Appunti del Corso di Progettazione Strutturale Antincendio
A.A. 2016/17
Prof. Ing. Franco Bontempi
Facolta' di Ingegneria Civile e Industriale
Universita' degli Studi di Roma La Sapienza
1. PSA – A.A. 2016/17
CARATTERISTICHE DEL FENOMENO
INCENDIO E INQUADRAMENTO DELLE
ATTIVITA’ DI PROGETTO
Prof. Ing. Franco Bontempi
Ordinario di Tecnica delle Costruzioni
Facolta’ di Ingegneria Civile e Industriale
Universita’ degli Studi di Roma “La Sapienza”
franco.bontempi@uniroma1.it
1
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
2. DEFINIZIONE DI INCENDIO
• Incendio = combustione autoalimentata ed
incontrollata di materiali combustibili.
• Carattere estensivo (diffusione nello spazio):
1. wildfire
2. urbanfire
3. all’esterno di un edificio
4. all’interno di un interno
• Carattere intensivo (andamento nel tempo).
• Natura accidentale.
2
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
46. https://it.wikipedia.org/wiki/Grande_terremoto_del_
Kant%C5%8D_del_1923
• Il terremoto devastò Tokyo, il porto di Yokohama, e le
prefetture circostanti di Chiba, Kanagawa, e Shizuoka, e causò
grandi distruzioni in tutta la regione del Kantō. Le morti
causate dal sisma sono stimate fra 100.000 e 142.000, mentre
i dispersi, presumibilmente deceduti, furono 37.000.[3][4][5]
• Dato che il terremoto avvenne all'ora di pranzo, quando molte
persone stavano utilizzando il fuoco per cucinare, i danni
furono incrementati da incendi che divamparono in numerosi
luoghi e che furono rapidamente alimentati dal violento tifone
che si stava avvicinando dalla costa della penisola di Noto nel
nord del Giappone.
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
46
47. https://it.wikipedia.org/wiki/Grande_terremoto_del_
Kant%C5%8D_del_1923
• Gli incendi provocarono la fusione dell'asfalto delle strade,
intrappolando ed uccidendo molte persone che tentavano la
fuga. L'episodio singolo che vide il più grande numero di morti
fu l'incenerimento in un vortice di fuoco di circa 38.000
persone radunate in uno spazio aperto a Rikugun Honjo
Hifukusho a Tokyo e che credevano di essere ormai in salvo.
• Il terremoto provocò la rottura delle falde acquatiche,
rendendo più difficili lo spegnimento dei fuochi, che durarono
due giorni, fino alla mattina del 3 settembre, quando si
spensero per mancanza di combustibile. Gli incendi furono la
principale causa del grande numero di vittime.
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
47
48. 3. ALL’ESTERNO DI UN EDIFICIO
48
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
78. 1. Cosa e’ un incendio
2. Condizioni nelle quali si
sviluppa un incendio
3. Quanta energia puo’ essere
sviluppata in un incendio
4. Quale e’ la velocita’ con la
quale si sviluppa un incendio
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
78
1
2
3
4
79. Incendio: caratterizzazione (1)
• L'incendio è una reazione ossidativa (o
combustione) non controllata che si sviluppa
nello spazio e nel tempo dando luogo, dove si
estende, a calore, fumo, gas e luce.
• La descrizione di un incendio consiste nella
caratterizzazione quantitativa del focolare
come sorgente di energia termica e prodotti
della combustione, secondo:
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
79
1
80. Incendio: caratterizzazione (2)
• localizzazione del focolare;
• tipologia di focolare: covante o con fiamma;
• quantità, qualità e distribuzione spaziale del
combustibile;
• fonti d'innesco;
• curva RHR (rate of heat released) o HRR (Heat
Release Rate), potenza termica prodotta dal
focolare nel tempo RHR(t);
• prodotti della combustione considerati (es.
CO e particolato).
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
80
81. Condizioni
• Per far sì che avvenga un incendio è necessario che siano
presenti tre elementi fondamentali:
1. combustibile: materiali infiammabili;
2. comburente: ruolo svolto usualmente dall'ossigeno;
3. temperatura (o calore): è necessaria la presenza di
un'adeguata temperatura affinché avvenga l'innesco.
• Combustibile e comburente devono essere presenti in
proporzioni adeguate definite dal campo di
infiammabilità.
• Se non sono presenti uno o più dei tre elementi della
combustione, questa non può avvenire e – se l'incendio è
già in atto – si determina l'estinzione del fuoco.
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
81
2
83. Incendio non vincolato o vincolato
(dall’ossigeno)
• Controllato dal combustibile - “NON VINCOLATO”
(all'aperto, in grandi ambienti o edifici con elevata
superficie di ventilazione): la quantità del combustibile
determina l’entità dell’incendio; c’è sovrabbondanza di
ossigeno.
