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PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO
A.A. 2022/23:
caratteristiche dell’azione incendio
Prof. Ing. Franco Bontempi
Docente di TEORIA E PROGETTO DI PONTI – GESTIONE DI PONTI E GRANDI STRUTTURE –
PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO
Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale
Università degli Studi di Roma La Sapienza
franco.bontempi@uniroma1.it
DEFINIZIONE DI INCENDIO
•Incendio = combustione autoalimentata ed incontrollata
di materiali combustibili.
• I PARTE: Carattere estensivo (diffusione nello spazio):
1. wildfire
2. urbanfire
3. all’esterno di un edificio
4. all’interno di un interno
• II PARTE: Carattere intensivo (andamento nel tempo).
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 2
DEFINIZIONE DI INCENDIO
• 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).
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 3
CARATTERE ESTENSIVO
I
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 4
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 5
1. WILDFIRE
6
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7
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9
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http://www.meteoweb.eu/2012/06/reggio-
calabria-vasto-incendio-distrugge-la-collina-
di-pentimele-oasi-ridosso-della-citta/140184/
21-Mar-23
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PSA - caratteristiche azione incendo 26
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 27
http://www.repubblica.it/esteri/2014/04/13/
foto/cile_gigantesco_incendio_a_valparaiso_3
mila_evacuati-83468928/1/#1
21-Mar-23
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21-Mar-23
RUNAWAY (1)
effect
time 29
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
EFFECT
RUNAWAY
(2)
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21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 31
2. URBANFIRE
32
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The Great Fire of London 2 September - 5 September 1666.
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The Great Fire of the City of New York, 16 December 1835
35
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The Great Fire of Chicago, October 7-10, 1871
36
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21-Mar-23
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https://it.wikipedia.org/wiki/Terr
emoto_di_San_Francisco_del_190
6
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21-Mar-23
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https://it.wikipedia.org/wiki/Gran
de_terremoto_del_Kant%C5%8D_
del_1923
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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.
• 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.
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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.
PSA - caratteristiche azione incendo 49
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Cascade Effect / Chain Reaction
• 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 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.
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effect
time
decomposability
course predictability
Runaway
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21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 52
3. ALL’ESTERNO DI UN EDIFICIO
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Bad vs Good Collapse
STRUCTURE
& LOADS
Collapse
Mechanism
NO SWAY
“IMPLOSION”
OF THE
STRUCTURE
“EXPLOSION”
OF THE
STRUCTURE
is a process in which
objects are destroyed by
collapsing on themselves
is a process
NOT CONFINED
SWAY
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 74
4. ALL’INTERNO DI UN EDIFICIO
75
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21-Mar-23
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21-Mar-23
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 77
Finite Volume Discretization
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 78
Two zone discretization
PSA - caratteristiche azione incendo 79
21-Mar-23
www.francobontempi.or
g
PSA - caratteristiche azione incendo 80
Str
o N
GER
www.stronger2012.com
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 81
21-Mar-23
82
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 83
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 84
21-Mar-23
NUMERICAL
MODELING
85
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 86
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 87
Description of Enclosure Fires
Pre-flashover fire
• The growth stage of a fire, where the emphasis in fire safety engineering
design is on the safety of humans.
• The design load is in this case characterized by an energy release rate curve,
where the growth phase of the fire is of most importance.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 88
Flashover
• The transition from the fire growth period to the fully developed stage in the
enclosure fire development.
• The formal definition from the International Standards Organization is “the
rapid transition to a state of total surface involvement in a fire of
combustible material within an enclosure.”
• In fire safety engineering the word is used to indicate the demarcation point
between two stages of a compartment fire, i.e., pre-flashover and post-
flashover.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 89
Post-flashover fire
• When the objective of fire safety engineering design is to ensure structural
stability and safety of fire fighters, the post-flashover fire is of greatest
concern.
• The design load in this case is characterized by the temperature–time curve
assumed for the fully developed fire stage.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 90
Fuel-controlled fire
• After ignition and during the initial fire growth stage, the fire is said to be
fuel-controlled, since in the initial stages there is sufficient oxygen available
for combustion and the growth of the fire entirely depends on the
characteristics of the fuel and its geometry.
• The fire can also be fuel-controlled in later stages.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 91
Ventilation-controlled fire
• As the fire grows it may become ventilation-controlled, when there is not
enough oxygen available to combust most of the pyrolyzing fuel.
• The energy release rate of the fire is then determined by the amount of
oxygen that enters the enclosure openings.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 92
Fully developed fire
• Synonymous with the post-flashover fire, which lasts from the occurrence of
flashover through the decay stage to extinction.
• During most of this period the fire is ventilation-controlled; at some point
during the decay period it becomes fuel controlled again.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 93
Backdraft
• Limited ventilation during an enclosure fire can lead to the production of
large amounts of unburnt gases. When an opening is suddenly introduced,
the inflowing air may mix with these, creating a combustible mixture of
gases in some part of the enclosure.
• Any ignition sources, such as a glowing ember, can ignite this flammable
mixture, resulting in an extremely rapid burning of the gases. Expansion due
to the heat created by the combustion will expel the burning gases out
through the opening and cause a fireball outside the enclosure.
• The phenomenon can be extremely hazardous.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 94
Interactions
• Fire is a physical and chemical phenomenon that is strongly interactive by
nature. The interactions between the flame, its fuel, and the surroundings
can be strongly nonlinear, and quantitative estimation of the processes
involved is often complex.
• The processes of interest in an enclosure fire mainly involve mass fluxes and
heat fluxes to and from the fuel and the surroundings.
• Figure shows a schematic of these interactions, indicating the complexity of
the mass and heat transfer processes occurring in an enclosure fire.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 95
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 96
Schematic of the heat fluxes and mass fluxes occurring in an enclosure fire.
Processes
• The processes occurring in the flame involve the flow of energy and the flow
of mass.
• The flow of energy occurs by the processes of radiation, convection, and
conduction.
• The dominant process is that of radiation; it is mainly the soot particles
produced by combustion that glow and radiate heat in all directions. The
radiation down toward the solid is the main heat transfer mode, which melts
the solid, but convection also plays a role.
• The convective heat flux is mainly upward, transferring heat up and away
from the combustion zone. The larger and more luminous the flame, the
quicker the melting process.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 97
Ignition
• After ignition, the fire grows and produces increasing amounts of energy,
mostly due to flame spread. In the early stages the enclosure has no effect
on the fire, which then is fuel controlled.
• Besides releasing energy, a variety of toxic and nontoxic gases and solids are
produced.
• The generation of energy and combustion products is a very complex issue,
as mentioned above, and the engineer must rely on measurements and
approximate methods in order to estimate energy release rates and the yield
of combustion products.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 98
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 99
Development and descent of a hot smoke layer.
Plume
• The hot gases in the flame are surrounded by cold gases, and the hotter, less
dense mass will rise upward due to the density difference, or rather, due to
buoyancy. The buoyant flow, including any flames, is referred to as a fire
plume.
• As the hot gases rise, cold air will be entrained into the plume. This mixture
of combustion products and air will impinge on the ceiling of the fire
compartment and cause a layer of hot gases to be formed.
• Only a small portion of the mass impinging on the ceiling originates from the
fuel; the greatest portion of this mass originates from the cool air entrained
laterally into the plume as it continues to move the gases toward the ceiling.
• As a result of this entrainment, the total mass flow in the plume increases,
and the average temperature and concentration of combustion products
decreases with height.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 100
Ceiling jet
• When the plume flow impinges on the ceiling, the gases spread across it as a
momentum-driven circular jet. The velocity and temperature of this jet is of
importance, since quantitative knowledge of these variables will allow
estimates to be made on the response of any smoke and heat detectors and
sprinkler links in the vicinity of the ceiling.
• The ceiling jet eventually reaches the walls of the enclosure and is forced to
move downward along the wall.
