L'articolo descrive l'applicazione della progettazione antincendio prestazionale (Fire Safety Engineering) secondo il DM 03/08/2015 e il Codice di prevenzione incendi, attraverso il caso studio di un magazzino automatico frigorifero con struttura portante in acciaio.

In presenza di vincoli che rendono impraticabile la soluzione conforme — impossibilità di installare sprinkler e di garantire distanze di separazione — è stata sviluppata una soluzione alternativa per la strategia S.2 Resistenza al fuoco, livello di prestazione I.

Attraverso simulazioni CFD con software FDS, calibrate con un'analisi di sensibilità della mesh e validate secondo ASTM E1355 e ISO 23932, e una successiva analisi termo-strutturale agli elementi finiti secondo gli Eurocodici, sono stati verificati la dinamica di collasso implosivo della struttura e il cimento termico su un manufatto adiacente, dimostrando il raggiungimento degli obiettivi di sicurezza con un approccio prestazionale strutturato.

Quando lo sprinkler non basta: i limiti della soluzione conforme nei magazzini automatici frigoriferi

Il Codice di prevenzione incendi, introdotto con il DM 03/08/2015 e successive modifiche e integrazioni, ha aperto in Italia la strada a un approccio alla progettazione antincendio che affianca alle soluzioni conformi — tabellari, prescrittive, di rapida applicazione — la possibilità di sviluppare soluzioni alternative attraverso un metodo ingegneristico quantitativo. Questo approccio, noto come Fire Safety Engineering (FSE), non è una scorciatoia per aggirare la norma, ma uno strumento che entra in gioco proprio quando la soluzione conforme non è tecnicamente o economicamente praticabile.

È il caso, piuttosto frequente nella logistica industriale, dei magazzini automatici verticali (MAV) destinati allo stoccaggio di prodotti surgelati. Si tratta di strutture che possono superare i 25-30 metri di altezza, nelle quali la struttura portante è costituita direttamente dalle scaffalature metalliche autoportanti, sulle quali sono fissati i pannelli di tamponamento e copertura. In un edificio di questo tipo, installare un impianto sprinkler tradizionale comporta costi difficilmente sostenibili, mentre le distanze di separazione richieste dalla norma per il collasso strutturale spesso non sono garantibili per la posizione dei fabbricati esistenti.

In un caso analizzato di recente — un complesso logistico dedicato al deposito di prodotti alimentari surgelati, con una cella frigorifera automatizzata operativa a -25°C e un tunnel aereo di collegamento a 0°C verso lo stabilimento esistente — proprio questi vincoli hanno reso necessario lo sviluppo di una soluzione alternativa per la strategia S.2 Resistenza al fuoco, con l'obiettivo di dimostrare, con un livello di prestazione I, l'assenza di conseguenze esterne in caso di collasso strutturale.

Dalla soluzione conforme alla soluzione alternativa: il percorso normativo

Il DM 03/08/2015 struttura la progettazione prestazionale in due fasi distinte e sequenziali, entrambe necessarie per costruire una soluzione alternativa solida e verificabile.

Analisi preliminare: dal contesto agli scenari di progetto

La prima fase, l'analisi preliminare, è quella in cui il professionista antincendio definisce lo scopo della progettazione — destinazione d'uso, pericoli di incendio connessi, vincoli progettuali, caratteristiche degli occupanti e delle strutture — per poi tradurre gli obiettivi di sicurezza in soglie di prestazione quantitative e qualitative. È in questa fase che vengono identificati gli scenari di incendio possibili e, tra questi, selezionati gli scenari di incendio di progetto: i più gravosi, quelli che rappresentano per l'attività un livello di rischio non inferiore a quello descritto dall'insieme di tutti gli scenari possibili.

Nel caso in esame, a partire da un numero elevato di scenari di incendio individuati nell'area di stoccaggio e nel tunnel di collegamento, il processo di selezione ha portato a isolare quattro scenari di progetto, scartando tutti quelli ritenuti equi-gravosi o meno gravosi rispetto a questi. Due scenari — posizionati al piede della struttura metallica, uno in posizione angolare e uno centrale — sono stati scelti per verificare la dinamica di collasso implosivo del magazzino. Un terzo scenario, localizzato nel tunnel in posizione centrale rispetto ai telai in acciaio, è stato selezionato per verificare il cimento termico sulla struttura del manufatto di collegamento. Un quarto scenario, corrispondente a un incendio generalizzato dell'intero magazzino in condizione post-collasso, è stato utilizzato per valutare il cimento termico sulle pareti di separazione del tunnel sopra i locali tecnici sottostanti.