• Limitato dalla (superficie di) ventilazione - “VINCOLATO”
(in edifici con superficie di ventilazione ordinaria): è
l’ossigeno che regola la combustione; può esserci anche
una grande quantità di combustibile, ma non può
bruciare adeguatamente perché non c’è ossigeno
sufficiente.
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
83
84. Incendio: caratterizzazione (1)
• L’incendio si può schematizzare come una
sorgente di tipo volumetrico, ossia un
bruciatore che rilascia calore (HRR) e
quantità di particolato (soot) e di gas.
NB: Particolato carbonioso
E’ una polvere nera (essenzialmente carbonio
incombusto amorfo, più tracce di altri composti)
che si può ottenere come sottoprodotto della
combustione incompleta di una qualsiasi
sostanza organica (anche fuliggine / nerofumo).
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
84
100. PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
100
L’energia disponibile per essere rilasciata nell’incendio e’
l’area sottesa dalla curva RHR (in ascissa il tempo [s] e in
ordinata la potenza termica [KW] = [kJ s-1]) rappresenta il
carico d’incendio [kJ].
dinamica
30%
energia
101. Fasi dell’incendio
• Prima fase (pre-flashover): funzione diretta della velocità di
combustione e del quantitativo di combustibile (energia)
disponibile. Si ha una crescita di tipo quadratico, con
pendenza (velocità) in funzione del materiale e sue condizioni
fisiche.
• Seconda fase: In ambiente chiuso si raggiunge, dopo un certo
t, una temperatura tale da provocare l’incendio di tutti i
materiali; il fattore determinante diventa la ventilazione e il
materiale che può bruciare dipende solo dalla ventilazione
disponibile. Si ha un diagramma orizzontale, con RHRmax
limitato dalla ventilazione;
• Terza fase: lineare, rappresenta il progressivo spegnimento.
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
101
103. Sistemi di controllo dell’incendio
• Con sistemi di controllo dell'incendio automatici (es.
sprinkler), RHR(t) non raggiunge RHRmax, che po-teva
raggiungere in base a combustibile e ambiente.
• RHR può essere assunto costante, pari a RHR(tx) rag-
giunto all’istante tX di entrata in funzione
dell’impianto.
• Il valore permane per un tempo pari alla durata di
alimentazione prevista, entro cui si presume che
l’incendio controllato venga estinto con l’intervento
manuale.
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
103
104. Note
• Se nell'attività sono previsti sistemi automatici di
estinzione completa dell’incendio (es. sprinkler ESFR
- early suppression fast response, water mist, ecc.), il
loro effetto deve essere valutato caso per caso in
relazione alla loro efficacia ed all'affidabilità di
funzionamento.
• A differenza dell’attivazione dei sistemi automatici,
l’intervento manuale effettuato dalle squadre
antincendio non può essere considerato in fase
progettuale ai fini della modifica dell'andamento
della curva RHR(t).
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
104
116. Summary of periods
of typical fire development
Incipient
period
Growth period Burning period Decay period
Fire
Behavior
Heating
of fuel
Fuel controlled burning Ventilation controlled
burning
Fuel controlled
burning
Human
behavior
Prevent
ignition
Extinguish by hand,
escape
Death
Detection Smoke
detectors
Smoke detectors, heat
detectors
External smoke and flame
Active
control
Prevent
ignition
Extinguish by sprinklers
or fire fighters; control
of smoke
Control by fire-fighters
Passive
control
- Select materials with
resistance to flame
spread
Provide fire resistance;
contain fire, prevent collapse
T
timeBuchanan, 2002 116
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
117. F
L
A
S
H
O
V
E
R
passiva
Create fire
compartments
Prevent damage
in the elements
Prevent loss of
functionality in
the building
attiva
Detection measures
(smoke, heat, flame
detectors)
Suppression
measures (sprinklers,
fire extinguisher,
standpipes, firemen)
Smoke and heat
evacuation system
prevenzione protezione robustezza
Limit ignition
sources
Limit hazardous
human behavior
Emergency
procedure and
evacuation
Prevent the
propagation
of collapse,
once local
damages
occurred (e.g.
redundancy)
Strategie
117
time
T
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
118. Strategia antincendio: combinazione di misure di prevenzione,
protezione e gestionali per la riduzione del rischio di incendio.