• However, the gases in the jet are still warmer than the surrounding ambient
air, and the flow will turn upward due to buoyancy. A layer of hot gases will
thus be formed under the ceiling.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 101
Gas temperatures
• Experiments have shown, for a wide range of compartment fires, that it is
reasonable to assume that the room becomes divided into two distinct
layers:
I. a hot upper layer consisting of a mixture of combustion products and
entrained air, and
II. a cold lower layer consisting of air.
• Further, the properties of the gases in each layer change with time but are
assumed to be uniform throughout each layer. For example, it is commonly
assumed when using engineering methods that the temperature is the same
throughout the hot layer at any given time.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 102
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 103
Finite Volume Discretization
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 104
Two zone discretization
The hot layer
• The plume continues to entrain air from the lower layer and transport it
toward the ceiling. The hot upper layer therefore grows in volume, and the
layer interface descends toward the floor.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 105
Heat transfer
• As the hot layer descends and increases in temperature, the heat transfer
processes are augmented. Heat is transferred by radiation and convection
from the hot gas layer to the ceiling and walls that are in contact with the
hot gases. Heat from the hot layer is also radiated toward the floor and the
lower walls, and some of the heat will be absorbed by the air in the lower
layer.
• Additionally, heat is transferred to the fuel bed, not only by the flame but to
an increasing extent by radiation from the hot layer and the hot enclosure
boundaries.
• This leads to an increase in the burning rate of the fuel and the heating up of
other fuel packages in the enclosure.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 106
Vent flows
• If there is an opening to the adjacent room or out to the atmosphere, the
smoke will flow out through it as soon as the hot layer reaches the top of the
opening.
• Often, the increasing heat in the enclosure will cause the breakage of
windows and thereby create an opening.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 107
Flashover
• The fire may continue to grow, either by increased burning rate, by flame
spread over the first ignited item, or by ignition of secondary fuel packages.
The upper layer increases in temperature and may become very hot.
• As a result of radiation from the hot layer toward other combustible material
in the enclosure, there may be a stage where all the combustible material in
the enclosure is ignited, with a very rapid increase in energy release rates.
• This very rapid and sudden transition from a growing fire to a fully
developed fire is called flashover.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 108
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 109
Smoke gas explosion
• When unburnt gases from an under ventilated fire flow through leakages
into a closed space connected to the fire room, the gases there can mix very
well with air to form a combustible gas mixture.
• A small spark is then enough to cause a smoke gas explosion, which can have
very serious consequences.
• This phenomenon is, however, very seldom observed in enclosure fires.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 110
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 111
Stages in enclosure fire development
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 112
Ignition
• Ignition can be considered as a process that produces an exothermic
reaction characterized by an increase in temperature greatly above the
ambient.
• It can occur either by piloted ignition (by flaming match, spark, or another
pilot source) or by spontaneous ignition (through accumulation of heat in
the fuel).
• The accompanying combustion process can be either flaming combustion or
smoldering combustion.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 113
Growth
• Following ignition, the fire may grow at a slow or a fast rate, depending on
the type of combustion, the type of fuel, interaction with the surroundings,
and access to oxygen. The fire can be described in terms of the rate of
energy released and the production of combustion gases.
• A smoldering fire can produce hazardous amounts of toxic gases while the
energy release rate may be relatively low. The growth period of such a fire
may be very long, and it may die out before subsequent stages are reached.
• The growth stage can also occur very rapidly, especially with flaming
combustion, where the fuel is flammable enough to allow rapid flame
spread over its surface, where heat flux from the first burning fuel package is
sufficient to ignite adjacent fuel packages, and where sufficient oxygen and
fuel are available for rapid fire growth. Fires with sufficient oxygen available
for combustion are said to be fuel-controlled.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 114
Flashover
• Flashover is the transition from the growth period to the fully developed
stage in fire development. The definition from ISO is “the rapid transition to
a state of total surface involvement in a fire of combustible material within
an enclosure.”
• Flashover is not a precise term: several variations in definition can be found
in the literature. The criteria given usually demand that the temperature in
the compartment has reached 500–600°C, or that the radiation to the floor
of the compartment is 15 to 20 kW/m, or that flames appear from the
enclosure openings.
• These occurrences may all be due to different mechanisms resulting from
the fuel properties, fuel orientation, fuel position, enclosure geometry, and
conditions in the upper layer. Flashover cannot be said to be a mechanism,
but rather a phenomenon associated with a thermal instability.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 115
Fully developed fire
• At this stage the energy released in the enclosure is at its greatest and is very
often limited by the availability of oxygen. This is called ventilation controlled
burning (as opposed to fuel-controlled burning), since the oxygen needed for
the combustion is assumed to enter through the openings.
• In ventilation-controlled fires, unburnt gases can collect at the ceiling level,
and as these gases leave through the openings they burn, causing flames to
stick out through the openings.
• The average gas temperature in the enclosure during this stage is often very
high, in the range of 700 to 1200°C.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 116
Decay
• As the fuel becomes consumed, the energy release rate diminishes and thus
the average gas temperature in the compartment declines.
• The fire may go from ventilation-controlled to fuel controlled in this period.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 117
Fire development in terms of flow through openings
• A second way of dividing the fire into stages is to observe the mass flows in
and out through the enclosure openings while the fire progresses. The flows
depend on the pressure differences across the opening.
• The pressure for the outside atmosphere is represented by a straight line,
sloping because the weight of the column of air increases as one approach
the ground level. Assuming that the temperature of the air in the lower layer
of the compartment equals the temperature outside, one knows that the
pressure in the lower layer is given by a straight line with the same slope as
that for the outside. There is a kink in the pressure line inside when we move
into the upper layer; the hot air is lighter than the cold air.
• The pressure of the outside atmosphere is the same for all four cases and is
denoted by the symbol Po. The pressure inside the compartment is denoted
Pi.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 118
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 119
Pressure profile across the opening as fire develops
• Stage A:
In the first stage of the fire the pressure inside is higher than the pressure
outside the compartment. This is due to the expansion of the hot gases,
which have a greater volume than the cold gases. If the opening is not at
ceiling level, the cold gases will be forced out through the opening due to
the hot gas expansion. As a result, the pressure difference across the
opening is positive and there will be no inflow through the opening, only
outflow of cold gases.
• Stage B:
This only lasts a few seconds and is often ignored. The smoke layer has just
reached the top of the opening and the hot gases have started to flow out.
The pressure inside is still higher than the pressure outside and both hot
and cold gases flow out through the opening. There is no mass flow into
the compartment.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 120
• Stage C:
In this stage the hot gases flow out through the top of the opening and the
mass balance demands that cold gases of equal mass flow in through the
lower part of the opening. This stage can last for a considerable time, until
the room is filled entirely with smoke or until flashover occurs. Stages A, B,
and C are associated with the growth stage mentioned above and the
preflashover stage.
• Stage D:
This stage is often termed the “well-mixed” stage, where the compartment
is filled with smoke that is assumed to be well mixed, i.e., assumed to have
some single, average temperature. This stage is associated with the fully
developed fire mentioned above. In many cases flashover has occurred
between stages C and D.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 121
Note
• In fire safety engineering design two distinctly different design situations
often occur.
1. One has to do with the pre-flashover fire, where the emphasis is on the
safety of humans. The design load in this case is characterized by an
energy release rate curve, where the growth phase of the fire is of most
importance.
2. A very different design situation arises when the objective is to ensure
structural stability and safety of firefighters. Here the post-flashover fire is
of greatest concern, and the design load is characterized by a
temperature–time curve where the fully developed fire stage is of greatest
concern.
• The fire development is therefore sometimes simply divided into the pre-
flashover stage and the post-flashover stage.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 122
Note
• After ignition and during the initial fire growth stage, the fire is said to be
fuel-controlled, since, in the initial stages, there is sufficient oxygen available
for combustion and the growth of the fire entirely depends on the
characteristics of the fuel and its geometry.
