Impiego di un impianto a disponibilità superiore nella protezione antincendio di strutture in acciaio

Una delle novità delle Norme tecniche di prevenzione incendi, DM 03/08/2015 come aggiornato dal DM 18/10/2019, è il concetto di disponibilità superiore di sistemi o impianti di protezione attiva a servizio dell’attività.

Un sistema o impianto a disponibilità superiore, in particolare un impianto di spegnimento automatico dell’incendio, è un elemento di progetto che può ridurre in maniera significativa le richieste di prestazioni della resistenza al fuoco della struttura portante di un edificio.

È quindi importante affrontare con la dovuta attenzione questo aspetto del progetto antincendio, sia per quanto riguarda il progetto degli impianti che quello della struttura portante dell’attività e della sua compartimentazione.

Facendo riferimento ad un caso studio riportato nelle norma ISO/TR 24679-4 , riferito all’attività uffici in un edificio di grande altezza, in questo lavoro si è seguito un percorso progettuale coerente con le norme di prevenzione incendi vigenti, centrando l’attenzione sulla progettazione delle prestazioni di resistenza al fuoco della struttura portante di acciaio con i criteri previsti per le soluzioni alternative nel caso di impiego di un impianto di spegnimento automatico dell’incendio progettato con una maggiore affidabilità, in modo tale da renderlo a disponibilità superiore.

L’analisi è stata estesa, a scopo divulgativo e di indagine, anche ad un confronto con l’approccio previsto nell’ambito degli Eurocodici dalla norma EN 1991-1-2, che ha il vantaggio di offrire al progettista strutturale un criterio di progetto diretto, semplice e veloce.

Le Norme tecniche di prevenzione incendi sui sistemi a disponibilità superiore

Ai sensi delle Norme tecniche di prevenzione incendi [5], [6], la presenza di un sistema o impianto a disponibilità superiore a servizio di un’attività può ridurre significativamente il numero degli scenari di incendio che devono essere analizzati nella progettazione di una soluzione alternativa (scenari di incendio di progetto), nel caso in cui si riesca a dimostrare che gli scenari relativi all’evento di non funzionamento o di fallimento dell’impianto siano non significativi.

Per dimostrare tale caratteristica non bastano però previsioni progettuali generiche, definite al di fuori dell’applicazione dei metodi dell’ingegneria antincendio, ma deve essere condotta l’intera applicazione dell’analisi del rischio prevista da tale metodologia.

È bene infatti evidenziare che in una specifica progettazione non tutti i sistemi o impianti progettati per avere maggiore affidabilità saranno a disponibilità superiore, ma solo quelli che renderanno non credibili gli scenari d’incendio di progetto nei quali tali sistemi o impianti non sono funzionanti.

Quindi sistema o impianto a disponibilità superiore e scenari d’incendio di progetto non credibili, nei quali tali sistemi o impianti non sono funzionanti, sono due fattispecie biunivocamente legate: se una delle due non è vera, anche l’altra non lo è.

Alcune recenti pubblicazioni [29] non hanno inquadrato correttamente questo nuovo concetto presente nelle Norme tecniche di prevenzione incendi [5], [6], in quanto si afferma in maniera semplicistica e senza argomentazioni tecniche e analitiche adeguate “che finalmente può essere considerato un impianto “sempre funzionante” e pertanto non risulta più necessario considerare lo scenario di incendio in sua assenza (worst-case)”. 

Tale affermazione non è in assoluto errata, però trascura immotivatamente che il concetto di disponibilità superiore richiede, come già detto, delle valutazioni e delle analisi finalizzate a dimostrare la non credibilità degli scenari d’incendio di progetto associati al loro non funzionamento, che non sono invece neppure citate dagli autori.

Il caso studio: un edificio multipiano in acciaio adibito ad uffici

Si fa riferimento al caso studio già analizzato nella norma ISO/TR 24679-4 [1], oggetto di studio anche in un recente lavoro internazionale [12], che fornisce un’applicazione per la valutazione delle prestazioni di resistenza al fuoco della struttura portante in accordo alla norma ISO/DIS 24679-1 [2]. 

Si tratta di un edificio per uffici, di 15 piani, di altezza totale pari a 68,5 m, con struttura portante a telai in acciaio a momento resistente nelle due direzioni principali dell’edificio, progettato in zona sismica, nel quale le prestazioni di resistenza al fuoco R120 sono già state verificate tenendo conto del contributo di un sistema protettivo antincendio.
l piano tipo è suddiviso in due locali principali (XX01 e XX02), come rappresentato in Figura 1. Il piano oggetto di studio in [12] è il secondo, che presenta tassi di utilizzazione maggiori delle colonne.

Struttura dell’edificio ed elementi di separazione

La struttura dell’edificio è realizzata con telai in acciaio a momento resistente nelle due direzioni principali dell’edificio, completati con solai composti acciaio-calcestruzzo. 

Le partizioni di piano, rappresentate in Figura 4, sono realizzate sia con elementi aventi prestazioni di resistenza al fuoco (E, I) sia con elementi non aventi prestazioni di resistenza al fuoco. In particolare, la partizione che separa i due locali XX01 e XX02 non ha proprietà di resistenza al fuoco, mentre quella che divide i locali XX01 e XX02 dall’atrio ha una resistenza al fuoco classificata come EI 60.

Progettazione delle prestazioni di resistenza al fuoco: Soluzione alternativa

La progettazione delle soluzioni alternative viene eseguita tenendo conto dei diversi fattori che influenzano le caratteristiche di un possibile evento di incendio. Questo procedimento viene applicato individuando gli scenari di incendio di progetto, mediante i quali è possibile determinare gli incendi naturali di progetto.