active
protection
passive
protection
no
failures
doesn’t
trigger
Y
N
Y
N
spreads
extinguishes
damages
Y
N
robustness
no
collapse
collapse
Y
N
triggers
prevention
1 42 3
118
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
120. CURVE NOMINALI
• CURVA STANDARD – CURVA ISO 834
• CURVA DEL FUOCO ESTERNO
tempo in minuti
temperatura dei gas caldi al tempo espressa in °C
• CURVA DEGLI IDROCARBURI
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
120
126. HPLC
High Probability
Low Consequences
LPHC
Low Probability
High Consequences
release of energy SMALL LARGE
numbers of breakdown SMALL LARGE
people involved FEW MANY
nonlinearity WEAK STRONG
interactions WEAK STRONG
uncertainty WEAK STRONG
decomposability HIGH LOW
course predictability HIGH LOW
HPLC – LPHC EVENTS
126
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
139. Cascade Effect / Domino Effect
• A cascade effect is an inevitable and
sometimes unforeseen chain of events due to
an act affecting a system.
• In biology, the term cascade refers to a process
that, once started, proceeds stepwise to its
full, seemingly inevitable, conclusion.
• A domino effect or chain reaction is the
cumulative effect produced when one event
sets off a chain of similar events.
• It typically refers to a linked sequence of
events where the time between successive
events is relatively small. 139
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
146. https://it.wikipedia.org/wiki/Grande_terremoto_del_
Kant%C5%8D_del_1923
• Il terremoto devastò Tokyo, il porto di Yokohama, e le
prefetture circostanti di Chiba, Kanagawa, e Shizuoka, e causò
grandi distruzioni in tutta la regione del Kantō. Le morti
causate dal sisma sono stimate fra 100.000 e 142.000, mentre
i dispersi, presumibilmente deceduti, furono 37.000.[3][4][5]
• Dato che il terremoto avvenne all'ora di pranzo, quando
molte persone stavano utilizzando il fuoco per cucinare, i
danni furono incrementati da incendi che divamparono in
numerosi luoghi e che furono rapidamente alimentati dal
violento tifone che si stava avvicinando dalla costa della
penisola di Noto nel nord del Giappone.
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
146
147. https://it.wikipedia.org/wiki/Grande_terremoto_del_
Kant%C5%8D_del_1923
• Gli incendi provocarono la fusione dell'asfalto delle strade,
intrappolando ed uccidendo molte persone che tentavano la
fuga. L'episodio singolo che vide il più grande numero di morti
fu l'incenerimento in un vortice di fuoco di circa 38.000
persone radunate in uno spazio aperto a Rikugun Honjo
Hifukusho a Tokyo e che credevano di essere ormai in salvo.
• Il terremoto provocò la rottura delle falde acquatiche,
rendendo più difficili lo spegnimento dei fuochi, che durarono
due giorni, fino alla mattina del 3 settembre, quando si
spensero per mancanza di combustibile. Gli incendi furono la
principale causa del grande numero di vittime.
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
147
151. I – INCIPIENT PHASE
Heating of potential fuel is taking
place through combustion
processes.
II – GROWING PHASE
as other combustibles get
involved in the fire, a hotter upper
layer of smokes and combustion
products is formed , which
becomes thicker as the fire grows.
III – BURNING PHASE
the rate of heat release reaches
the max. and the burning rate
remains steady: usually most
critical stage for fire spread and
structural damages.
IV – DECAY PHASE
Ignition Propagation Flashover ExtinctionPeak
the burning rate decreases as all
combustible materials is
consumed. Temperatures of
gases decrease, until fire
extinguishes.
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
151
152. Initial phase: fire affected by
combustible type
Final phase: cooling due to
combustible exhaustion
Central phase: fire
controlled by ventilation
Realistic temperature – time function
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
152
153. Approcci di analisi
HPLC
Eventi Frequenti con
Conseguenze Limitate
LPHC
Eventi Rari con
Conseguenze Elevate
Complessità:
Non linearita’,
Interazioni,
Incertezze
Impostazione
del problema:
Deterministica
Probabilistica
ANALISI
QUALITATIVA
DETERMINISTICA
ANALISI
QUANTITATIVA
PROBABILISTICA
ANALISI
PRAGMATICA
CON SCENARI
153
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
154. Scenari (D.M. 14 settembre 2005)
154
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
155. Overview of scenario analysis
Buchanan,2002
155
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
156. ISO 13387: Example of Event Tree
A
B
C
D
E
G
F
156
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
157. CONTROLLING FIRE SPREAD
• The larger a fire, the greater its destructive
potential.
• The control of fire movement, or fire spread, is
discussed in four categories:
1. within the room of origin;
2. to other rooms on the same level;
3. to other storey of the same building;
4. to other buildings.
157
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
159. Fire spread within the room of origin
• Fire spread within the room of origin depends largely on
heat release rate of the initially burning object.
