La valutazione della sicurezza strutturale in caso d’incendio è spesso limitata alla verifica locale della resistenza al fuoco degli elementi, trascurando il comportamento globale della struttura e il rischio di collasso sproporzionato. L’articolo affronta il tema della robustezza strutturale in incendio attraverso l’analisi quantitativa di un caso reale, sviluppata nell’ambito della fire safety engineering mediante l’utilizzo di curve naturali tempo–temperatura. 

La modellazione dell’incendio consente di valutare l’influenza della ventilazione e del carico d’incendio sulla distribuzione delle temperature agenti sulle strutture, evidenziando come scenari realistici possano determinare condizioni termiche significativamente diverse da quelle assunte nei modelli nominali. I risultati mostrano che la valutazione prestazionale della risposta termica rappresenta uno strumento efficace per prevenire il collasso globale e per progettare la resistenza al fuoco come prestazione strutturale, coerente con gli obiettivi di sicurezza del codice di prevenzione incendi.

 

         

Incendio e comportamento globale della struttura

Il tema della robustezza strutturale in caso d’incendio è spesso affrontato in modo indiretto, attraverso la verifica della resistenza al fuoco dei singoli elementi strutturali. Tuttavia, come mostrano numerose analisi avanzate e casi reali, il rischio più significativo in condizioni di incendio non è il superamento di una classe di resistenza nominale, ma l’innesco di meccanismi di collasso globale dovuti alla perdita di coerenza del comportamento strutturale nel suo insieme.

 

 

La fire safety engineering consente di affrontare questo tema in modo quantitativo, integrando la modellazione dell’incendio con la valutazione delle temperature effettivamente agenti sulle strutture. In questo contesto, l’uso delle curve naturali di incendio rappresenta uno strumento fondamentale per comprendere se e come l’evento incendio possa compromettere la robustezza globale del sistema strutturale.

L’articolo presenta e contestualizza i risultati di un’analisi quantitativa reale, sviluppata su un edificio caratterizzato da carichi di incendio ridotti e da una configurazione architettonica complessa, con particolare attenzione agli effetti della ventilazione sommitale e alla distribuzione delle temperature sulle strutture.

 

Curve naturali come strumento di valutazione della robustezza

Uno degli aspetti più delicati nella valutazione del comportamento strutturale in incendio è il ruolo della ventilazione.

La presenza di aperture superiori può innescare il cosiddetto effetto camino, favorendo l’ingresso di ossigeno e massimizzando lo sviluppo dell’incendio. In molti casi progettuali, questa condizione viene assunta implicitamente come scenario più gravoso.

Nel caso analizzato, l’attività presenta valori di carico d’incendio particolarmente contenuti. L’analisi quantitativa è stata sviluppata valutando l’ipotesi di canale di ventilazione sommitale chiuso, al fine di comprendere se tale configurazione potesse comportare un aggravio delle condizioni termiche agenti sulle strutture e, di conseguenza, un incremento del rischio di collasso globale.

La modellazione fluidodinamica ha dimostrato che l’assenza del canale di ventilazione sommitale impedisce l’attivazione dell’effetto camino, limitando l’apporto di ossigeno e contenendo lo sviluppo dell’incendio. Questo aspetto risulta centrale nella valutazione della robustezza strutturale, poiché influenza direttamente il campo termico a cui sono sottoposti gli elementi portanti.

La robustezza strutturale in incendio non può essere valutata attraverso temperature nominali uniformi. È necessario analizzare la distribuzione reale delle temperature nello spazio e nel tempo, in particolare in prossimità degli elementi strutturali più sensibili.

  

  

Nel caso in esame, la modellazione ha previsto l’inserimento di una serie di sensori di temperatura distribuiti lungo l’altezza delle strutture, in prossimità dei pilastri e della volta. La disposizione dei sensori è riportata nelle figure di riferimento, che mostrano chiaramente la logica di controllo del campo termico in corrispondenza delle zone strutturalmente più rilevanti.