• When the fire grows toward flashover it may become ventilation-controlled,
when there is not enough oxygen available to combust most of the
pyrolyzing fuel. The energy release rate of the fire is then determined by the
amount of oxygen that enters the enclosure openings, and the fire is
therefore termed ventilation-controlled. During the decay stage the fire will
eventually return to being fuel-controlled.
• The growth stage of the fire (and the pre-flashover fire) is therefore often
associated with the fuel-controlled fire, and the fully developed stage (and
the post-flashover fire) is often associated with the ventilation-controlled
fire.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 123
DEFINIZIONE DI INCENDIO
• 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).
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 124
CARATTERE INTENSIVO
II
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 125
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
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 126
1
2
3
4
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:
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 127
1
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).
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 128
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.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 129
2
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 130
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.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 131
Incendio: caratterizzazione (3)
• 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).
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 132
PSA - caratteristiche azione incendo 133
Unità di misura
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 134
Energy
3
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 135
Energy
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 136
Energy
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 137
Energy
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 138
Energy
21-Mar-23
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 139
ISO 13387: Example of Design Fire
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 140
Evoluzione temporale potenza termica
PSA - caratteristiche azione incendo 141
4
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 142
Power
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 143
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 144
T-squared Fire (1)
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 145
T-squared Fire (2)
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 146
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 147
HRRf massimo tasso di rilascio termico prodotto da 1 mq di
incendio nel caso di combustione controllata dal combustibile.
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 148
L’energia disponibile per essere rilasciata nell’incendio e’ l’area
sottesa dalla curva RHR e rappresenta il carico d’incendio [kJ] (in
ascissa il tempo [s] e in ordinata la potenza termica [KW] = [kJ s-
1]).
dinamica
30%
energia
21-Mar-23
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.
PSA - caratteristiche azione incendo 149
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 150
Sistemi di controllo
Sistemi di
spegnimento
21-Mar-23
Sistemi di controllo dell’incendio
• Con sistemi di controllo dell'incendio automatici (es. sprinkler),
RHR(t) non raggiunge RHRmax, che poteva 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.
PSA - caratteristiche azione incendo 151
21-Mar-23
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).
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 152
PSA - caratteristiche azione incendo 153
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 154
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 155
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 156
21-Mar-23
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 157
Come da Norme
PSA - caratteristiche azione incendo 158
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 159
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 160
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 161
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 162
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 163
21-Mar-23
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 164
Rewind
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 165
Energy
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 166
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 167
Power
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 168
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 169
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 170
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 171
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 172
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 173
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 174
Analytic
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 175
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 176
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 177
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 178
Curve temperatura - tempo
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 179
Temperatura nel tempo
(curva naturale d’incendio)
180
PSA - caratteristiche azione incendo
5
21-Mar-23
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
time
Buchanan, 2002 181
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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
182
time
T
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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 4
2 3
183
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 184
Curv nominali
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
PSA - caratteristiche azione incendo 185
21-Mar-23
IMPOSTAZIONE DELLA SICUREZZA
III
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 186
Prevention
Prorection
Risk = Probability · Magnitudo
187
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Risk
=
Probability
·Magnitudodo
discretization
in
log-log
plane
188
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Risk
treatment
189
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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;
Risk
treatment
190
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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;
Risk
treatment
191
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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;
Risk
treatment
192
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Risk
treatment
Option 4 – Risk acceptance, even when it
exceeds the criteria, but
perhaps only for a limited
time until other measures
can be taken.
193
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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.
194
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Risk Analysis, Assessment, Management (IEC
1995)
Luur,
2002
195
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Quantitative Risk Analysis
Luur,
2002
196
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Risk-based decision making
Stewart
&
Melchers,
1997
197
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
RISK CONCERNS
DEFINE CONTEXT
(social, individual,
political, organizational,
technological)
RSK ANALYSIS
(for the system are defined organization,
scenarios, and consequences of
occurences)
RISK ASSESSMENT
(compare risks
against criteria)
RISK TREATMENT
option 1 - avoidance
option 2 - reduction
option 3 - transfer
option 4 - acceptance
MONITOR
AND
REVIEW
RISK
MANAGEMENT
RISK
ANALYSIS
RISK
ASSESSMENT
198
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
199
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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 200
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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
201
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Prevention
Prorection
Risk = Probability · Magnitudo
202
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Risk
=
Probability
·Magnitudodo
discretization
in
log-log
plane
203
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 204
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 205
21-Mar-23
Declinazione
al caso di incendio
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 206
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.
207
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Profili di rischio (CPI)
208
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Profilo di rischio Rvita
209
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Caratteristiche occupanti
210
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Velocita’ di sviluppo dell’incendio
211
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Profilo di rischio Rvita
Incendio ---->
<----
occupanti
212
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Profilo di rischio RBENI
213
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Impostazione del progetto
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 214
Design Complexity
(Optimization)
Loosely – Tightly Couplings (Interactions)
Nonlinear–Linear
Behavior
215
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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.
216
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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).
217
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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
BUS
OF
INFORMATION
RESULTS
DESIGN
ACTION
RESPONSE
SAFETY
&
PERFORMANCE
218
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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
219
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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
220
PSA - caratteristiche azione incendo
Fire safety concepts tree (NFPA)
21-Mar-23
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
221
PSA - caratteristiche azione incendo
Fire safety concepts tree (NFPA)
21-Mar-23
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.
222
PSA - caratteristiche azione incendo
Fire safety concepts tree (NFPA)
21-Mar-23
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.
223
PSA - caratteristiche azione incendo
Fire safety concepts tree (NFPA)
21-Mar-23
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.
224
PSA - caratteristiche azione incendo
Fire safety concepts tree (NFPA)
21-Mar-23
• 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
225
PSA - caratteristiche azione incendo
Fire safety concepts tree (NFPA)
21-Mar-23
• 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
226
PSA - caratteristiche azione incendo
Fire safety concepts tree (NFPA)
21-Mar-23
PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE
Fire Performance-based Desing
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 227
228
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
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
229
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
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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
230
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
231
Prescrittivo
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Prestazionale
232
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
PSA - caratteristiche azione incendo 233
START
APPLICAZIONE
DI
REGOLE
PRESTABILITE
E
TECNICHE
PREDEFINITE
END
START
END
DEFINIZIONE E DISANIMA
DEGLI OBIETTIVI
INDIVIDUAZIONE DELLE
SOLUZIONI ATTE A
RAGGIUNGERE GLI
OBIETTIVI
ATTIVITA' DI
MODELLAZIONE E MISURA
GIUDIZIO DELLE
PRESTAZIONI
RISULTANTI
No
Yes
21-Mar-23
234
MODELLI
NUMERICI
MODELLI
FISICI
RISPETTO DI
PRESCRIZIONI
livello
1
OBIETTIVI
livello
3
DEFINIZIONE
DELLA
SOLUZIONE
STRUTTURALE
livello
4
VERIFICA
DELLE
CAPACITA'
PRESTAZIONALI
LIMITI DELLA
PERFORMANCE i-esima
CRITERIO (QUANTITA')
CHE MISURA
LA PERFORMANCE i-esima
DEFINIZIONE DELLA
PERFORMANCE i-esima
livello
2
ESPLICITAZIONE DEGLI
OBIETTIVI ATTRAVERSO
L'INDIVIDUAZIONE DI n
PRESTAZIONI;
ordinatamente, per ciascuna di
esse, i =1,..n:
ESITO
NO
SI'
A
C
B
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
235
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
DECLINAZIONE SECONDO CPI
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 236
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).