• Vertical and horizontal fire spread will be greatly
increased if the room is lined with combustible
materials susceptible to rapid flame spread on the walls
and especially on the ceilings.
• The properties of interest are ignitability, flame spread
and the amount of smoke produced; these are often
called early fire hazard properties or reaction to fire
properties; these properties can be improved with the
use of special paints or pressure treatment.
159
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
160. Fire spread to adjacent rooms (1)
• Spread of fire and smoke to adjacent rooms is a major
contributor to fire deaths. Fire and smoke movement depends
vey much on the geometry of the building. If doors are open,
they can provide a path for smoke and toxic combustion
products to travel from the upper layer of the fire room into the
next room or corridor.
• Keeping doors closed is essential to preventing fire spread
from room to room. Doors through fire barrier must be able to
maintain the containment function of the barrier through which
they pass, whether for smoke control or fire resistance.
• Door closing devices which operate automatically when a fire
is detected are very effective for greatly increasing fire safety.
160
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
161. Fire spread to adjacent rooms (2)
• Concealed spaces are one of the most dangerous paths for the
spread Of fire and smoke. Concealed cavities are a particular
problem in old buildings, especially if a number of new ceilings
or partitions have been added over the years.
• Fire can also spread to adjacent rooms by penetrating the
surrounding walls. Fire resisting walls must extend through
suspended ceilings to the floor or roof above so that the fire
does not spread by traveling through concealed space above
the wall.
• The wall can be extended above the roof line to form a
parapet, or the roof can be fire-rated for some distance either
side of the top of the wall.
161
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
163. Fire spread to others storey (1)
• Vertical shafts and stairways must be fire-stopped or
separated from the occupied space at each level to avoid
producing a path for spread of fire and smoke from floor to
floor. A particularly dangerous situation can arise if there are
interconnected horizontal and vertical concealed spaces, within
the building or on the façade.
• This is particularly important of curtain-wall construction
where the exterior panels are not part of the structure. Careful
detailing and installation is necessary to ensure that the entire
gap is sealed, especially at corners and junctions, to eliminate
any possible path for fire spread.
• Gaps such as these between structural and non-structural
elements are often filed with non-rigid fire-stopping materials
to allow for seismic or thermal movement.
163
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
164. Fire spread to others storey (2)
• Vertical fire spread can also occur outside the building
envelope, via combustible cladding materials or exterior
windows.
• Vertical spread of fire from window is a major hazard in multi-
story buildings. This hazard can be partly controlled by keeping
windows small and well separated, and by using horizontal
aprons which project above windows openings.
• Flames from small narrow windows tend to project further
away from the wall of the building than flames from long wide
windows, leading to lower probability of story fire spread.
164
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
166. Fire spread to other buildings
• Fire can spread from a burning building to adjacent buildings by
flame contact, by radiation from windows, or by flaming
brands.
• Fire spread can be prevented by providing a fire-resisting
barrier or by providing sufficient separation distances. If there
are openings in the external wall, the probability of fire spread
depends greatly on the distances between the buildings and the
size of the openings.
• Collapse of exterior walls can be a major hazard for fire-fighters
and bystanders, and can lead to further spread of fire to
adjacent buildings.
• Fire spread by flame contact is only possible if the buildings are
quite close together, whereas fire spread by radiation can occur
over many meters. Fire can also travel large distances between
buildings if combustible vegetation is present. 166
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
175. NATECH: Natural Hazard Triggering
a Technological Disaster
• There is growing evidence that natural
disasters can trigger technological disasters,
and that these joint events (also known as
NATECHs) may pose tremendous risks to
regions which are unprepared for such
events.
• However, there is scarce information
available on the inter actions between
natural disasters and simultaneous
technological accidents. 175
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
180. A Black Swan is an event with the following three attributes.
1. First, it is an outlier, as it lies outside the realm of regular expectations,
because nothing in the past can convincingly point to its possibility.
Rarity -The event is a surprise (to the observer).
2. Second, it carries an extreme 'impact'.
Extreme “impact” - the event has a major effect.
3. Third, in spite of its outlier status, human nature makes us concoct
explanations for its occurrence after the fact, making it explainable and
predictable.
Retrospective (though not prospective) predictability -
After the first recorded instance of the event, it is rationalized by hindsight,
as if it could have been expected; that is, the relevant data were available
but unaccounted for in risk mitigation programs. The same is true for the
personal perception by individuals.
References: Taleb, Nassim Nicholas (April 2007). The Black Swan: The Impact of the Highly Improbable (1st
ed.). London: Penguin. p. 400. ISBN 1-84614045-5.