Le curve naturali tempo-temperatura ottenute consentono di valutare se le temperature raggiunte siano tali da compromettere la capacità portante globale della struttura o da innescare meccanismi di collasso progressivo.

 

Scenario di incendio e risposta termica delle strutture

L’analisi quantitativa è stata sviluppata considerando differenti configurazioni di carico combustibile, al fine di valutare la sensibilità della risposta strutturale allo scenario di incendio. In ciascun caso, l’obiettivo non è stato quello di verificare una classe di resistenza al fuoco, ma di misurare il campo di temperatura a ridosso delle strutture.

Le curve di temperatura registrate dai sensori a diverse quote mostrano un andamento coerente e progressivo, con valori che aumentano con l’altezza ma rimangono contenuti rispetto alle temperature implicite nelle curve nominali standard.

 

 

  

  

Questi risultati sono particolarmente significativi perché mostrano come, anche in presenza di uno scenario di incendio realistico, le temperature agenti sulle strutture non siano tali da compromettere la robustezza globale del sistema.

   

Robustezza strutturale e prevenzione del collasso globale

La valutazione della robustezza strutturale non si esaurisce nella verifica della temperatura massima raggiunta, ma richiede una lettura complessiva del comportamento strutturale. In presenza di temperature contenute e distribuite in modo non uniforme, la struttura è in grado di attivare meccanismi di redistribuzione delle sollecitazioni, evitando crisi improvvise.

Nel caso analizzato, l’andamento delle curve naturali mostra che le temperature più elevate si concentrano nelle zone superiori, mentre gli elementi strutturali principali mantengono condizioni termiche compatibili con un comportamento meccanico progressivo. Questo aspetto è determinante per la prevenzione del collasso globale, poiché consente alla struttura di tollerare deformazioni e perdite locali di rigidezza senza evolvere verso meccanismi sproporzionati.

Il ruolo della fire safety engineering nella valutazione reale del rischio è fondamentale. L’analisi quantitativa sviluppata dimostra come la fire safety engineering consenta di superare valutazioni conservative non giustificate, fornendo una misura reale del rischio strutturale in incendio. L’uso delle curve naturali permette di dimostrare che, in presenza di carichi di incendio ridotti e in assenza dell’effetto camino, le condizioni termiche non subiscono un aggravio tale da richiedere un incremento delle prestazioni di resistenza al fuoco.

Questo approccio risulta particolarmente efficace per edifici complessi, dove l’adozione indiscriminata di classi di resistenza elevate non garantisce necessariamente un incremento della robustezza globale, ma può anzi mascherare i reali meccanismi di crisi.

I risultati dell’analisi si inseriscono in modo coerente nel più ampio quadro della progettazione prestazionale della resistenza al fuoco. La valutazione quantitativa delle temperature agenti sulle strutture consente di verificare che il comportamento globale della struttura rimanga coerente con gli obiettivi di sicurezza, senza la necessità di interventi generalizzati o sovradimensionamenti non giustificati.

In questo senso, la robustezza strutturale diventa una prestazione verificabile, non un concetto astratto, e la fire safety engineering si conferma come strumento essenziale per la prevenzione del collasso globale in incendio.

 

Conclusioni

L’analisi quantitativa basata su curve naturali dimostra che la valutazione della robustezza strutturale in incendio deve essere condotta su basi fisiche e non tabellari. Nel caso reale analizzato, l’assenza dell’effetto camino e i bassi valori di carico d’incendio determinano condizioni termiche che non compromettono la stabilità globale della struttura.

La fire safety engineering consente di dimostrare questo risultato in modo oggettivo e verificabile, fornendo al progettista strumenti concreti per prevenire il collasso globale e progettare strutture realmente sicure in condizioni di incendio.