Al fine di consentire la valutazione del progetto da parte delle competenti strutture dei Vigili del fuoco, le norme tecniche di prevenzione incendi [5], [6], indicano la procedura da seguire per definire gli scenari di incendio di progetto in caso di applicazione dei metodi dell’ingegneria della sicurezza antincendio. 

Questa procedura comprende l’identificazione, la selezione e la quantificazione degli scenari di incendio di progetto e, mediante lo studio di questi, la verifica del raggiungimento degli obiettivi di sicurezza antincendio prefissati. 

L’identificazione dei possibili scenari di incendio può essere condotta sviluppando uno specifico albero degli eventi a partire da ogni evento iniziatore pertinente e credibile. Nel presente caso studio il processo è svolto in maniera quantitativa, impiegando i dati statistici desunti dalla bibliografia di riferimento [3].

Tra i possibili scenari di incendio, in generale molti (teoricamente infiniti), il progettista antincendio seleziona i più gravosi tra gli scenari di incendio credibili [5], ottenendo così gli scenari di incendio di progetto. 

La selezione degli scenari di incendio di progetto è effettuata facendo riferimento all’albero degli eventi sviluppato. Essa deve essere tale che gli scenari di incendio di progetto rappresentino per l’attività un livello di rischio di incendio non inferiore a quello compiutamente descritto dall’insieme di tutti gli scenari di incendio. In tal modo le soluzioni progettuali, che sono dimensionate in al fine di verificare le soglie di prestazione richieste nell’ambito degli scenari di incendio di progetto, garantiscono i prefissati gradi di sicurezza anche nei confronti di tutti gli altri scenari di incendio.

In questa trattazione si adotta il criterio del Fire Risk Assessment (F.R.A.). La valutazione del rischio R connesso a ciascuno scenario di incendio è data dal prodotto della probabilità P di accadimento dello scenario per le conseguenze C che lo stesso scenario può provocare:

R=P∙C

Alla luce del nuovo requisito antincendio di sistema o impianto a “disponibilità superiore” previsto nella normativa tecnica nazionale, contenuto in [5], [6], può essere interessante per il progettista delle strutture valutare quali variazioni può comportare l’impiego di un tale impianto ai fini della selezione degli scenari di incendio di progetto eseguita per il progetto e la verifica delle prestazioni di resistenza al fuoco della struttura portante dell’edificio.

Nei paragrafi seguenti è considerato il caso in cui l’attività sia protetta, ai fini del controllo dell’incendio, mediante un impianto sprinkler a umido ordinario, ossia progettato conformemente alla normativa tecnica relativa all’impianto considerato, ed il caso in cui sia impiegato un impianto sprinkler a umido con maggiore affidabilità, che potrà essere o meno a disponibilità superiore, concentrando l’attenzione su quali siano le modifiche sugli scenari di incendio di progetto corrispondenti. 

Di seguito è riportato anche l’approccio di calcolo previsto negli Eurocodici (EN 1991-1-2 [24]), la cui applicabilità in ambito nazionale è regolata dalle Appendici Nazionali [26].

Selezione degli scenari di incendio di progetto (impianti di tipo ordinario)

Seguendo le indicazioni fornite dalla norma ISO 16732-1, tenendo conto delle misure di protezione attiva previste nell’attività, per il caso studio in oggetto è stato determinato l’albero degli eventi. 

Gli eventi principali individuati, che possono influenzare lo sviluppo dell’incendio, sono:

• soppressione manuale dell’incendio da parte degli occupanti, appena l’incendio si innesca (intervento manuale mediante estintori o impianto idrico antincendio da parte delle squadre di soccorso);
• attivazione dell'allarme (rilevatori di fumo e calore);
• attivazione dell’impianto sprinkler;
• controllo o spegnimento dell’incendio da parte dell’impianto sprinkler;
• efficacia della compartimentazione.

L’albero degli eventi che ne deriva considera la sequenza degli eventi che si possono verificare ed associa ad ogni evento una probabilità di verificarsi.

Le probabilità relative ai singoli eventi possono essere ricercate nei riferimenti bibliografici disponibili a livello internazionale. Di seguito sono riportati i riferimenti bibliografici utilizzati per la definizione delle probabilità (P) assegnate ad ogni evento del caso studio in oggetto:

• SFPE Handbook of Fire Protection [30];
• The European study into the Fire Risk to European Cultural Heritage (FiRE-TECH) [31]
• The British Standard BSI PD 7974-7, Probabilistic Risk Assessment [32]
• German guidelines "Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes" [4].

La probabilità di accadimento di ciascuno scenario di incendio si ottiene dal prodotto delle probabilità dei singoli eventi che caratterizzano lo scenario in oggetto.

Alle probabilità ottenute per ciascuno scenario di incendio devono essere associate le conseguenze, che, per il caso studio in argomento, focalizzato sulla sicurezza delle strutture in caso di incendio, possono essere quantificate in termini di danni alla costruzione, relative agli eventi che possono verificarsi. 

La valutazione delle conseguenze in termini di danni alla costruzione può essere fatta secondo varie metodologie, tra le quali:

• analisi qualitativa;
• analisi statistica semplificata;
• analisi quantitativa.

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Il presente articolo è frutto delle attività della Commissione per la Sicurezza delle Costruzioni di Acciaio in caso di Incendio.

Il Tavolo Tecnico-Scientifico permanente è stato istituito il 20 gennaio 2006 su iniziativa di Fondazione Promozione Acciaio e del Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco ed è finalizzato a valutare i risultati della ricerca nazionale ed europea, fornire strumenti appropriati all’organo di controllo per la valutazione della sicurezza delle strutture in acciaio e garantire l’aggiornamento professionale dei tecnici impegnati nell’attività di prevenzione incendi.