Black Swan Events
180
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
183. DEFINIZIONE DI INCENDIO
• Incendio = combustione autoalimentata ed
incontrollata di materiali combustibili.
• Carattere estensivo (diffusione nello spazio):
1. wildfire
2. urbanfire
3. all’esterno di un edificio
4. all’interno di un interno
• Carattere intensivo (andamento nel tempo).
• Natura accidentale.
183
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
189. Option 1 – Risk avoidance, which
usually means not
proceeding to continue
with the system; this is not
always a feasible option,
but may be the only
course of action if the
hazard or their probability
of occurrence or both are
particularly serious;
Risktreatment
189
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
190. Option 2 – Risk reduction, either
through (a) reducing the
probability of occurrence
of some events, or (b)
through reduction in the
severity of the
consequences, such as
downsizing the system, or
(c) putting in place control
measures;
Risktreatment
190
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
191. Option 3 – Risk transfer, where
insurance or other
financial mechanisms can
be put in place to share or
completely transfer the
financial risk to other
parties; this is not a
feasible option where the
primary consequences
are not financial;
Risktreatment
191
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
192. Risktreatment
Option 4 – Risk acceptance, even when
it exceeds the criteria, but
perhaps only for a limited
time until other measures
can be taken.
192
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
193. Option 1 – Risk avoidance, which usually means not proceeding to
continue with the system; this is not always a feasible
option, but may be the only course of action if the
hazard or their probability of occurrence or both are
particularly serious;
Option 2 – Risk reduction, either through (a) reducing the
probability of occurrence of some events, or (b) through
reduction in the severity of the consequences, such as
downsizing the system, or (c) putting in place control
measures;
Option 3 – Risk transfer, where insurance or other financial
mechanisms can be put in place to share or completely
transfer the financial risk to other parties; this is not a
feasible option where the primary consequences are not
financial;
Option 4 – Risk acceptance, even when it exceeds the criteria, but
perhaps only for a limited time until other measures can
be taken.
193
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
199. Scenarios
DEFINE SYSTEM
(the system is usually decomposed into
a number of smaller subsystems and/or
components)
HAZARD SCENARIO ANALYSIS
(what can go wrong?
how can it happen?
waht controls exist?)
ESTIMATE
CONSEQUENCES
(magnitude)
ESTIMATE
PROBABILITIES
(of occurrences)
DEFINE
RISK SCENARIOS
SENSITIVITY
ANALYSIS
RISK
ANALYSIS
FIRE
EVENT 199
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
200. Simulations
DEFINE SYSTEM
(the system is usually decomposed into
a number of smaller subsystems and/or
components)
HAZARD SCENARIO ANALYSIS
(what can go wrong?
how can it happen?
waht controls exist?)
ESTIMATE
CONSEQUENCES
(magnitude)
ESTIMATE
PROBABILITIES
(of occurrences)
DEFINE
RISK SCENARIOS
SENSITIVITY
ANALYSIS
RISK
ANALYSIS
NUMERICAL
MODELING
200
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
205. Rischio, Rischio, Rischio (CPI)
• Rischio è la potenzialità che un'azione o un’ attivita’ scelta
(includendo la scelta di non agire) porti a una perdita o ad un
evento indesiderabile.
• Profilo di rischio e’ un indicatore speditivo della tipologia di
rischio di incendio associata all'esercizio ordinario di una
qualsiasi attivita’.
• Area a rischio specifico e’ una porzione dell'attivita’
caratterizzate da rischio di incendio sostanzialmente differente
rispetto a quello tipico dell'attivita. L'individuazione delle aree a
rischio specifico:
a. riportata nella regole tecniche verticali;
b. in assenza, e’ effettuata dal progettista secondo
criteri generali.
205
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
213. DUE DILIGENCE
• Due diligence (also known as due care) is the effort
made by an ordinarily prudent or reasonable party to
avoid harm to another party. Failure to make this
effort is considered negligence.
• It is necessary to discover all risks and implications
regarding a decision to be made
• Due diligence is also a dynamic concept in that it is a
constantly evolving standard of care that is
determined by the requirements of law, industry
standards as well as professional and other codes of
practice.
213
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
214. Design Process - ISO 13387
A. Design constraints and possibilities
(blue),
B. Action definition and development
(red),
C. Passive system and active response
(yellow),
D. Safety and performance
(purple).