237
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
238
Strategie
antincendio
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Livello di prestazione:
reazione al fuoco
239
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Livello di prestazione:
resistenza al fuoco
240
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Livello di prestazione:
compartimentazione
241
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Livello di prestazione:
esodo
242
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Triangle
Shirtwaist
Fire,
1911
243
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
244
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
245
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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.
246
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Metodi ordinari di progettazione
della sicurezza antincendio
247
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Metodi avanzati di progettazione
della sicurezza antincendi
248
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Ingegneria della sicurezza antincendio
(metodo prestazionale,
Fire Safety Engineering - FSE)
Codice Prevenzione Incendi
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 249
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 250
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 251
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 252
Obiettivi e metodologia generale
per la progettazione della sicurezza antincendio
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 253
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 254
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 255
Classi di resistenza
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 256
S.2.1.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 257
S.2.2.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 258
S.2.3 Criteri di attribuzione dei livelli di prestazione (I)
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 259
S.2.3 Criteri di attribuzione dei livelli di prestazione (II)
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 260
S.2.3 Criteri di attribuzione dei livelli di prestazione (III)
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 261
S.2.3 Criteri di attribuzione dei livelli di prestazione (IV,V)
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 262
Soluzioni progettuali
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 263
Prescrittivo vs Prestazionale (1)
264
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
Prescrittivo vs Prestazionale (2)
265
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
conforme
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 266
conforme
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 267
Conforme
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 268
Conforme
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 269
Conforme
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 270
Alternative
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 271
Alternative
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 272
Alternative
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 273
Alternative
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 274
Verifiche delle soluzioni progettuali
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 275
0
200
400
600
800
1000
1200
0 20 40 60 80 100 120
R60 945 ̊C
R30 842 ̊C
R15 739 ̊C R60 945 ̊C
R30 842 ̊C
R15 739 ̊C R90 1006 ̊C
Time [min]
R120 1049 ̊C
276
Standard (Conventional) Fire: ISO 834
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
Incendi convenzionali
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 277
Incendi convenzionali
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 278
Incendi naturali
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 279
Incendi naturali
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 280
Criteri di progetto
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 281
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 282
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 283
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 284
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 285
Carico di incendio specifico di progetto
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 286
21-Mar-23 287
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 288
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 289
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 290
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 291
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 292
Spessori conformi
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 293
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 294
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 295
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 296
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 297
21-Mar-23 298
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 299
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 300
NTC 2008
Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 301
21-Mar-23 302
D.M. 14 gennaio 2008 (1)
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 303
D.M. 14 gennaio 2008 (2)
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
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 304
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 305
3.6.1.1. Definizioni (1)
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 Extinction
Peak
the burning rate decreases as all
combustible materials is consumed.
Temperatures of gases decrease,
until fire extinguishes.
306
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 307
Curve d’incendio nominali
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 308
3.6.1.5.1. Incendio di progetto
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 309
3.6.1.1. Definizioni (2)
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 310
3.6.1.1. Definizioni (3)
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 311
3.6.1.2. Richieste di prestazioni
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 312
3.6.1.3. Classi di resistenza al fuoco
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 313
3.6.1.4. Criteri di progettazione
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 314
• 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)
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 315
Analisi di singole membrature della struttura
(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.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 316
Analisi di parti della struttura
• 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.
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 317
Analisi della struttura intera
3.6.1.5. Procedura di analisi di resistenza al fuoco
318
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
3.6.1.5.2. Analisi dell’evoluzione della temperatura
319
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
3.6.1.5.3. Analisi del comportamento meccanico
320
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
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);
321
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 322
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)
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 323
Verification of fire resistance (R-safe)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Rfi,d,t
Efi,requ,t
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 324
Verification of fire resistance (R-fail)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 325
Verification of fire resistance (t)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
tfi,d ≥ tfi,requ
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 326
Verification of fire resistance (T)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
Td ≤ Tcr
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 327
Esempio elementare
#4
328
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
#1
329
Scenario n
Scenario n°
°1
1 Scenario n
Scenario n°
°2
2
Scenario n
Scenario n°
°3
3 Scenario n
Scenario n°
°4
4
Scenario n
Scenario n°
°1
1 Scenario n
Scenario n°
°2
2
Scenario n
Scenario n°
°3
3 Scenario n
Scenario n°
°4
4
329
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
Initial deformed shape
Initial deformed shape: Scenario 1
Initial deformed shape: Scenario 2
Initial deformed shape: Scenario 3
Initial deformed shape
Initial deformed shape: Scenario 1
Initial deformed shape: Scenario 2
Initial deformed shape: Scenario 3
330
PSA - caratteristiche azione incendo
21-Mar-23
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 331
Levels of Structural Crisis
Usual
ULS
&
SLS
Verification
Format
Structural Robustness
Assessment
1st level:
Material
Point
2nd level:
Element
Section
3rd level:
Structural
Element
4th level:
Structural
System
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 332
21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 333
PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO
A.A. 2022/23:
caratteristiche dell’azione incendio
Prof. Ing. Franco Bontempi
Docente di TEORIA E PROGETTO DI PONTI – GESTIONE DI PONTI E GRANDI STRUTTURE –
PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO
Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale
Università degli Studi di Roma La Sapienza
franco.bontempi@uniroma1.it

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INCENDIO

  • 1. PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO A.A. 2022/23: caratteristiche dell’azione incendio Prof. Ing. Franco Bontempi Docente di TEORIA E PROGETTO DI PONTI – GESTIONE DI PONTI E GRANDI STRUTTURE – PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale Università degli Studi di Roma La Sapienza franco.bontempi@uniroma1.it
  • 2. DEFINIZIONE DI INCENDIO •Incendio = combustione autoalimentata ed incontrollata di materiali combustibili. • I PARTE: Carattere estensivo (diffusione nello spazio): 1. wildfire 2. urbanfire 3. all’esterno di un edificio 4. all’interno di un interno • II PARTE: Carattere intensivo (andamento nel tempo). 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 2
  • 3. DEFINIZIONE DI INCENDIO • 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). 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 3
  • 4. CARATTERE ESTENSIVO I 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 4
  • 5. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 5 1. WILDFIRE
  • 6. 6 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 7. 7 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 8. PSA - caratteristiche azione incendo 8 21-Mar-23
  • 9. 9 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 10. 10 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 11. 11 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 12. PSA - caratteristiche azione incendo 12 21-Mar-23
  • 13. PSA - caratteristiche azione incendo 13 21-Mar-23
