Applicare soluzioni alternative con la Fire Safety Engineering: il caso di una cartiera.

di Filippo Battistini, FSE progetti.

Introduzione 

Il DM 3 agosto 2015, meglio noto come Codice di Prevenzione Incendi sta rivoluzionando il modo di fare progettazione. Questo decreto è ufficialmente diventato il primo sponsor dell’approccio ingegneristico in Italiainizialmente con le attività non normate verticalmente e man mano con quelle dotate di regola tecnica verticale. Le soluzioni alternative che si possono adottare per ogni strategia antincendio rendono l’efficacia della Fire Safety Engineering sempre più evidente, e sempre più il cliente finale ha la sensazione di sostenere spese utili ad innalzare la sicurezza, avendo modo di vedere gli effetti di tutto quello che si progetta. In questo articolo vedremo applicata la Regola Tecnica Orizzontale (RTO) ad una cartiera, la quale come facilmente immaginabile, è caratterizzata da carichi di incendio elevati e superfici in pianta considerevoli.

Il caso studio

Figura 1. Area produttiva.
L’edificio oggetto di progettazione è impegnato nella produzione di carta e cartone nel settore dell’imballaggio a partire da carta da macero e fanghi. Oltre all’attività principale, consistente nella produzione di carta, viene svolta la messa in riserva e recupero di rifiuti non pericolosi, nello specifico carta da macero e fanghi derivanti dall’industria cartaria che vengono utilizzati nella preparazione del cartone. 

All’interno dello stabilimento, esistente dal 1956 e la cui ultima ristrutturazione sostanziale risale al 1995, si possono distinguere le seguenti principali destinazioni d’uso: un capannone sede delle attività di produzione della carta (macchina continua, magazzini stoccaggio prodotto finito), un piazzale per lo stoccaggio della carta da macero e rifiuti, un magazzino/deposito coperto per lo stoccaggio della carta da macero, l’impianto di depurazione, una centrale di cogenerazione alimentata a gas metano, un’area di distribuzione carburante, un’area destinata a parcheggio auto, edifici sedi di uffici, abitazione e spogliatoi. Lo stabilimento è inoltre attraversato da un elettrodotto da 380 KV.

Figura 2. Magazzino.

Strategia S.2 Resistenza al fuoco

Ci troviamo di fronte ad una configurazione particolare, l’edificio infatti nelle aree adibite a stoccaggio, in accordo alla soluzione conforme per il livello di prestazione III, è caratterizzato da un carico d’incendio estremamente elevato, tanto che pur prevedendo l’impianto di protezione attiva del tipo a sprinkler, la classe di riferimento risultava essere R120. Questo requisito ha creato subito un notevole problema, le strutture non proprio moderne e prevalentemente in acciaio non possedevano caratteristiche simili. L’approccio classico avrebbe previsto l’applicazione di elementi protettivi, come vernici intumescenti e/o pannelli resistenti al fuoco, ma questa soluzione era decisamente troppo onerosa per il cliente finale.

Si è optato quindi per percorrere la soluzione alternativa in Fire Safety Engineering, dimostrando che le strutture, sottoposte alla sollecitazione dell’incendio reale, con l’attivazione dell’impianto sprinkler a controllo erano in grado di soddisfare il requisito richiesto dal livello di prestazione.

Strategia S.3 Compartimentazione

Anche in questo caso, la configurazione era davvero particolare: gli impianti, le macchine e la natura dei muri divisori dell’attività rendevano estremamente complesso ed oneroso garantire la compartimentazione in accordo alla soluzione conforme per il livello di prestazione II. Anche in questo caso si è deciso di percorrere la soluzione alternativa, avvalendosi delle potenzialità dell’ingegneria antincendio coadiuvata dall’applicazione di norme tecniche internazionali.

Nella fattispecie si è fatto ricorso alla compartimentazione a “lama d’acqua” citata nella NFPA 13 come “Water Curtains”. Questa soluzione ha un duplice beneficio: garantire la compartimentazione all’interno dell’attività e limitare l’irraggiamento della stessa verso gli edifici adiacenti.