214
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
215. SS0a
PRESCRIBED
DESIGN
PARAMETERS
SS0b
ESTIMATED
DESIGN
PARAMETERS
SS1
initiation and
development
of fire and
fire efluent
SS2
movement of
fire effluent
SS3
structural response
and fire spread
beyond enclosure
of origin
SS4
detection,
activitation and
suppression
SS5
life safety:
occupant behavior,
location and
condition
SS6
property
loss
SS7
business
interruption
SS8
contamination
of
environment
SS9
destruction
of
heritage
(0)
DESIGN
CONSTRAINTS
AND
POSSIBILITIES
(1+2)
ACTION
DEFINITION
AND
DEVELOPMENT
(3+4)
SYSTEM
PASSIVE
AND ACTIVE
RESPONSE
BUSOFINFORMATION
RESULTS
DESIGN
ACTION
RESPONSE
SAFETY&PERFORMANCE
215
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
216. Fire safety concepts tree (NFPA)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Buchanan,2002
Strategie per
la gestione
dell'incendio
1
Prevenzione
2
Gestione
dell'evento
3
Gestione
dell'incendio
4
Gestione delle
persone e
dei beni
15
Difesa sul posto
16
Spostamento
17
Disposibilità
delle vie
di fuga
18
Far avvenire
il deflusso
19
Controllo
della quantità
di
combustibile
5
Soppressione
dell'incendio
10
Controllo
dell'incendio
attraverso il
progetto
13
Automatica
11
Manuale
12
Controllo dei
materiali
presenti
6
Controllo
del movimento
dell'incendio
7
Resistenza e
stabilità
strutturale
14
Contenimento
9
Ventilazione
8
216
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
217. Buchanan,2002
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Strategie per
la gestione
dell'incendio
1
Prevenzione
2
Gestione
dell'evento
3
Gestione
dell'incendio
4
Gestione delle
persone e
dei beni
15
Difesa sul posto
16
Spostamento
17
Disposibilità
delle vie
di fuga
18
Far avvenire
il deflusso
19
Controllo
della quantità
di
combustibile
5
Soppressione
dell'incendio
10
Controllo
dell'incendio
attraverso il
progetto
13
Automatica
11
Manuale
12
Controllo dei
materiali
presenti
6
Controllo
del movimento
dell'incendio
7
Resistenza e
stabilità
strutturale
14
Contenimento
9
Ventilazione
8
217
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
Fire safety concepts tree (NFPA)
218. Line 2
• La gestione dell’incendio non è necessaria se si previene l’ignizione.
• Può essere solo ridotta la probabilità che avvenga l’ignizione.
• Gli incendi dolosi è difficile da prevedere dal progettista
218
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
Fire safety concepts tree (NFPA)
219. Line 4
Exposed persons and property can be managed by moving them from the building or
by defending them in place; in order for people to move, the fire must be detected,
the people must be notified, and there must be a suitable safe path for movement.
219
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
Fire safety concepts tree (NFPA)
220. Line 6
• There are three options for managing a fire; in the first case the fuel source can be
controlled, by limiting the amount of fuel or the geometry; the second options is to
suppress the fire; the third is to control the fire by construction.
• Control fire by construction it is necessary to both control the movement of the fire
and provide the structural stability.
220
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
Fire safety concepts tree (NFPA)
221. Line 9 - The two strategies for controlling fire movement are:
a) fire venting: venting can be by an active system of mechanically operated vents, or a passive
system that relies on the melting of plastic skylights; in either case, the increased ventilation
may increase the local severity of the fire, but fire spread within the building and the overall
thermal impact on the structure will be reduced;
b) containment of a fire to prevent spread is the principal tool of passive fire protection;
preventing fire growing to a large size is ne of the most important components of a fire safety
strategy; radiant spread of the fire to neighboring buildings must also be prevented, by limiting
the size of openings in exterior walls;
Smoke containment can also controlled by venting or containment; pressurizations and smoke
barriers can also used.
221
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
Fire safety concepts tree (NFPA)
222. • Line 4 – exposed persons and property can be managed by
moving them from the building or by defending them in place;
in order for people to move, the fire must be detected, the
people must be notified, and there must be a suitable safe
path for movement.
• Line 6 – there are three options for managing a fire; in the
first case the fuel source ca be controlled, by limiting the
amount of fuel or the geometry; the second options is to
suppress the fire; the third is to control the fire by
construction.
• Control fire by construction it is necessary to both control the
movement of the fire and provide the structural stability.
Buchanan,2002
222
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
Fire safety concepts tree (NFPA)
223. • Line 9 - the two strategies for controlling fire movement are:
a) fire venting: venting can be by an active system of
mechanically operated vents, or a passive system that relies
on the meltig of plastic skylights; in either case, the increased
ventilation may increase the local severity of the fire, but fire
spread within the building and the overall thermal impact on
the structure will be reduced;
b) containment of a fire to prevent spread is the principal tool
of passive fire protection; preventing fire growing to a large
size is ne of the most important components of a fire safety
strategy; radiant spread of the fire to nighbouring buildings
must also be prevented, by limiting the size of openings in
exterior walls;
Smoke containment can also controlled by venting or
containment; pressurizations and smoke barriers can also
used.
