Fire Safety Engineering e resistenza al fuoco delle strutture: simulazione dell’incendio e verifica strutturale in un caso reale

La progettazione della resistenza al fuoco delle strutture è spesso basata su classi prescrittive e curve nominali che semplificano la complessità degli incendi reali. L’approccio della Fire Safety Engineering consente invece di analizzare scenari di incendio realistici attraverso simulazioni fluidodinamiche (CFD) e analisi termo-strutturali FEM. L’articolo presenta un caso applicativo in cui la modellazione dell’incendio, la definizione delle curve naturali di temperatura e la verifica strutturale vengono integrate con la strategia di esodo. Ne emerge un metodo progettuale che permette di valutare in modo ingegneristico le prestazioni al fuoco delle strutture, evitando sovradimensionamenti e garantendo coerenza con gli obiettivi del Codice di prevenzione incendi.

Progettazione della resistenza al fuoco tra metodo prescrittivo e Fire Safety Engineering

La resistenza al fuoco delle strutture continua a essere, nella pratica progettuale italiana, uno degli ambiti più frequentemente trattati in modo prescrittivo e, allo stesso tempo, uno dei meno verificati in termini di coerenza fisica con lo scenario di incendio reale.

L’attribuzione diretta di classi di resistenza al fuoco basate su tabelle normative, sebbene formalmente conforme, tende a semplificare un fenomeno complesso, trasformando una prestazione strutturale in un requisito statico e decontestualizzato.

La Fire Safety Engineering consente di superare questo limite, restituendo centralità alla relazione tra incendio, ambiente costruito e risposta strutturale. Attraverso la modellazione quantitativa dell’incendio e l’analisi termo-strutturale avanzata, la resistenza al fuoco può essere progettata come prestazione verificata, coerente con gli obiettivi di sicurezza del Codice di Prevenzione Incendi.

Progettazione antincendio: dalla classe prescrittiva allo scenario di incendio

Nel metodo tradizionale, la verifica della resistenza al fuoco presuppone implicitamente uno scenario di incendio standard, rappresentato da curve nominali tempo-temperatura. Questo approccio non tiene conto della geometria reale dell’edificio, delle condizioni di ventilazione, della distribuzione del carico di incendio e della localizzazione del focolaio.

L’approccio prestazionale ribalta questa logica: il punto di partenza non è la classe R da assegnare, ma la definizione dello scenario di incendio di progetto. La resistenza al fuoco diventa così una conseguenza dell’analisi, non un dato imposto a priori.

Modellazione CFD dell’incendio per la simulazione termo-fluidodinamica degli ambienti

La valutazione quantitativa dello scenario di incendio viene sviluppata mediante modellazione fluidodinamica tridimensionale.

Il modello geometrico dell’edificio, ricostruito in modo semplificato ma rappresentativo, costituisce il dominio computazionale all’interno del quale viene simulata la propagazione dei prodotti della combustione e del calore.

Il dominio computazionale include le principali strutture portanti, le superfici di compartimentazione e le aperture di ventilazione. L’incendio è modellato tramite un focolaio di progetto caratterizzato da una crescita nel tempo fino al raggiungimento di una potenza massima, definita in modo coerente con il quadro normativo.

La simulazione fluidodinamica consente di determinare il campo di temperatura all’interno dell’ambiente e la sua evoluzione temporale, superando l’ipotesi semplificativa di una temperatura uniforme.

Definizione dello scenario di incendio e curva di potenza

Lo scenario di incendio viene definito considerando una sorgente di calore rappresentativa delle condizioni più gravose, con sviluppo iniziale rapido e potenza termica significativa. La curva HRR (Heat Release Rate) costituisce l’input fondamentale della simulazione CFD.

L’andamento della potenza nel tempo evidenzia una fase iniziale di crescita seguita dal raggiungimento del valore massimo, garantendo condizioni conservative per la valutazione della risposta strutturale.

Curve naturali di incendio e distribuzione reale delle temperature nell’edificio

Uno dei principali risultati della modellazione CFD è la determinazione delle curve naturali di temperatura. A tal fine, nel modello vengono inseriti sensori di temperatura in posizioni significative, a diverse quote dal piano di riferimento, in prossimità degli elementi strutturali.

Le curve tempo-temperatura restituite mostrano un andamento fortemente dipendente dalla quota e dalla distanza dal focolaio. Le temperature registrate risultano significativamente inferiori rispetto a quelle implicite nelle curve nominali standard, pur in presenza di uno scenario di incendio severo.

Queste curve costituiscono l’input reale per la successiva analisi strutturale in condizioni di incendio.

Visualizzazione del campo termico

Per una comprensione globale della distribuzione delle temperature, il modello restituisce sezioni bidimensionali del campo termico, che permettono di individuare le zone maggiormente sollecitate e quelle marginalmente interessate dall’azione dell’incendio.

Queste rappresentazioni evidenziano come l’azione termica sia fortemente localizzata e non uniforme, confermando l’inadeguatezza di un approccio basato su temperature nominali uniformi.

I sensori distribuiti sui vari elementi strutturali definiscono le curve naturali nei vari punti del volume interno e caratterizzano il reale stress termico sulle strutture portanti del fabbricato. Questo è il valore di input per l’analisi di Resistenza al Fuoco.

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FAQ TECNICHE

Come si definisce lo scenario di incendio nella Fire Safety Engineering?
Nella Fire Safety Engineering lo scenario di incendio viene definito partendo dall’analisi del compartimento, del carico di incendio e delle condizioni di ventilazione. Il parametro principale è la curva di potenza termica dell’incendio (HRR – Heat Release Rate), che descrive l’evoluzione nel tempo della potenza rilasciata dal focolaio. Questo parametro costituisce l’input principale per le simulazioni CFD che consentono di valutare temperature, flussi termici e propagazione dei fumi all’interno dell’ambiente.

Che differenza c’è tra curva nominale e curva naturale di incendio?
Le curve nominali sono modelli standardizzati tempo-temperatura utilizzati nelle verifiche prescrittive della resistenza al fuoco. Le curve naturali invece derivano dalla simulazione dello scenario reale di incendio e tengono conto della geometria del compartimento, del carico di incendio e della ventilazione. Per questo motivo le temperature ottenute possono essere molto diverse da quelle delle curve standard.

Qual è il ruolo della simulazione CFD nella progettazione antincendio?
La simulazione CFD consente di analizzare la dinamica dell’incendio e la distribuzione delle temperature e dei fumi all’interno degli ambienti. Attraverso modelli tridimensionali è possibile valutare la propagazione dei prodotti della combustione e individuare le condizioni termiche che interessano gli elementi strutturali e le vie di esodo.

Come viene eseguita l’analisi strutturale in condizioni di incendio?
L’analisi strutturale viene sviluppata tramite modelli FEM termo-strutturali che considerano la variazione delle proprietà meccaniche dei materiali con la temperatura. Nel caso delle strutture in acciaio si fa riferimento alle relazioni contenute nell’Eurocodice 3 parte 1-2, che definiscono la riduzione della resistenza e del modulo elastico in funzione della temperatura.

Cosa significa il criterio ASET > RSET?
Il criterio ASET > RSET è utilizzato per verificare la sicurezza dell’esodo.
ASET (Available Safe Escape Time) rappresenta il tempo disponibile prima che le condizioni ambientali diventino critiche per le persone.
RSET (Required Safe Escape Time) rappresenta il tempo necessario per evacuare l’edificio.
La sicurezza è garantita quando il tempo disponibile è maggiore del tempo richiesto.