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Ad una prima osservazione superficiale l’incendio non sembra obbedire ad una legge precisa, sembra piuttosto che si sviluppi in forma disordinata, incoerente e spesso imprevedibile. In realtà, pur essendo l’incendio un fenomeno complesso, è sottoposto a regole ben definite, anche se, per la presenza di numerosi fattori di difficile valutazione, che ne condizionano il processo di sviluppo, può essere posto ed inquadrato scientificamente. L’incendio
parametri fondamentali in un incendio • Il potere calorifico; • il carico di incendio; • il fattore di ventilazione; • la velocità di combustione; • la temperatura della fiamma; • la durata dell’incendio.
Il potere calorifico • Il potere calorifico è la quantità di calore che si sviluppa nella reazione di combustione
Il fattore di ventilazione • Il fattore di ventilazione dipende da: • somma delle aperture di ventilazione del locale • dall’altezza media dello stesso, • dalla superficie totale (pareti, pavimento e soffitto) • Tali parametri sono in relazione tra loro empiricamente
IL carico d’incendio • q = (gi X hi) / (4400 X S) • q = il carico di incendio riferito all’unità di superficie espresso in kg/m2 • gi = il peso in kg dei vari materiali combustibili • hi = i rispettivi poteri calorifici superiori in kcal/kg • S = la superficie in m2 del compartimento.Il compartimento è uno spazio delimitato da strutture taglia-fuoco.
La velocità della combustione • Questa velocità è influenzata da molti fattori quali: • il tipo di combustibile, • il rapporto aria/combustibile, • la temperatura, la pressione • e le condizioni del flusso. • Generalmente la velocità di combustione viene misurata come quantità di combustibile che brucia nell’unità di tempo cioè in kg/min.
Temperatura della fiamma • Il calcolo della temperatura reale di una fiamma è molto difficile • la temperatura “teorica”della fiamma che corrisponde alla temperatura che si otterrebbe se la combustione avvenisse istantaneamente, senza perdite di calore all’intorno.
La durata di un incendio • Fattore importantissimo e caratterizzante l’incendio è la sua durata. Per una data costruzione, sottoposta ad incendio, con gradienti di termici relativamente modesti, e con coefficienti di apporti d’aria poco variabili, la velocità di combustione differisce molto poco.
Comportamento al fuoco ei materiali • Insieme di trasformazioni fisiche e chimiche di un materiale o di un elemento da costruzione sottoposto all'azione del fuoco. Il comportamento al fuoco comprende la resistenza al fuoco delle strutture e la reazione al fuoco dei materiali.
Significato della resistenza al fuoco • La resistenza al fuoco può definirsi come la capacità portante dell’elemento strutturale in questione in presenza sia di carichi termici che di carichi statici.
Resistenzaalfuoco dellestrutture • Per soddisfare il requisito essenziale “Sicurezza in caso di incendio” la recente direttiva europea sui materiali da costruzione richiede come primo obiettivo che la capacità portante dell’edificio possa essere garantita per un periodo di tempo determinato. • il criterio di valutazione della sollecitazione termica adottato può variare da paese a paese. • La legislazione italiana basa la sua richiesta di prestazione dei componenti strutturali sul criterio che la durata dell’incendio sia proporzionale al carico di incendio.
R resistenza meccanica E tenuta ai gas e fumi I isolamento REI: 15-30-45-60-90-120-180-240
compartimento • AREA DELIMITATA DA STRUTTURE TAGLIAFUOCO : • MURI • PORTE • SOLETTE
La resistenza al fuoco dell’acciaio da costruzione • Nell’ambito dei materiali da costruzione, al fine di accrescere la sicurezza degli edifici, la resistenza al fuoco e le proprietà antisismiche sono requisiti che rivestono un ruolo sempre più di primo piano. • Norma UNI 9503
Curva tempo temperatura codificata: programma termico applicato nei laboratori di resistenza al fuoco
EFFETTI DELLA TEMPERATURA SULL’ACCIAIO Grafico 20 Diagramma carico-deformazione nella prova di trazione di acciaio dolce alle temperature di 20 °C, 100 °C, 200 °C, 300°, 400 °C, 500 °C
Il fattore di massività • E’ IL RAPPORTO CHE C’E’ TRA LA SUPERFICIE ESPOSTA AL FUOCO DELL’ELEMENTO ED IL SUO VOLUME • OVVERO S/V QUINDI M-1 • UN FATTORE DI MASSIVITA’ MOLTO ALTO DI UN PROFILO METALLICO COMPORTA UN INNALZAMENTO RAPIDO DELLA TEMPERATURA NELLO STESSO DURANTE UN INCENDIO
Prospetto delle temperature di elementi di acciaio non protetti ed esposti al fuoco Rappresentazione della funzione della temperatura /fattore di massività per tempi di esposizione al fuoco di 15, 30, 45 e 60 min.