Analisi quantitativa: dai modelli di calcolo alla verifica

Nella seconda fase, l'analisi quantitativa, gli scenari di progetto vengono modellati con strumenti di calcolo analitici o numerici, per confrontare gli effetti calcolati con le soglie di prestazione stabilite nella fase preliminare. Solo le soluzioni progettuali che rispettano tutte le soglie di prestazione, per ogni scenario di progetto, possono essere considerate accettabili.

Codice di prevenzione incendi - DM 03/08/2015
Il decreto, insieme alle sue successive modifiche e integrazioni, definisce in Italia la metodologia della progettazione antincendio prestazionale: individuazione degli obiettivi di sicurezza, selezione degli scenari di incendio di progetto, definizione delle soglie di prestazione, modellazione degli effetti e confronto dei risultati con le soglie di accettabilità.
Consulta il testo del decreto

Le soglie di prestazione: cosa deve essere dimostrato

Per le strutture in acciaio, prive di significativa inerzia termica, la soglia di prestazione più rilevante riguarda la temperatura massima raggiunta nel tempo dagli elementi strutturali. Nel caso analizzato sono state posizionate sonde di temperatura in corrispondenza degli elementi strutturali da verificare, in modo da mappare il campo termico e fornire un input corretto alla successiva verifica strutturale agli Eurocodici.

Per limitare la propagazione dell'incendio tra elementi vicini, in accordo al Codice di prevenzione incendi, è stata inoltre fissata una soglia di irraggiamento pari a 12,6 kW/m², cautelativa per qualsiasi tipologia di materiale imballato, e una soglia di temperatura dei fumi pari a 230°C. Per il cimento termico sulle pareti del tunnel, la soglia di prestazione richiedeva il mantenimento di una temperatura inferiore a 140°C per tutta la durata dell'incendio, alle diverse altezze della parete di separazione.

La modellazione CFD con FDS: dall'ipotesi al risultato

Le simulazioni sono state condotte con metodologia avanzata, mediante modelli di campo, utilizzando il software Fire Dynamics Simulator (FDS) versione 6.10.1, ricostruendo la geometria reale dell'edificio in un modello 3D e posizionando le sonde di temperatura in corrispondenza degli scenari di progetto individuati.

FDS e la sua validazione (ASTM E1355 / ISO 23932)
Il codice ASTM E1355 definisce la validazione di un modello di simulazione di incendio come il processo di determinazione della precisione dei risultati ottenuti quando il modello è applicato a un uso specifico, distinguendo tra verifica (correttezza della soluzione delle equazioni) e convalida (adeguatezza delle equazioni rispetto al fenomeno fisico). FDS è considerato validato in quanto la sua incertezza è stata quantificata da NIST e da altri enti di ricerca per un ampio ventaglio di applicazioni.

Perché la mesh di calcolo non è un dettaglio tecnico

Uno degli aspetti metodologicamente più delicati di una modellazione CFD riguarda il dimensionamento della mesh di calcolo. Una mesh troppo grossolana rischia di non cogliere correttamente le dinamiche di rilascio della potenza termica e la stratificazione dei fumi; una mesh eccessivamente fine, al contrario, comporta un onere computazionale che cresce nell'ordine della quarta potenza per ogni grado di raffinamento, senza necessariamente restituire risultati proporzionalmente più accurati.

Per questo motivo, prima di procedere con le simulazioni degli scenari di progetto, è stata condotta un'analisi di sensibilità dedicata: tre modelli identici per geometria, aperture di ventilazione e potenza del focolare (7 MW, dominio 20x10x10 m) sono stati confrontati variando esclusivamente il passo della mesh — 50x50 cm, 25x25 cm e 12,5x12,5 cm.

Il confronto ha mostrato che, rispettando i criteri di dimensionamento indicati dal manuale FDS, i risultati non dipendono in modo significativo dalla dimensione della griglia, purché questa sia correttamente proporzionata alla potenza dell'incendio: raffinare ulteriormente la mesh, oltre un certo limite, non restituisce valori sensibilmente più corretti.

Il dimensionamento definitivo è stato quindi calcolato per ciascuno scenario di progetto sulla base del diametro caratteristico del fuoco (D*), funzione della potenza termica massima sviluppabile, del calore specifico e della densità dell'aria e della temperatura ambientale, adottando un rapporto D/dx compreso tra 4 e 16 come indicato dalla guida del software.

In pratica, per ogni scenario sono state utilizzate tre zone di mesh differenziate: una mesh "fine" nell'intorno dell'innesco e lungo lo sviluppo dell'incendio, una mesh "moderate" nella porzione di volume non direttamente coinvolta dal plume, e una mesh "coarse" nelle aree marginali. Per lo scenario più gravoso, con una potenza termica massima di circa 1.474 MW, la mesh fine è arrivata a 25 cm di lato lungo l'intero sviluppo della parete analizzata.