Buchanan,2002
223
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
Fire safety concepts tree (NFPA)
225. 225
Processo di analisi
e processo di sintesi (1)
DATI
CALCOLO
RISULTATI
START
END
START
END
MODIFICA
K=K+1
K=0
DATI
K
CALCOLO
RISULTATI
K
TEST
SI’ NO
Pre-processing
Post-processing
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
226. 226
Processo di analisi
e processo di sintesi (2)
START
END
MODIFICA
K=K+1
K=0
DATI
K
CALCOLO
RISULTATI
K
TEST
SI’ NO
ANALISI
SINTESI
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
227. PRESCRITTIVO / PRESTAZIONALE
APPROCCIO
PRESCRITTIVO
1) BASI DEL PROGETTO,
2) LIVELLI DI SCUREZZA,
3) PRESTAZIONI ATTESE
NON ESPLICITATI
1) REGOLE DI
CALCOLO E
2) COMPONENTI
MATERIALI
SPECIFICATI E
DETTAGLIATI
QUALITA' ED AFFIDABILITA'
STRUTTURALI
ASSICURATI IN MODO
INDIRETTO
GARANZIA DIRETTA DELLE PRESTAZIONI
E DELLA SICUREZZA STRUTURALI
INSIEME DI
STRUMENTI
LOGICI E
MATERIALI #3
INSIEME DI
STRUMENTI
LOGICI E
MATERIALI #1
INSIEME DI
STRUMENTI
LOGICI E
MATERIALI #2
OBIETTIVI
PRESTAZIONALI E
LIVELLI DI
SICUREZZA
ESPLICITATI
APPROCCIO
PRESTAZIONALE
NUMERICAL
MODELING
227
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
233. Strategie / Misure antincendio
• Strategia antincendio:
combinazione di
misure antincendio
finalizzate al
raggiungimento degli
obiettivi di sicurezza
antincendio.
• Misura antincendio:
categoria di strumenti
di prevenzione,
protezione e gestionali
per ridurre rischio
incendio (S.1÷S.10).
233
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
242. Soluzioni progettuali
• Soluzione conforme: soluzione di immediata
applicazione, che garantisce il raggiungimento del
livello di prestazione (Soluzione progettuale
prescrittiva che non richiede ulteriori valutazioni)
• Soluzione alternativa: il progettista è tenuto a
dimostrare il raggiungimento del livello di
prestazione (Soluzione progettuale prestazionale
che richiede ulteriori valutazioni).
• Soluzione in deroga: richiesta l'attivazione del
procedimento di deroga secondo la normativa
vigente.
242
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
243. Metodi ordinari di progettazione
della sicurezza antincendio
243
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
244. Metodi avanzati di progettazione
della sicurezza antincendi
244
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
246. D.M. 14 gennaio 2008 (1)
246
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
247. D.M. 14 gennaio 2008 (2)
247
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
248. Indice 3.6.1. - INCENDIO
• 3.6.1.1 - Definizioni
• 3.6.1.2 - Richieste di prestazione
• 3.6.1.3 - Classi di resistenza al fuoco
• 3.6.1.4 - Criteri di progettazione
• 3.6.1.5 - Procedura di analisi della resistenza al fuoco
Incendio di progetto
Analisi dell’evoluzione della temperatura
Analisi del comportamento meccanico
Verifiche di sicurezza
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
248
250. I – INCIPIENT PHASE
Heating of potential fuel is taking
place through combustion
processes.
II – GROWING PHASE
as other combustibles get
involved in the fire, a hotter upper
layer of smokes and combustion
products is formed , which
becomes thicker as the fire grows.
III – BURNING PHASE
the rate of heat release reaches
the max. and the burning rate
remains steady: usually most
critical stage for fire spread and
structural damages.
IV – DECAY PHASE
Ignition Propagation Flashover ExtinctionPeak
the burning rate decreases as all
combustible materials is
consumed. Temperatures of
gases decrease, until fire
extinguishes.
250
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
255. 3.6.1.2. Richieste di prestazioni
255
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
Decreto del Ministro dell’Interno 9/3/2007
256. 3.6.1.3. Classi di resistenza al fuoco
256
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
257. 3.6.1.4. Criteri di progettazione
257
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
258. ANALISI DELLE SINGOLE MEMBRATURE
• Ripristino di idonee condizioni al contorno.