Strategia S.4 Esodo

Il layout peculiare di questa attività condiziona anche l’esodo, essendo in alcuni locali presente la linea produttiva continua, si trovano percorsi di esodo decisamente elevati, nell’ordine dei 100m. 

La soluzione conforme per il livello di prestazione I non consentiva la regolarizzazione dell’attività in termini di lunghezza massima dei corridoi ciechi e lunghezza massima dei percorsi, pur incrementandoli con i coefficienti dovuti alla presenza di locali con altezza non trascurabile e sistema EFC. Anche in questo caso si è deciso di percorrere la soluzione alternativa, a mezzo dell’approccio ingegneristico per la verifica dell’esodo ASET-RSET.

La metodologia prestazionale del capitolo M.2

Figura 3. Soluzioni alternative per l’esodo.
La metodologia prestazionale parte con l’inquadramento generale del problema antincendio da risolvere, in questo caso il quaderno tecnico contiene il riassunto delle strategie alternative applicate, i locali nelle quali si applicano,l’individuazione degli scenari di incendio e i livelli di prestazione da garantire. Per questa specifica attività sono stati individuati 12 scenari di incendio, alcuni con lo scopo peculiare di verificare l’esodo (quelli con rateo di crescita più rapido) e alcuni per la resistenza al fuoco delle strutture (con potenza sviluppata più alta). Tra questi, ve ne è anche uno caratterizzato da un pool-fire a seguito di perdita di olio, con intervento dell’impianto a soppressione a schiuma. La fase successiva è stata quella di individuare gli scenari di incendio di progetto, che sono stati poi oggetto di analisi quantitativa, precisamente ne sono stati individuati 8.
Figura 4. Soluzioni alternative per la resistenza al fuoco.

Livelli di prestazione per l’esodo degli occupanti

In relazione agli obiettivi di sicurezza individuati abbiamo indicato quali sono i parametri significativi presi a riferimento per garantire il soddisfacimento degli stessi obiettivi. I parametri che abbiamo considerato utilizzando le norme BS 7974, PD 7974-6, ISO 13571 e ISO/TR 16738, e valutati a 1,8m da terra sono stati:

  • visibilità: 10 m (z=1,8m)
  • temperatura: 60 °C (z=1,8m)
  • irraggiamento: 2,5 kW/mq (z=1,8m)

Per l’incertezza dei modelli di calcolo ad oggi sviluppati si è ritenuto doveroso trascurare i valori di FED.

Livelli di prestazione per la resistenza al fuoco delle strutture 

Le strutture in acciaio, risentono prevalentemente della temperatura massima raggiunta, in quanto possiedono una bassissima inerzia termica, e trascurabile gradiente all’interno della sezione. Si sono posizionate sonde di temperatura in corrispondenza degli elementi con la quale abbiamo ottenuto la temperatura sviluppata all’interno del locale.

Scenario di incendio tipo

Al fine di definire il valore di ASET caratteristico dello scenario, sono stati inseriti i dati di input, che hanno generato la seguente curva di rilascio termico:

Figura 6. La curva RHR sviluppata.

Sono state disposte sonde lungo le vie d’esodo per studiare l’andamento nel tempo della visibilità, delle temperature e dei valori di irraggiamento.

Figura 7. Visibilità in pianta a 1,8m.

 

Figura 8. Stratificazione dei fumi.

 

Figura 9. L’innesco.

 

Figura 10. L’incendio localizzato nell’area produttiva.

La progettazione prestazionale per la salvaguardia della vita M3

La progettazione di un sistema d’esodo deve assicurare agli occupanti la possibilità di raggiungere un luogo sicuro in sicurezza. Questo è dunque il primo criterio da impiegare per la maggior parte degli occupanti dell’attività.