  • 14. 14 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 15. 15 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 16. 16 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 17. 17 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 18. 18 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 19. 19 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 20. 20 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 21. 21 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 22. 22 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 23. PSA - caratteristiche azione incendo 23 http://www.meteoweb.eu/2012/06/reggio- calabria-vasto-incendio-distrugge-la-collina- di-pentimele-oasi-ridosso-della-citta/140184/ 21-Mar-23
  • 24. PSA - caratteristiche azione incendo 24 21-Mar-23
  • 25. PSA - caratteristiche azione incendo 25 21-Mar-23
  • 26. PSA - caratteristiche azione incendo 26 21-Mar-23
  • 27. PSA - caratteristiche azione incendo 27 http://www.repubblica.it/esteri/2014/04/13/ foto/cile_gigantesco_incendio_a_valparaiso_3 mila_evacuati-83468928/1/#1 21-Mar-23
  • 28. PSA - caratteristiche azione incendo 28 21-Mar-23
  • 29. RUNAWAY (1) effect time 29 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 30. EFFECT RUNAWAY (2) 30 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 31. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 31 2. URBANFIRE
  • 32. 32 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 33. The Great Fire of London 2 September - 5 September 1666. 33 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 34. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 34
  • 35. The Great Fire of the City of New York, 16 December 1835 35 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 36. The Great Fire of Chicago, October 7-10, 1871 36 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 37. 37 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 38. 38 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 39. 39 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 40. PSA - caratteristiche azione incendo 40 21-Mar-23
  • 41. PSA - caratteristiche azione incendo 41 21-Mar-23
  • 42. PSA - caratteristiche azione incendo 42 21-Mar-23
  • 43. PSA - caratteristiche azione incendo 43 21-Mar-23
  • 44. PSA - caratteristiche azione incendo 44 21-Mar-23
  • 45. PSA - caratteristiche azione incendo 45 https://it.wikipedia.org/wiki/Terr emoto_di_San_Francisco_del_190 6 21-Mar-23
  • 46. PSA - caratteristiche azione incendo 46 21-Mar-23
  • 47. PSA - caratteristiche azione incendo 47 https://it.wikipedia.org/wiki/Gran de_terremoto_del_Kant%C5%8D_ del_1923 21-Mar-23
  • 48. 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. • 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. PSA - caratteristiche azione incendo 48 21-Mar-23
  • 49. 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. PSA - caratteristiche azione incendo 49 21-Mar-23
  • 50. Cascade Effect / Chain Reaction • 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 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. 21-Mar-23 50 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 52. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 52 3. ALL’ESTERNO DI UN EDIFICIO
  • 53. 53 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 54. 54 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 55. 55 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 56. 56 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 57. 57 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 58. 58 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 59. 59 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 60. 60 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 61. 61 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 62. 62 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 63. 63 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 64. 64 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 65. 65 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 66. 66 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 67. PSA - caratteristiche azione incendo 67 21-Mar-23
  • 68. PSA - caratteristiche azione incendo 68 21-Mar-23
  • 69. PSA - caratteristiche azione incendo 69 21-Mar-23
  • 70. 70 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 71. 71 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 72. 72 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 73. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 73 Bad vs Good Collapse STRUCTURE & LOADS Collapse Mechanism NO SWAY “IMPLOSION” OF THE STRUCTURE “EXPLOSION” OF THE STRUCTURE is a process in which objects are destroyed by collapsing on themselves is a process NOT CONFINED SWAY
  • 74. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 74 4. ALL’INTERNO DI UN EDIFICIO
  • 75. 75 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 76. PSA - caratteristiche azione incendo 76 21-Mar-23
  • 77. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 77 Finite Volume Discretization
  • 78. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 78 Two zone discretization
  • 79. PSA - caratteristiche azione incendo 79 21-Mar-23
  • 80. www.francobontempi.or g PSA - caratteristiche azione incendo 80 Str o N GER www.stronger2012.com 21-Mar-23
  • 81. PSA - caratteristiche azione incendo 81 21-Mar-23
  • 82. 82 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 83. PSA - caratteristiche azione incendo 83 21-Mar-23
  • 84. PSA - caratteristiche azione incendo 84 21-Mar-23
  • 86. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 86
  • 87. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 87 Description of Enclosure Fires
  • 88. Pre-flashover fire • The growth stage of a fire, where the emphasis in fire safety engineering design is on the safety of humans. • The design load is in this case characterized by an energy release rate curve, where the growth phase of the fire is of most importance. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 88
  • 89. Flashover • The transition from the fire growth period to the fully developed stage in the enclosure fire development. • The formal definition from the International Standards Organization is “the rapid transition to a state of total surface involvement in a fire of combustible material within an enclosure.” • In fire safety engineering the word is used to indicate the demarcation point between two stages of a compartment fire, i.e., pre-flashover and post- flashover. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 89
  • 90. Post-flashover fire • When the objective of fire safety engineering design is to ensure structural stability and safety of fire fighters, the post-flashover fire is of greatest concern. • The design load in this case is characterized by the temperature–time curve assumed for the fully developed fire stage. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 90
  • 91. Fuel-controlled fire • After ignition and during the initial fire growth stage, the fire is said to be fuel-controlled, since in the initial stages there is sufficient oxygen available for combustion and the growth of the fire entirely depends on the characteristics of the fuel and its geometry. • The fire can also be fuel-controlled in later stages. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 91
  • 92. Ventilation-controlled fire • As the fire grows it may become ventilation-controlled, when there is not enough oxygen available to combust most of the pyrolyzing fuel. • The energy release rate of the fire is then determined by the amount of oxygen that enters the enclosure openings. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 92
  • 93. Fully developed fire • Synonymous with the post-flashover fire, which lasts from the occurrence of flashover through the decay stage to extinction. • During most of this period the fire is ventilation-controlled; at some point during the decay period it becomes fuel controlled again. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 93
  • 94. Backdraft • Limited ventilation during an enclosure fire can lead to the production of large amounts of unburnt gases. When an opening is suddenly introduced, the inflowing air may mix with these, creating a combustible mixture of gases in some part of the enclosure. • Any ignition sources, such as a glowing ember, can ignite this flammable mixture, resulting in an extremely rapid burning of the gases. Expansion due to the heat created by the combustion will expel the burning gases out through the opening and cause a fireball outside the enclosure. • The phenomenon can be extremely hazardous. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 94
  • 95. Interactions • Fire is a physical and chemical phenomenon that is strongly interactive by nature. The interactions between the flame, its fuel, and the surroundings can be strongly nonlinear, and quantitative estimation of the processes involved is often complex. • The processes of interest in an enclosure fire mainly involve mass fluxes and heat fluxes to and from the fuel and the surroundings. • Figure shows a schematic of these interactions, indicating the complexity of the mass and heat transfer processes occurring in an enclosure fire. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 95
  • 96. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 96 Schematic of the heat fluxes and mass fluxes occurring in an enclosure fire.
  • 97. Processes • The processes occurring in the flame involve the flow of energy and the flow of mass. • The flow of energy occurs by the processes of radiation, convection, and conduction. • The dominant process is that of radiation; it is mainly the soot particles produced by combustion that glow and radiate heat in all directions. The radiation down toward the solid is the main heat transfer mode, which melts the solid, but convection also plays a role. • The convective heat flux is mainly upward, transferring heat up and away from the combustion zone. The larger and more luminous the flame, the quicker the melting process. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 97
  • 98. Ignition • After ignition, the fire grows and produces increasing amounts of energy, mostly due to flame spread. In the early stages the enclosure has no effect on the fire, which then is fuel controlled. • Besides releasing energy, a variety of toxic and nontoxic gases and solids are produced. • The generation of energy and combustion products is a very complex issue, as mentioned above, and the engineer must rely on measurements and approximate methods in order to estimate energy release rates and the yield of combustion products. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 98
  • 99. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 99 Development and descent of a hot smoke layer.