La curva di rilascio termico

Per lo scenario di collasso implosivo, la curva di rilascio termico (RHR) è stata costruita assumendo una potenza per unità di superficie di 500 kW/m² e una velocità di crescita ultra-rapida, con tempo caratteristico di 75 secondi, fino a un rilascio termico massimo di circa 1.474 MW.

Per lo scenario di incendio generalizzato post-collasso, non essendo definibile con esattezza la configurazione del materiale combustibile residuo dopo il collasso strutturale, è stato adottato — a favore di sicurezza — un elemento bruciatore esteso all'intera area di stoccaggio, con un'altezza pari a metà di quella del magazzino, in modo da rappresentare in modo cautelativo il cimento termico nella fase successiva al collasso.

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FAQ finali

Che cos'è la progettazione antincendio prestazionale secondo il DM 03/08/2015?

È un approccio alla sicurezza antincendio che, in alternativa alle soluzioni conformi tabellari, consente di dimostrare il raggiungimento degli obiettivi di sicurezza attraverso un'analisi ingegneristica quantitativa: individuazione degli scenari di incendio di progetto, definizione delle soglie di prestazione, modellazione degli effetti e verifica dei risultati.

Quando conviene ricorrere a una soluzione alternativa invece che a una soluzione conforme?

Quando la soluzione conforme non è tecnicamente o economicamente praticabile: ad esempio quando non è possibile installare un impianto sprinkler senza costi eccessivi, oppure quando non si possono garantire le distanze di separazione richieste dalla norma per il collasso strutturale, come accade spesso nei magazzini automatici di grande altezza.

Che ruolo ha l'analisi di sensibilità della mesh in una simulazione CFD con FDS?

Serve a verificare che i risultati della simulazione non dipendano in modo eccessivo dalla dimensione della griglia di calcolo. Si confrontano più modelli identici variando solo il passo della mesh: se i risultati convergono, la mesh scelta per l'analisi definitiva può essere considerata adeguata, evitando sia errori di sottostima sia oneri computazionali superflui.

Cosa si intende per collasso di tipo implosivo e perché è importante verificarlo?

È la modalità di collasso strutturale in cui gli elementi cedono verso l'interno del volume, senza proiettare materiale o generare spinte verso l'esterno. Verificarne la dinamica, attraverso la modellazione degli effetti termici sulla struttura, consente di dimostrare l'assenza di conseguenze esterne pregiudizievoli per le opere e le aree circostanti, obiettivo tipico delle verifiche di livello di prestazione I per la resistenza al fuoco.

Come dialogano tra loro il modello CFD e il modello strutturale FEM?

Il modello CFD restituisce l'evoluzione nel tempo delle temperature nei punti mappati dalle sonde. Questi dati costituiscono l'input termico del modello strutturale agli elementi finiti, che tramite un'analisi dinamica non lineare a transitorio calcola la risposta della struttura — spostamenti, rotazioni, sollecitazioni — combinando l'azione termica con i carichi gravitazionali di progetto.

Perché è importante la validazione del modello di calcolo utilizzato?

Perché un modello CFD, per quanto sofisticato, resta un'approssimazione della realtà fisica. Fare riferimento a standard di validazione riconosciuti — come ASTM E1355 per la capacità predittiva dei modelli di incendio e ISO 23932 per la progettazione della sicurezza antincendio — permette di dimostrare che il modello utilizzato è appropriato per lo specifico scenario analizzato, rendendo l'analisi tecnicamente difendibile.

La verifica quantitativa esaurisce gli obblighi della progettazione prestazionale?

No. Il Codice di prevenzione incendi richiede anche la predisposizione di una gestione della sicurezza antincendio (GSA) che mantenga nel tempo le condizioni assunte negli scenari di progetto: formazione del personale, limitazioni di esercizio, controlli periodici, prove di evacuazione e procedure per gli interventi di manutenzione straordinaria.

Norme e riferimenti tecnici citati nell'articolo

• DM 03 agosto 2015 e s.m.i. — Approvazione di norme tecniche di prevenzione incendi (Codice di prevenzione incendi)
• DM 17/01/2018 — Norme tecniche per le costruzioni (NTC 2018)
• EN 1991-1-2 — Eurocodice 1: Azioni sulle strutture esposte al fuoco
• EN 1993-1-2 — Eurocodice 3: Progettazione delle strutture in acciaio esposte al fuoco
• ASTM E1355 — Standard Guide for Evaluating the Predictive Capability of Deterministic Fire Models
• ISO 23932 — Fire safety engineering — General principles
• ISO 16733-1:2020 — Fire safety engineering — Selection of design fire scenarios and design fires
• Fire Dynamics Simulator (FDS) — Technical Reference Guide, Volume 3: Validation