Figura 11. ASET-RSET.
Esistono situazioni ove il criterio non è applicabile, in particolare per gli occupanti che si trovano nel compartimento di primo innesco dell’incendio. 

Per quanto riguarda ciò, la norma introduce il criterio ASET > RSET. La progettazione prestazionale del sistema di vie d’esodo consiste sostanzialmente nel calcolo e nel confronto tra due intervalli di tempo così definiti: 

• ASET tempo disponibile per l’esodo (available safe escape time); 
• RSET tempo richiesto per l’esodo (required safe escape time)

Scenario di esodo tipo

In questo caso specifico, nell’intera attività è previsto il sistema di rilevazione ed allarme incendio ad attivazione immediata con tempo di rilevazione 60sec e tempo di allarme nullo. L’attività di pre-movimento, quella di più difficile valutazione è stata calcolata in accordo alla normativa ISO/TR 16738 inquadrandola come attività di tipo A1 B2 M2 caratterizzando quindi un tempo di ricognizioni pari a 180sec. Per quanto riguarda il tempo di movimento si è impiegato il modello idraulico modellando l’edificio in 3D in scala reale, inserendo il reale affollamento (sia in termini di numero che di layout) all’interno dell’edificio. 

Figura 12. La modellazione di esodo.

Verifica sistema d’esodo

Calcolato i valori di RSET necessari all’esodo, e i valori di ASET disponibili nel caso di incendio degli scenari di incendio ipotizzati, si è proseguito alla verifica di raggiungimento del livello di prestazione “salvaguardia della vita”.

Verifica di resistenza al fuoco

Sono state inserite sonde di temperatura in corrispondenza degli elementi portanti, al fine di ottenere curve tempo-temperatura da incendio naturale. La struttura in acciaio da verificare, essendo tale, non risentiva dell’andamento della temperatura nel tempo, ma della sola Temperatura massima raggiunta. In questo caso si raggiungono temperature medie massime contenute, a seguito dell’intervento dell’impianto sprinkler, e dello smaltimento del fumo da parte delle aperture presenti sulle pareti perimetrali.

Figura 13. Sezione longitudinale, le temeprature.
Figura 14. Sezione trasversale, le temperature.

Conclusioni

Con l’utilizzo delle soluzioni alternative è stato possibile dimostrare il raggiungimento di idonei livelli di sicurezza antincendio nei locali e compartimenti, entro i quali, le soluzioni conformi non erano applicabili.Per quanto riguarda la sicurezza degli occupanti sono state eseguite le verifiche di ASET-RSET dimostrando che per tutti gli scenari di progetto ipotizzati (selezionati tra quelli di incendio) gli occupanti possono abbandonare l’edificio senza subire danni. Si sono dimostrate estremamente efficaci le aperture prive di serramento con funzione di EFC presenti su tutto l’edificio analizzato. 

Per quanto riguarda le modellazioni di incendio naturale, si è potuto calcolare le temperature realmente sviluppate all’interno dei locali, dimostrando l’efficacia degli impianti di protezione attiva sprinkler a controllo. 

È stato inoltre verificato che, la compartimentazione multipiano tra locale produzione al piano terra, locale produzione a piano interrato e officina, garantisce il soddisfacimento dei livelli di prestazione, sia di resistenza al fuoco che di esodo degli occupanti. 

Le ipotesi iniziali sulla scelta degli scenari di incendio, così come quelle sugli scenari di progetto analizzati sono supportati da considerazioni ingegneristico- gestionali coordinate con i responsabili dell’attività, i quali avranno la responsabilità di adottare tutte le misure di gestione individuate nel G.S.A. allegato, al fine di garantire il mantenimento nel tempo dei livelli di sicurezza antincendio individuati. 

Nel caso venissero realizzate modifiche al layout produttivo alle quantità dei materiali stoccati, saranno necessari aggiuntive modellazioni avanzate di incendio al fine di valutare un eventuale rischio addizionale, proponendo quindi le relative azioni compensative.