  • 100. Plume • The hot gases in the flame are surrounded by cold gases, and the hotter, less dense mass will rise upward due to the density difference, or rather, due to buoyancy. The buoyant flow, including any flames, is referred to as a fire plume. • As the hot gases rise, cold air will be entrained into the plume. This mixture of combustion products and air will impinge on the ceiling of the fire compartment and cause a layer of hot gases to be formed. • Only a small portion of the mass impinging on the ceiling originates from the fuel; the greatest portion of this mass originates from the cool air entrained laterally into the plume as it continues to move the gases toward the ceiling. • As a result of this entrainment, the total mass flow in the plume increases, and the average temperature and concentration of combustion products decreases with height. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 100
  • 101. Ceiling jet • When the plume flow impinges on the ceiling, the gases spread across it as a momentum-driven circular jet. The velocity and temperature of this jet is of importance, since quantitative knowledge of these variables will allow estimates to be made on the response of any smoke and heat detectors and sprinkler links in the vicinity of the ceiling. • The ceiling jet eventually reaches the walls of the enclosure and is forced to move downward along the wall. • However, the gases in the jet are still warmer than the surrounding ambient air, and the flow will turn upward due to buoyancy. A layer of hot gases will thus be formed under the ceiling. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 101
  • 102. Gas temperatures • Experiments have shown, for a wide range of compartment fires, that it is reasonable to assume that the room becomes divided into two distinct layers: I. a hot upper layer consisting of a mixture of combustion products and entrained air, and II. a cold lower layer consisting of air. • Further, the properties of the gases in each layer change with time but are assumed to be uniform throughout each layer. For example, it is commonly assumed when using engineering methods that the temperature is the same throughout the hot layer at any given time. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 102
  • 103. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 103 Finite Volume Discretization
  • 104. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 104 Two zone discretization
  • 105. The hot layer • The plume continues to entrain air from the lower layer and transport it toward the ceiling. The hot upper layer therefore grows in volume, and the layer interface descends toward the floor. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 105
  • 106. Heat transfer • As the hot layer descends and increases in temperature, the heat transfer processes are augmented. Heat is transferred by radiation and convection from the hot gas layer to the ceiling and walls that are in contact with the hot gases. Heat from the hot layer is also radiated toward the floor and the lower walls, and some of the heat will be absorbed by the air in the lower layer. • Additionally, heat is transferred to the fuel bed, not only by the flame but to an increasing extent by radiation from the hot layer and the hot enclosure boundaries. • This leads to an increase in the burning rate of the fuel and the heating up of other fuel packages in the enclosure. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 106
  • 107. Vent flows • If there is an opening to the adjacent room or out to the atmosphere, the smoke will flow out through it as soon as the hot layer reaches the top of the opening. • Often, the increasing heat in the enclosure will cause the breakage of windows and thereby create an opening. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 107
  • 108. Flashover • The fire may continue to grow, either by increased burning rate, by flame spread over the first ignited item, or by ignition of secondary fuel packages. The upper layer increases in temperature and may become very hot. • As a result of radiation from the hot layer toward other combustible material in the enclosure, there may be a stage where all the combustible material in the enclosure is ignited, with a very rapid increase in energy release rates. • This very rapid and sudden transition from a growing fire to a fully developed fire is called flashover. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 108
  • 109. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 109
  • 110. Smoke gas explosion • When unburnt gases from an under ventilated fire flow through leakages into a closed space connected to the fire room, the gases there can mix very well with air to form a combustible gas mixture. • A small spark is then enough to cause a smoke gas explosion, which can have very serious consequences. • This phenomenon is, however, very seldom observed in enclosure fires. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 110
  • 111. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 111 Stages in enclosure fire development
  • 112. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 112
  • 113. Ignition • Ignition can be considered as a process that produces an exothermic reaction characterized by an increase in temperature greatly above the ambient. • It can occur either by piloted ignition (by flaming match, spark, or another pilot source) or by spontaneous ignition (through accumulation of heat in the fuel). • The accompanying combustion process can be either flaming combustion or smoldering combustion. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 113
  • 114. Growth • Following ignition, the fire may grow at a slow or a fast rate, depending on the type of combustion, the type of fuel, interaction with the surroundings, and access to oxygen. The fire can be described in terms of the rate of energy released and the production of combustion gases. • A smoldering fire can produce hazardous amounts of toxic gases while the energy release rate may be relatively low. The growth period of such a fire may be very long, and it may die out before subsequent stages are reached. • The growth stage can also occur very rapidly, especially with flaming combustion, where the fuel is flammable enough to allow rapid flame spread over its surface, where heat flux from the first burning fuel package is sufficient to ignite adjacent fuel packages, and where sufficient oxygen and fuel are available for rapid fire growth. Fires with sufficient oxygen available for combustion are said to be fuel-controlled. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 114
  • 115. Flashover • Flashover is the transition from the growth period to the fully developed stage in fire development. The definition from ISO is “the rapid transition to a state of total surface involvement in a fire of combustible material within an enclosure.” • Flashover is not a precise term: several variations in definition can be found in the literature. The criteria given usually demand that the temperature in the compartment has reached 500–600°C, or that the radiation to the floor of the compartment is 15 to 20 kW/m, or that flames appear from the enclosure openings. • These occurrences may all be due to different mechanisms resulting from the fuel properties, fuel orientation, fuel position, enclosure geometry, and conditions in the upper layer. Flashover cannot be said to be a mechanism, but rather a phenomenon associated with a thermal instability. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 115
  • 116. Fully developed fire • At this stage the energy released in the enclosure is at its greatest and is very often limited by the availability of oxygen. This is called ventilation controlled burning (as opposed to fuel-controlled burning), since the oxygen needed for the combustion is assumed to enter through the openings. • In ventilation-controlled fires, unburnt gases can collect at the ceiling level, and as these gases leave through the openings they burn, causing flames to stick out through the openings. • The average gas temperature in the enclosure during this stage is often very high, in the range of 700 to 1200°C. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 116
  • 117. Decay • As the fuel becomes consumed, the energy release rate diminishes and thus the average gas temperature in the compartment declines. • The fire may go from ventilation-controlled to fuel controlled in this period. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 117
  • 118. Fire development in terms of flow through openings • A second way of dividing the fire into stages is to observe the mass flows in and out through the enclosure openings while the fire progresses. The flows depend on the pressure differences across the opening. • The pressure for the outside atmosphere is represented by a straight line, sloping because the weight of the column of air increases as one approach the ground level. Assuming that the temperature of the air in the lower layer of the compartment equals the temperature outside, one knows that the pressure in the lower layer is given by a straight line with the same slope as that for the outside. There is a kink in the pressure line inside when we move into the upper layer; the hot air is lighter than the cold air. • The pressure of the outside atmosphere is the same for all four cases and is denoted by the symbol Po. The pressure inside the compartment is denoted Pi. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 118
  • 119. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 119 Pressure profile across the opening as fire develops
  • 120. • Stage A: In the first stage of the fire the pressure inside is higher than the pressure outside the compartment. This is due to the expansion of the hot gases, which have a greater volume than the cold gases. If the opening is not at ceiling level, the cold gases will be forced out through the opening due to the hot gas expansion. As a result, the pressure difference across the opening is positive and there will be no inflow through the opening, only outflow of cold gases. • Stage B: This only lasts a few seconds and is often ignored. The smoke layer has just reached the top of the opening and the hot gases have started to flow out. The pressure inside is still higher than the pressure outside and both hot and cold gases flow out through the opening. There is no mass flow into the compartment. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 120
  • 121. • Stage C: In this stage the hot gases flow out through the top of the opening and the mass balance demands that cold gases of equal mass flow in through the lower part of the opening. This stage can last for a considerable time, until the room is filled entirely with smoke or until flashover occurs. Stages A, B, and C are associated with the growth stage mentioned above and the preflashover stage. • Stage D: This stage is often termed the “well-mixed” stage, where the compartment is filled with smoke that is assumed to be well mixed, i.e., assumed to have some single, average temperature. This stage is associated with the fully developed fire mentioned above. In many cases flashover has occurred between stages C and D. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 121
  • 122. Note • In fire safety engineering design two distinctly different design situations often occur. 1. One has to do with the pre-flashover fire, where the emphasis is on the safety of humans. The design load in this case is characterized by an energy release rate curve, where the growth phase of the fire is of most importance. 2. A very different design situation arises when the objective is to ensure structural stability and safety of firefighters. Here the post-flashover fire is of greatest concern, and the design load is characterized by a temperature–time curve where the fully developed fire stage is of greatest concern. • The fire development is therefore sometimes simply divided into the pre- flashover stage and the post-flashover stage. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 122