Si ringrazia SAFETY FIRE per la gentile collaborazione

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FAQ TECNICHE

1. In che cosa la robustezza strutturale in incendio differisce dalla resistenza al fuoco?

La resistenza al fuoco valuta la capacità dei singoli elementi strutturali di mantenere portanza, integrità e isolamento per un tempo prefissato secondo curve nominali. La robustezza strutturale in incendio, invece, riguarda il comportamento globale della struttura sotto azione termica e la sua capacità di evitare collassi sproporzionati o progressivi. Una struttura può rispettare una classe di resistenza al fuoco senza garantire un comportamento globale sicuro, se la perdita di coerenza strutturale innesca meccanismi di collasso.

2. Perché le curve nominali non sono sempre rappresentative dello scenario reale di incendio?

Le curve nominali assumono condizioni standardizzate e conservative, indipendenti da carico d’incendio reale, ventilazione e geometria del compartimento. Nell’articolo analizzato, la modellazione FSE mostra che scenari con carichi di incendio ridotti e ventilazione limitata generano campi termici significativamente inferiori a quelli impliciti nelle curve nominali. L’uso esclusivo di curve standard può quindi portare a valutazioni non aderenti al comportamento reale della struttura in incendio.

3. Qual è il ruolo della ventilazione nella valutazione del collasso globale?

La ventilazione influisce direttamente sull’apporto di ossigeno e sullo sviluppo dell’incendio. In particolare, la ventilazione sommitale può innescare l’effetto camino, aumentando le temperature e la severità dell’evento. Nel caso studio, l’assenza del canale di ventilazione impedisce l’attivazione dell’effetto camino, limitando lo sviluppo termico dell’incendio. Questo aspetto risulta determinante nella valutazione della robustezza strutturale e del rischio di collasso globale.

4. Perché la temperatura massima non è sufficiente per valutare il rischio strutturale in incendio?

Il rischio strutturale non dipende solo dal valore massimo di temperatura raggiunto, ma dalla sua distribuzione spaziale e temporale e dall’interazione con gli elementi portanti. Temperature non uniformi e progressivamente distribuite consentono alla struttura di attivare meccanismi di redistribuzione delle sollecitazioni. L’articolo evidenzia come la lettura del campo termico globale sia essenziale per comprendere se l’incendio possa innescare meccanismi di collasso sproporzionato.

5. Quando è giustificato l’uso della Fire Safety Engineering per la valutazione strutturale?

L’approccio Fire Safety Engineering è giustificato quando lo scenario reale di incendio si discosta dalle ipotesi standard o quando è necessario valutare la sicurezza globale della struttura. Edifici con geometrie complesse, carichi di incendio contenuti o condizioni di ventilazione particolari richiedono una valutazione prestazionale. In questi casi, la FSE consente di quantificare il campo termico reale e di verificare la robustezza strutturale senza ricorrere a sovradimensionamenti non giustificati.

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Riferimenti bibliografici

In questo capitolo vengono riportati i punti della normativa presa a riferimenti (DM 18 ottobre 2019) con lo scopo di inquadrare la metodologia di progettazione prestazionale.

La progettazione si basa sulle normative italiane riguardanti la Resistenza al Fuoco e la Compartimentazione, inquadrate nella più ampia legislazione relativa alle strategie antincendio. È stata prestata notevole attenzione anche alle normative statunitensi, le quali, ad oggi, costituiscono il riferimento legislativo di maggiore avanguardia.

• Rivista Antincendio, articolo “La valutazione della resistenza al fuoco con la curva dell'incendio naturale. Il ruolo dei sistemi di protezione“ di Daniele Andriotto, Giovanni Cosma, Luciano Nigro.
• INGENIO Articolo" Resistenza al fuoco: il livello di prestazione II in soluzione alternativa
• Rivista Antincendio, articolo “Resistenza al fuoco: l’impatto della Circolare DCPREV 9962 sulla progettazione secondo il Codice di Prevenzione Incendi “Marco Antonelli, Daniele Andriotto, Diego Cecchinato.
• Rivista Antincendio, articolo “Il collasso controllato in caso di incendio” di Daniele Andriotto, Enrico Ricciardi.