• Riduzione opportuna delle sollecitazioni ordinarie a freddo (Ed) mediante un
coefficiente riduttivo ηfi,d
• Azioni indirette sull’elemento (quelle derivanti da deformazioni termiche impedite)
solo derivanti da gradienti termici lungo le sezioni strutturali trascurando le distorsioni
termiche assiali o quelle piane.
L’analisi di singole membrature deve risultare comunque conservativa
3 rotazioni
3 traslazioni
(K determinato a t = 0)
258
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
259. ANALISI DI PARTI DI STRUTTURE
(K determinato a t = 0
indipendente dal tempo)
3 rotazioni
3 traslazioni
• Ripristino di idonee condizioni al contorno.
• Riduzione opportuna delle sollecitazioni ordinarie a freddo (Ed) mediante un
coefficiente riduttivo ηfi,d
• All’interno della sottostruttura devono essere tenute in conto tutte le azioni
indirette, il decadimento delle proprietà meccaniche dei materiali, le effettive rigidezze
e il possibile meccanismo di collasso.
Non sono utilizzabili metodi tabellari. Metodi semplificati sono applicabili solo per
incendi nominali. Nel caso di incendi reali, invece, sono consentiti solo i metodi avanzati.
259
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
260. • Questo tipo di analisi strutturale è il più
completo.
• Può essere effettuato sia con regole
prescrittive che con un approccio
prestazionale.
• Sono utilizzabili solo metodi di calcolo
avanzati, che considerano le proprietà dei
materiali e la loro variazione con la
temperatura, le distorsioni termiche, il
verificarsi di meccanismi di collasso parziali,
la rigidezza delle membrature.
• Senza dubbio per la loro applicabilità
necessitano di grandi potenze di calcolo e di
una notevole specializzazione del progettista.
ANALISI DELLA STRUTTURA INTERA
260
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
261. 3.6.1.5. Procedura di analisi di
resistenza al fuoco
261
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
264. Mechanical Analysis
• The mechanical analysis shall be performed for
the same duration as used in the temperature
analysis.
• Verification of fire resistance should be in:
– in the strength domain: Rfi,d,t ≥ Efi,requ,t
(resistance at time t ≥ load effects at time t);
– in the time domain: tfi,d ≥ tfi,requ
(design value of time fire resistance ≥ time required)
– In the temperature domain: Td ≤ Tcr
(design value of the material temperature ≤ critical
material temperature);
264
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
265. Verification of fire resistance (3D)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
T=T(t)
R=R(t,T)=R(t,T(t))=R(t)
265
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
266. Verification of fire resistance (R-safe)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Rfi,d,t
Efi,requ,t
266
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
267. Verification of fire resistance (R-fail)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
267
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
268. Verification of fire resistance (t)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
tfi,d ≥ tfi,requ
268
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
269. Verification of fire resistance (T)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
Td ≤ Tcr
269
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
279. FIRE DETECTION
& SUPPRESSION
active
structural
characteristics
threats
ORGANIZATION &
FIREFIGHTERS
No
Yes
threats
MAINTENANCE
& USE
No
Yes
threats
No
alive
structural
characteristics
Yes
STRUCTURAL
CONCEPTION
STRUCTURAL
TOPOLOGY
&
GEOMETRY
threats
No
Yes
threats
STRUCTURAL
MATERIAL
& PARTS
No
Yespassive
structural
characteristics
threats
FIRE DETECTION
& SUPPRESSION
No
Yes
active
structural
characteristics
threats
ORGANIZATION &
FIREFIGHTERS
No
Yes
threats
MAINTENANCE
& USE
No
Yes
threats
No
alive
structural
characteristics
Yes
279
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
283. Sviluppo di un evento negativo
innesco
(hazard)
materiali
(vulnerability)
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
283
284. Vulnerabilita’
• Il termine vulnerabile deriva dalla parola latina vulnus che
significa: ferita o lesione che essa può essere fisica, psicologica
e per estensione anche di un diritto.
• Vulnerabile è tutto ciò che è esposto alla possibilità di essere
ferito, violato, leso, colpito, percosso, offeso, tagliato,
danneggiato.
• In questo modo vulnus sembra rinviare tanto all’azione del
ferire (la causa, il colpo inferto da chi ha il potere e la
possibilità di offendere), quanto allo stato del soggetto che
subisce (l’effetto, la violazione del corpo, dell’anima, degli
affetti, ecc.).
• Un primo punto fermo derivante dall’etimologia della parola è
legato all’aspetto di possibilità e non di stato: vulnerabile è chi
potrebbe, potenzialmente, essere ferito.
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
284
285. Causes of system failure
100%
Time
%offailure
Unknown phenomena
Known phenomena
Research level Design code level
past present future
A
BB B
C
Humanerrors
285
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO