RHR è caratterizzato dalla presenza di tre fasi che corrispondono alle fasi che descrivono
lo sviluppo di un incendio reale:
 propagazione
 incendio generalizzato
 raffreddamento

10. LORENZO VALLINI
Fase sviluppo incendio Descrizione Tipologia della curva nel
analitico
Propagazione Quando la reazione di combustione,
causata da un innesco, è stabilizzata,
l’incendio cresce causando un rapido
innalzamento della temperatura; a circa
600°C può manifestarsi il flashover.
Tratto crescente con andamento
quadratico; il punto di flesso della curva
coincide con il flashover.
Incendio generalizzato Tutto il materiale combustibile è
coinvolto nell’incendio, si raggiungono
temperature anche superiori ai 1000°C.
Plateau orizzontale
Raffreddamento Il progressivo esaurimento del
combustibile determina la riduzione
dell’emissione termica da parte
dell’incendio, il quale diminuisce
gradualmente d’intensità, fino a
giungere all’estinzione.
Tratto decrescente con andamento
lineare

11. LORENZO VALLINI
Curva nominale: la curva standard ISO 834
Le curve nominali sono funzioni che rappresentano l’andamento della temperatura nel tempo indipendentemente dalle reali
condizioni presenti nel compartimento considerato; esse sono riferite a fuochi completamente sviluppati (fase post-flashover) e
hanno un andamento sempre crescente, comprendono la sola fase di riscaldamento.
La curva standard è definita dall’equazione:
g = 20 + 345 log10 ( 8t + 1)
dove t è il tempo in minuti e g è la temperatura nel compartimento in °C.

12. LORENZO VALLINI
La modellazione dell’incendio nell’approccio ingegneristico: gli incendi
naturali
L’utilizzo degli incendi naturali permette di descrivere il fenomeno incendio in modo realistico, descrivendone lo
sviluppo tenendo in considerazione i fattori che influenzano l’innalzamento della temperatura.
I principali fattori che influenzano lo sviluppo di un incendio sono legati alle caratteristiche del materiale
combustibile presente, alla ventilazione del compartimento, alla geometria del compartimento, alle proprietà dei
materiali costituenti la frontiera del compartimento e alla quantità di energia sviluppata durante la combustione.
La curve naturali possono essere:
• parametriche, basate sull’assunto che la temperatura in un compartimento sia uniforme e ne rappresentano
l’andamento nel tempo in funzione dei parametri che governano l‘evoluzione dell’incendio
• ricavate dall’applicazione di modelli di calcolo avanzati come i modelli a zone
o fluidodinamici

13. LORENZO VALLINI
Modelli a zone
I modelli a zone sono modelli numerici caratterizzati dall’ipotesi che, nel compartimento in cui si sviluppa
l’incendio, è possibile individuare delle zone in cui la distribuzione della temperatura dei gas caldi è omogenea.
Questi modelli sono basati sui principi di conservazione della massa e dell’energia; la distribuzione della
temperatura è determinata mediante l’integrazione nel tempo delle equazioni differenziali che descrivono
l’equilibrio del sistema.

14. LORENZO VALLINI
Modelli di campo
Noti anche come modelli CFD (Computational Fluid Dynamics
Models), i modelli di campo rappresentano una tecnica di
modellazione dell’incendio tra le più avanzate e sofisticate. Questi
modelli forniscono una stima dell’evoluzione dell’incendio
risolvendo per via numerica le equazioni fondamentali del flusso
dei fluidi risultante da un incendio.
Le equazioni vengono risolte numericamente dividendo lo spazio
in cui si vuole simulare la presenza del fuoco in un grosso numero
di celle tridimensionali assumendo che in ogni elemento la
velocità del gas, la temperatura e gli altri parametri fisici, siano
uniformi e variabili solo in funzione del tempo.
L’accuratezza con il modello CFD approssimerà la reale
fluidodinamica dell’incendio è legata al numero di elementi in cui
è stato suddiviso lo spazio: maggiore è il numero di elementi, più
dettagliata sarà la soluzione.