La resistenza al fuoco degli elementi costruttivi in legno • Malgrado il legno sia un buon combustibile, la velocità di propagazione di un eventuale processo di carbonizzazione è piuttosto lenta e gli elementi costruttivi in legno, se ben dimensionati, possono resistere per un certo tempo ben calcolabile. • Mediamente la velocità di carbonizzazione, sia verificata sperimentalmente in laboratorio, che dedotta dalle risultanze delle analisi di incendi reali, è di 0,6 0,7 mm/min.
Le caratteristiche meccaniche del legno sottoposto a carichi termici • Esperienze effettuate consentono di affermare che la temperatura negli strati immediatamente sottostanti, lo strato carbonizzato non raggiunge i 100 °C il che lascia pressoché inalterate le caratteristiche meccaniche del legno.
Andamento qualitativo delle temperature in un elemento in legno lamellare esposto al fuoco.
Calcolo della resistenza al fuoco del legno • Il metodo di calcolo della resistenza al fuoco, secondo le norme UNI 9504 (10.4.1989), degli elementi costruttivi in legno prevede. • - la determinazione della velocità di penetrazione della carbonizzazione; • - la determinazione della sezione efficace ridotta; • - la velocità della capacità portante allo stato limite ultimo di collasso, secondo il metodo semiprobabilistico agli stati limite nella sezione efficace ridotta più sollecitata. • Con riferimento al metodo semiprobabilistico agli stati limite, sono individuati: • - valori caratteristici delle proprietà meccaniche e della velocità di penetrazione della carbonizzazione, determinati con prove normalizzate; • - valori di calcolo che si ottengono dai valori caratteristici dividendoli, rispettivamente, per i coefficienti parziali di sicurezza 1,4 e 0,80. In alternativa all’introduzione dei suddetti coefficienti parziali, si possono utilizzare come valori di calcolo quelli riportati nel prospetto di cui al punto 8.2.2. della norma.
L’effetto del calore sui materiali • L’incendio provoca la combustione degli oggetti costituiti da sostanze combustibili, la rottura di quelli fragili al calore (vetri), e l’accensione di alcune materie plastiche, la fusione di alcuni metalli (stagno, piombo, zinco, alluminio ecc.).
L’effetto del calore sulle pietre artificiali • Le pietre artificiali di cemento, di pomice, di scorie e i calcestruzzi cellulari non subiscono alterazioni apprezzabili, tranne lievi sfaldamenti superficiali, anche sotto l’azione dell’acqua di estinzione.
L’effetto del calore sul gesso e calce • Il gesso, che è solfato di calcio biidrato CaSO4·2H2O, ha un comportamento al calore caratteristico: a 128°C evapora una molecola e mezza d’acqua d’idratazione molecolare, a 163°C la residua mezza molecola. Durante la trasformazione di fase le temperature restano costanti. • Le malte di calce ordinaria sotto l’azione del calore svolgono anidride carbonica assorbendo calore, quelle di cemento liberano acqua di idratazione molecolare.
L’effetto del calore sulle pietre naturali • A cominciare dagli strati più esterni, possono essere decomposte dal calore, che può spezzarle. I graniti si possono sfaldare sia per effetto delle diverse dilatazioni dei vari componenti sia per la presenza del quarzo che mostra una dilatazione lungo l’asse di cristallizzazione principale, all’incirca metà, di quella nel piano ad esso perpendicolare. Le arenarie si possono sfaldare secondo piani perpendicolari al flusso termico. Le pietre artificiali di cemento, di pomice, di scorie e i calcestruzzi cellulari non subiscono alterazioni apprezzabili, tranne lievi sfaldamenti superficiali, anche sotto l’azione dell’acqua di estinzione.
L’effetto del calore sul calcestruzzo • Il comportamento al calore dei calcestruzzi varia a seconda della composizione della natura degli aggregati (silicei, calcarei, basaltici, ecc.) della gralunometria, del grado di costipamento, ecc • La resistenza a compressione diminuisce con l’aumentare della temperatura; a 600°C essa è solo il 45% di quella originaria e praticamente si annulla intorno ai 1.000°C,. Il modulo di elasticità si dimezza a 200°C, scende al 15% a 400°C, e si riduce al 5% soltanto a 600°C.
