Modellazione fluidodinamica dell’incendio in un magazzino automatico

Analisi del comportamento delle strutture metalliche sottoposte all’azione dell’incendio e tecniche di controllo del collasso con la gerarchia delle resistenze: modelli di trasmissione del calore e verifiche sperimentali

MAGAZZINI AUTOMATIZZATI: VANTAGGI ED OPPORTUNITÀ

Anche in Italia si sta ampiamente diffondendo l’installazione di magazzini automatizzati per la logistica, realizzati con strutture metalliche autoportanti, prive di adeguato requisito di resistenza al fuoco in rapporto ai carichi d’incendio allocati.

Si tratta generalmente di strutture di grandi dimensioni, con volumi che superano spesso i 100'000 m³ e di altezza anche maggiore di 30 m (Figura 1).

Le scaffalature metalliche, a schema modulare e con struttura a telaio controventato, sono poste in file alternate da corridoi dove scorrono su rotaie i traslo-elevatori per la movimentazione dei pallet di varie dimensioni.

In base alle esigenze, i vani di carico degli scaffali possono ospitare uno o più pallet, sia affiancati che infilati in sequenza.

Una centrale di controllo gestisce automaticamente il sistema di identificazione e movimentazione dei pallet in ingresso ed in uscita dal magazzino.

In genere il magazzino automatico si interfaccia e “dialoga” sia con il sistema di gestione della produzione aziendale, per l’invio delle materie prime e la ricezione dei prodotti finiti, sia con il reparto spedizioni da cui provengono le materie prime e verso il quale si indirizzano i carichi di prodotto finito da spedire.

La movimentazione all’interno del magazzino prosegue anche quando la produzione e le spedizioni sono ferme, per ottimizzare gli spazi di stoccaggio e preparare i materiali per il giorno successivo.

All’interno di questi magazzini non è prevista la presenza di personale, se non per le saltuarie operazioni manutentive, a macchine ferme.

Le caratteristiche di elevata automazione ed interconnessione tra produzione, stoccaggio e spedizioni conferiscono ai nuovi magazzini automatici i requisiti di investimento che permettono di beneficiare delle agevolazioni fiscali di super e iper ammortamento previste dal Piano nazionale Impresa 4.0 (già Industria 4.0) varato dal Ministero dello sviluppo economico.

Figura 1 – Esempio di magazzino automatizzato

PROBLEMATICHE DI PREVENZIONE INCENDI

Dal punto di vista edilizio i magazzini automatizzati sono delle macchine costituite da scaffali metallici autoportanti e sistemi per la movimentazione ed il controllo; la struttura viene rivestita con un involucro leggero (pannelli sandwich) con funzione di protezione del contenuto, ma quasi sempre privo di requisiti di resistenza strutturale, sismica e al fuoco.

Si può depositare ogni tipo di materiale, se ben confezionato e imballato rigidamente su pallet di dimensioni standard; esistono anche magazzini climatizzati e refrigerati.

La frequente presenza di materiali combustibili e dei relativi imballi in cartone, plastica e legno determinano spesso un carico d’incendio specifico, a magazzino pieno, che raggiunge valori estremamente elevati (dell’ordine di 20’000-50’000 MJ/m²), tali da essere incompatibili con la massima classe di resistenza al fuoco raggiungibile o sostenibile per una struttura metallica.

Questa vulnerabilità si scontra con la necessità di collocare i magazzini automatizzati all’interno delle zone industriali-artigianali ed in prossimità o adiacenza con i reparti produzione e/o spedizione occupati dai lavoratori.

In caso di incendio incontrollato, l’inevitabile crollo del magazzino potrebbe coinvolgere gli edifici adiacenti in un pericoloso effetto domino determinato sia dall’altezza del magazzino che dall’intensa potenza di irraggiamento emessa su un ampio fronte di incendio; infatti il cedimento e distacco dei pannelli di rivestimento del magazzino trasformerebbe in breve tempo lo scenario in un incendio all’aperto di enormi dimensioni.

Dal punto di vista progettuale queste installazioni possono essere progettate adottando il cosiddetto livello di prestazione I della strategia antincendio “S.2 - Resistenza al fuoco”, ai sensi del D.M. 03/08/2015 – Codice di prevenzione incendi.

Tale impostazione consente di accettare il collasso strutturale del magazzino in caso di incendio, a condizione che venga garantita l’assenza di conseguenze esterne a seguito del crollo e sia assicurata prioritariamente la salvaguardia dei lavoratori presenti negli edifici circostanti.

Il tutto indipendentemente dalla presenza di impianti di estinzione manuali o automatici a protezione del magazzino.

In assenza di altri vincoli, deve essere quindi interposta una distanza di separazione tra il magazzino e le altre opere da costruzione almeno pari all’altezza della costruzione, verificando comunque gli effetti del potenziale irraggiamento prodotto dall’incendio, che potrebbero determinare un ulteriore incremento della distanza di separazione da imporre.

È evidente che, a tali condizioni, i magazzini automatici non troverebbero facile collocazione in un contesto aziendale che necessita di edifici adiacenti e comunicanti.

SOLUZIONI ALTERNATIVE: IL CONTROLLO DEL COLLASSO STRUTTURALE

Ma il Codice di prevenzione incendi offre l’opportunità di adottare “soluzioni alternative” per analizzare ed introdurre meccanismi di collasso strutturale che possano scongiurare le interferenze con gli edifici più prossimi in caso di incendio.

Queste verifiche devono essere condotte con riferimento agli scenari di incendio di progetto ed ai relativi incendi convenzionali di progetto rappresentati dalle curve naturali di incendio, come previsto al paragrafo S.2.6 del Codice.

Al fine di dimostrare il raggiungimento del collegato livello di prestazione il progettista deve impiegare uno dei metodi di cui al paragrafo G.2.6.

Partendo dalla caratterizzazione e stima dei carichi d’incendio, dalla curva di rilascio della potenza termica e dalle velocità di sviluppo dell’incendio dei materiali più significativi che si prevede di stoccare nel magazzino, si stimano i requisiti del focolaio da applicare agli scenari critici per ricavare la distribuzione delle temperature e le modalità di propagazione dei fumi all’interno del magazzino.

Nei casi più frequenti il bruciatore inserito nella simulazione è di tipo superficiale, con potenza di emissione dell’ordine di 300 kW/m²; vengono analizzati diversi scenari d’incendio con altrettante posizioni di innesco dei pallet; tra questi vengono selezionati gli scenari più critici, sui quali si approfondiscono le analisi.

Si utilizza il noto software di modellazione fluidodinamica di campo FDS del NIST, la cui validazione internazionale ne ha ormai confermato l’affidabilità per questo tipo di verifiche (Figura 2).

Figura 2 – Analisi fluidodinamica dell’incendio con FDS

Dalle analisi termo-fluidodinamiche relative agli scenari d’incendio più critici si ottengono le curve che rappresentano l’andamento nel tempo delle temperature all’interno del magazzino.

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L'articolo continua con la trattazione dei seguenti paragrafi:

• LA GERARCHIA DELLE RESISTENZE
• CONTRIBUTO E INTERFERENZA DEI SISTEMI DI PROTEZIONE ATTIVA
• INFLUENZA DELLE MODALITÀ DI CARICO DEI PALLET
• SOLUZIONI INNOVATIVE E MODELLI DI CALCOLO
• CAMPAGNA SPERIMENTALE DI VALIDAZIONE DEI MODELLI
• CONCLUSIONI