  • 123. Note • After ignition and during the initial fire growth stage, the fire is said to be fuel-controlled, since, in the initial stages, there is sufficient oxygen available for combustion and the growth of the fire entirely depends on the characteristics of the fuel and its geometry. • When the fire grows toward flashover it may become ventilation-controlled, when there is not enough oxygen available to combust most of the pyrolyzing fuel. The energy release rate of the fire is then determined by the amount of oxygen that enters the enclosure openings, and the fire is therefore termed ventilation-controlled. During the decay stage the fire will eventually return to being fuel-controlled. • The growth stage of the fire (and the pre-flashover fire) is therefore often associated with the fuel-controlled fire, and the fully developed stage (and the post-flashover fire) is often associated with the ventilation-controlled fire. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 123
  • 124. DEFINIZIONE DI INCENDIO • 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). 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 124
  • 125. CARATTERE INTENSIVO II 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 125
  • 126. 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 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 126 1 2 3 4
  • 127. 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: 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 127 1
  • 128. 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). 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 128
  • 129. 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. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 129 2
  • 130. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 130
  • 131. 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. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 131
  • 132. Incendio: caratterizzazione (3) • 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). 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 132
  • 133. PSA - caratteristiche azione incendo 133 Unità di misura 21-Mar-23
  • 134. PSA - caratteristiche azione incendo 134 Energy 3 21-Mar-23
  • 135. PSA - caratteristiche azione incendo 135 Energy 21-Mar-23
  • 136. PSA - caratteristiche azione incendo 136 Energy 21-Mar-23
  • 137. PSA - caratteristiche azione incendo 137 Energy 21-Mar-23
  • 138. PSA - caratteristiche azione incendo 138 Energy 21-Mar-23
  • 139. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 139 ISO 13387: Example of Design Fire
  • 140. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 140 Evoluzione temporale potenza termica
  • 141. PSA - caratteristiche azione incendo 141 4 21-Mar-23
  • 142. PSA - caratteristiche azione incendo 142 Power 21-Mar-23
  • 143. PSA - caratteristiche azione incendo 143 21-Mar-23
  • 144. PSA - caratteristiche azione incendo 144 T-squared Fire (1) 21-Mar-23
  • 145. PSA - caratteristiche azione incendo 145 T-squared Fire (2) 21-Mar-23
  • 146. PSA - caratteristiche azione incendo 146 21-Mar-23
  • 147. PSA - caratteristiche azione incendo 147 HRRf massimo tasso di rilascio termico prodotto da 1 mq di incendio nel caso di combustione controllata dal combustibile. 21-Mar-23
  • 148. PSA - caratteristiche azione incendo 148 L’energia disponibile per essere rilasciata nell’incendio e’ l’area sottesa dalla curva RHR e rappresenta il carico d’incendio [kJ] (in ascissa il tempo [s] e in ordinata la potenza termica [KW] = [kJ s- 1]). dinamica 30% energia 21-Mar-23
  • 149. 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. PSA - caratteristiche azione incendo 149 21-Mar-23
  • 150. PSA - caratteristiche azione incendo 150 Sistemi di controllo Sistemi di spegnimento 21-Mar-23
  • 151. Sistemi di controllo dell’incendio • Con sistemi di controllo dell'incendio automatici (es. sprinkler), RHR(t) non raggiunge RHRmax, che poteva 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. PSA - caratteristiche azione incendo 151 21-Mar-23
  • 152. 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). 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 152
  • 153. PSA - caratteristiche azione incendo 153 21-Mar-23
  • 154. PSA - caratteristiche azione incendo 154 21-Mar-23
  • 155. PSA - caratteristiche azione incendo 155 21-Mar-23
  • 156. PSA - caratteristiche azione incendo 156 21-Mar-23
  • 157. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 157 Come da Norme
  • 158. PSA - caratteristiche azione incendo 158 21-Mar-23
  • 159. PSA - caratteristiche azione incendo 159 21-Mar-23
  • 160. PSA - caratteristiche azione incendo 160 21-Mar-23
  • 161. PSA - caratteristiche azione incendo 161 21-Mar-23
  • 162. PSA - caratteristiche azione incendo 162 21-Mar-23
  • 163. PSA - caratteristiche azione incendo 163 21-Mar-23
  • 164. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 164 Rewind
  • 165. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 165 Energy
  • 166. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 166
  • 167. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 167 Power
  • 168. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 168
  • 169. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 169
  • 170. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 170
  • 171. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 171
  • 172. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 172
  • 173. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 173
  • 174. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 174 Analytic
  • 175. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 175
  • 176. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 176
  • 177. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 177
  • 178. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 178
  • 179. Curve temperatura - tempo 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 179
  • 180. Temperatura nel tempo (curva naturale d’incendio) 180 PSA - caratteristiche azione incendo 5 21-Mar-23
  • 181. 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 time Buchanan, 2002 181 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 182. 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 182 time T PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 183. 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 4 2 3 183 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 184. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 184 Curv nominali
  • 185. 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 PSA - caratteristiche azione incendo 185 21-Mar-23
  • 186. IMPOSTAZIONE DELLA SICUREZZA III 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 186
  • 187. Prevention Prorection Risk = Probability · Magnitudo 187 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 189. Risk treatment 189 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 190. 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; Risk treatment 190 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 191. 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; Risk treatment 191 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 192. 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; Risk treatment 192 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 193. Risk treatment Option 4 – Risk acceptance, even when it exceeds the criteria, but perhaps only for a limited time until other measures can be taken. 193 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 194. 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. 194 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 195. Risk Analysis, Assessment, Management (IEC 1995) Luur, 2002 195 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 196. Quantitative Risk Analysis Luur, 2002 196 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 197. Risk-based decision making Stewart & Melchers, 1997 197 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 198. RISK CONCERNS DEFINE CONTEXT (social, individual, political, organizational, technological) RSK ANALYSIS (for the system are defined organization, scenarios, and consequences of occurences) RISK ASSESSMENT (compare risks against criteria) RISK TREATMENT option 1 - avoidance option 2 - reduction option 3 - transfer option 4 - acceptance MONITOR AND REVIEW RISK MANAGEMENT RISK ANALYSIS RISK ASSESSMENT 198 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 199. 199 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 200. 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 200 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 201. 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 201 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 202. Prevention Prorection Risk = Probability · Magnitudo 202 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 204. PSA - caratteristiche azione incendo 204 21-Mar-23
  • 205. PSA - caratteristiche azione incendo 205 21-Mar-23
  • 206. Declinazione al caso di incendio 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 206
  • 207. 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. 207 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 208. Profili di rischio (CPI) 208 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 209. Profilo di rischio Rvita 209 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 210. Caratteristiche occupanti 210 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 211. Velocita’ di sviluppo dell’incendio 211 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 212. Profilo di rischio Rvita Incendio ----> <---- occupanti 212 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 213. Profilo di rischio RBENI 213 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 214. Impostazione del progetto 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 214
  • 215. Design Complexity (Optimization) Loosely – Tightly Couplings (Interactions) Nonlinear–Linear Behavior 215 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 216. 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. 216 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 217. 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). 217 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 218. 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 BUS OF INFORMATION RESULTS DESIGN ACTION RESPONSE SAFETY & PERFORMANCE 218 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 219. 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 8 219 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 220. 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 8 220 PSA - caratteristiche azione incendo Fire safety concepts tree (NFPA) 21-Mar-23
  • 221. 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 221 PSA - caratteristiche azione incendo Fire safety concepts tree (NFPA) 21-Mar-23
  • 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. 222 PSA - caratteristiche azione incendo Fire safety concepts tree (NFPA) 21-Mar-23
  • 223. 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. 223 PSA - caratteristiche azione incendo Fire safety concepts tree (NFPA) 21-Mar-23
  • 224. 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. 224 PSA - caratteristiche azione incendo Fire safety concepts tree (NFPA) 21-Mar-23
  • 225. • 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 225 PSA - caratteristiche azione incendo Fire safety concepts tree (NFPA) 21-Mar-23
  • 226. • 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 226 PSA - caratteristiche azione incendo Fire safety concepts tree (NFPA) 21-Mar-23