La chimica e fisica del fuoco Il triangolo del fuoco
LA COMBUSTIONE • Il termine indica un rapido processo di ossidazione che avviene con emissione di luce e di calore, durante il quale l’energia chimica si degrada essenzialmente in energia termica. Generalmente quando si parla di combustioni ci si riferisce a reazioni di ossidazione mediante ossigeno, ma vanno considerate come combustioni anche ossidazioni rapide che hanno luogo anche in assenza di questo gas ( ad esempio l’idrogeno brucia in ambiente di cloro, dando acido cloridrico).
Il triangolo della combustione è in realtà un tetraedro combustibile comburente catalisi temperatura
Catalisi • in chimica, fenomeno per cui quantità anche minime di una determinata sostanza, detta catalizzatore, aumentano (catalisi positiva) o diminuiscono (catalisi negativa) la velocità di una reazione chimica senza apparentemente prendervi parte
Campo d’infiammabilità • Insieme di valori che rappresentano le concentrazioni di una sostanza combustibile in aria compresi tra due punti detti limite inferiore e limite superiore, all’interno dei quali la miscela è potenzialmente infiammabile o esplosiva. • Il campo di infiammabilità viene comunemente espresso in percentuale ed assume valori diversi tra sostanza e sostanza. Sotto il limite inferiore la miscela viene definita povera, mentre oltre il limite superiore satura.
Temperatura di Infiammabilità/temperatura di Accensione • Per temperatura d’infiammabilità si intende la temperatura alla quale una sostanza emette vapori che in presenza di aria possono dar luogo ad un miscela infiammabile. • Per temperatura d’accensione si intende la temperatura alla quale la miscela infiammabile si accende anche senza la presenza di un innesco.
Campo di infiammabilità, temperatura d’infiammabilità, temperatura d’accensione
PRODOTTI DELLA COMBUSTIONE • I principali gas sono: • Anidride carbonica • Ossido di carbonio • Idrogeno solforato • Anidride solforosa • Acido cianidrico • Acido cloridrico • Vapori nitrosi • Ammoniaca • Acroleina • Fosgene
Effetti dei gas ossido di carbonio è un gas che si forma in grande quantità e costituisce il pericolo maggiore. carboossiemoglobina L’ anidridecarbonica si forma in grande quantità ed è un gas asfissiante. asfisia L'idrogeno solforato è un gas con un caratteristico odore di uova marce. Ad alte concentrazioni attacca il sistema nervoso provocando affanno e successivamente il blocco della respirazione. L'ammoniaca è un gas che si forma per la combustione di materiali contenenti azoto (plastiche) In concentrazioni elevate produce spasmo della glottide e successivo soffocamento.
Effetti dei gas l’acidocloridrico è un gas che si forma per la combustione di materiali contenenti cloro come la maggior parte dei materiali plastici. Una concentrazione di 1500 p.p.m. è fatale in pochi minuti. Il fosgene è un gas che si forma per la combustione di materiali contenenti cloro. (Co + Cl) Penetra anche attraverso la pelle L'aldeide acrilica è un gas che si forma per la combustione di materiali derivati dal petrolio, grassi, olii. Concentrazioni superiori a 10 p.p.m. possono essere mortali. Effetto sinergico
Effetti di alcuni gas sull’uomo in funzione delle concentrazioni e in funzione dei tempi di esposizione
L’acqua • L’acqua è l’estinguente per antonomasia, conseguentemente alla facilità con cui può essere reperita a basso costo. La sua azione si esplica con le seguenti modalità: • abbassamento della temperatura del combustibile per assorbimento del calore; • azione di soffocamento per sostituzione dell’ossigeno con il vapore acqueo; • diminuzione delle sostanze infiammabili solubili in acqua fino a renderle non più tali; • L’uso dell’acqua quale agente estinguente è consigliato per combustibili solidi, con esclusione delle sostanze incompatibili quali i metalli alcalini come sodio o potassio che a contatto con l’acqua liberano idrogeno e i carburi che liberano acetilene. L’acqua risultando un buon conduttore di elettricità non è impiegabile su impianti ed apparecchiature in tensione.
Gas inerti • I gas inerti, utilizzati per la difesa dagli incendi di ambienti chiusi, sono generalmente l’anidride carbonica e in misura minore l’azoto. La loro presenza nell’aria riduce la concentrazione del comburente fino ad impedire la combustione (soffocamento). L’anidride carbonica non risulta tossica per l’uomo, è un gas più pesante dell’aria, perfettamente dielettrico, normalmente conservato come gas liquefatto sotto pressione. Essa produce, anche un’azione estinguente per raffreddamento dovuta all’assorbimento del calore generato dal passaggio della fase liquida alla fase gassosa.