  • 227. PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE Fire Performance-based Desing 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 227
  • 228. 228 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 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 229. 229 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 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 230. 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 230 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 231. 231 Prescrittivo PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 232. Prestazionale 232 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 233. PSA - caratteristiche azione incendo 233 START APPLICAZIONE DI REGOLE PRESTABILITE E TECNICHE PREDEFINITE END START END DEFINIZIONE E DISANIMA DEGLI OBIETTIVI INDIVIDUAZIONE DELLE SOLUZIONI ATTE A RAGGIUNGERE GLI OBIETTIVI ATTIVITA' DI MODELLAZIONE E MISURA GIUDIZIO DELLE PRESTAZIONI RISULTANTI No Yes 21-Mar-23
  • 234. 234 MODELLI NUMERICI MODELLI FISICI RISPETTO DI PRESCRIZIONI livello 1 OBIETTIVI livello 3 DEFINIZIONE DELLA SOLUZIONE STRUTTURALE livello 4 VERIFICA DELLE CAPACITA' PRESTAZIONALI LIMITI DELLA PERFORMANCE i-esima CRITERIO (QUANTITA') CHE MISURA LA PERFORMANCE i-esima DEFINIZIONE DELLA PERFORMANCE i-esima livello 2 ESPLICITAZIONE DEGLI OBIETTIVI ATTRAVERSO L'INDIVIDUAZIONE DI n PRESTAZIONI; ordinatamente, per ciascuna di esse, i =1,..n: ESITO NO SI' A C B PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 235. 235 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 236. DECLINAZIONE SECONDO CPI 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 236
  • 237. 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). 237 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 239. Livello di prestazione: reazione al fuoco 239 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 240. Livello di prestazione: resistenza al fuoco 240 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 241. Livello di prestazione: compartimentazione 241 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 242. Livello di prestazione: esodo 242 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 244. 244 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 245. 245 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 246. 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. 246 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 247. Metodi ordinari di progettazione della sicurezza antincendio 247 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 248. Metodi avanzati di progettazione della sicurezza antincendi 248 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 249. Ingegneria della sicurezza antincendio (metodo prestazionale, Fire Safety Engineering - FSE) Codice Prevenzione Incendi 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 249
  • 250. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 250
  • 251. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 251
  • 252. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 252
  • 253. Obiettivi e metodologia generale per la progettazione della sicurezza antincendio 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 253
  • 254. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 254
  • 255. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 255
  • 256. Classi di resistenza 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 256
  • 257. S.2.1. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 257
  • 258. S.2.2. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 258
  • 259. S.2.3 Criteri di attribuzione dei livelli di prestazione (I) 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 259
  • 260. S.2.3 Criteri di attribuzione dei livelli di prestazione (II) 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 260
  • 261. S.2.3 Criteri di attribuzione dei livelli di prestazione (III) 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 261
  • 262. S.2.3 Criteri di attribuzione dei livelli di prestazione (IV,V) 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 262
  • 263. Soluzioni progettuali 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 263
  • 264. Prescrittivo vs Prestazionale (1) 264 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 265. Prescrittivo vs Prestazionale (2) 265 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 266. conforme 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 266
  • 267. conforme 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 267
  • 268. Conforme 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 268
  • 269. Conforme 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 269
  • 270. Conforme 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 270
  • 271. Alternative 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 271
  • 272. Alternative 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 272
  • 273. Alternative 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 273
  • 274. Alternative 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 274
  • 275. Verifiche delle soluzioni progettuali 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 275
  • 276. 0 200 400 600 800 1000 1200 0 20 40 60 80 100 120 R60 945 ̊C R30 842 ̊C R15 739 ̊C R60 945 ̊C R30 842 ̊C R15 739 ̊C R90 1006 ̊C Time [min] R120 1049 ̊C 276 Standard (Conventional) Fire: ISO 834 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 277. Incendi convenzionali 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 277
  • 278. Incendi convenzionali 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 278
  • 279. Incendi naturali 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 279
  • 280. Incendi naturali 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 280
  • 281. Criteri di progetto 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 281
  • 282. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 282
  • 283. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 283
  • 284. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 284
  • 285. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 285
  • 286. Carico di incendio specifico di progetto 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 286
  • 287. 21-Mar-23 287 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 288. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 288
  • 289. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 289
  • 290. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 290
  • 291. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 291
  • 292. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 292
  • 293. Spessori conformi 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 293
  • 294. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 294
  • 295. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 295
  • 296. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 296
  • 297. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 297
  • 298. 21-Mar-23 298 PSA - caratteristiche azione incendo
  • 299. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 299
  • 300. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 300
  • 301. NTC 2008 Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 301
  • 302. 21-Mar-23 302 D.M. 14 gennaio 2008 (1) PSA - caratteristiche azione incendo
  • 303. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 303 D.M. 14 gennaio 2008 (2)
  • 304. 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 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 304
  • 305. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 305 3.6.1.1. Definizioni (1)
  • 306. 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 Extinction Peak the burning rate decreases as all combustible materials is consumed. Temperatures of gases decrease, until fire extinguishes. 306 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 307. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 307 Curve d’incendio nominali
  • 308. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 308 3.6.1.5.1. Incendio di progetto
  • 309. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 309 3.6.1.1. Definizioni (2)
  • 310. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 310 3.6.1.1. Definizioni (3)
  • 311. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 311 3.6.1.2. Richieste di prestazioni
  • 312. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 312 3.6.1.3. Classi di resistenza al fuoco
  • 313. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 313 3.6.1.4. Criteri di progettazione
  • 314. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 314
  • 315. • 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) 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 315 Analisi di singole membrature della struttura
  • 316. (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. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 316 Analisi di parti della struttura
  • 317. • 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. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 317 Analisi della struttura intera
  • 318. 3.6.1.5. Procedura di analisi di resistenza al fuoco 318 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 319. 3.6.1.5.2. Analisi dell’evoluzione della temperatura 319 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 320. 3.6.1.5.3. Analisi del comportamento meccanico 320 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 321. 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); 321 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 322. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 322 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)
  • 323. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 323 Verification of fire resistance (R-safe) R = structural resistance T = temperature t = time Rfi,d,t Efi,requ,t
  • 324. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 324 Verification of fire resistance (R-fail) R = structural resistance T = temperature t = time Efi,requ,t Rfi,d,t Failure !
  • 325. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 325 Verification of fire resistance (t) R = structural resistance T = temperature t = time Efi,requ,t Rfi,d,t Failure ! tfi,d ≥ tfi,requ
  • 326. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 326 Verification of fire resistance (T) R = structural resistance T = temperature t = time Efi,requ,t Rfi,d,t Failure ! Td ≤ Tcr
  • 327. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 327 Esempio elementare
  • 328. #4 328 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 329. #1 329 Scenario n Scenario n° °1 1 Scenario n Scenario n° °2 2 Scenario n Scenario n° °3 3 Scenario n Scenario n° °4 4 Scenario n Scenario n° °1 1 Scenario n Scenario n° °2 2 Scenario n Scenario n° °3 3 Scenario n Scenario n° °4 4 329 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 330. Initial deformed shape Initial deformed shape: Scenario 1 Initial deformed shape: Scenario 2 Initial deformed shape: Scenario 3 Initial deformed shape Initial deformed shape: Scenario 1 Initial deformed shape: Scenario 2 Initial deformed shape: Scenario 3 330 PSA - caratteristiche azione incendo 21-Mar-23
  • 331. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 331 Levels of Structural Crisis Usual ULS & SLS Verification Format Structural Robustness Assessment 1st level: Material Point 2nd level: Element Section 3rd level: Structural Element 4th level: Structural System
  • 332. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 332
  • 333. 21-Mar-23 PSA - caratteristiche azione incendo 333
  • 334. PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO A.A. 2022/23: caratteristiche dell’azione incendio Prof. Ing. Franco Bontempi Docente di TEORIA E PROGETTO DI PONTI – GESTIONE DI PONTI E GRANDI STRUTTURE – PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale Università degli Studi di Roma La Sapienza franco.bontempi@uniroma1.it