FSE – FIRE SAFETY ENGINEERING

20 Marzo 2024,

A cura di Ing. A. La Malfa, Ing. G. Basile, M. Antonelli

Pro Fire – Formazione Professionale Antincendio

direzione@pro-fire.org

La Fire Safety Engineering è definita come:

“Applicazione di principi ingegneristici, di regole e di giudizi esperti basati sulla valutazione scientifica del fenomeno della combustione, degli effetti dell'incendio e del comportamento umano, finalizzati alla tutela della vita umana, alla protezione dei beni e dell'ambiente, alla quantificazione dei rischi di incendio e dei relativi effetti ed alla valutazione analitica delle misure antincendio ottimali, necessarie a limitare entro livelli prestabiliti le conseguenze dell'incendio.”

[ISO/TR 13387]

Riferimenti normativi e definizioni

• ISO 23932:2009, FSE – General principles.
• ISO/TR 13387-1:1999 FSE – Part 1: Application of fire performance concepts to design objectives.
• BS 7974:2001 Application of FSE principles to the design of buildings – Code of practice.
• BS PD 7974-0:2002 Application of FSE principles to the design of buildings – Part 0: Guide to design framework and FSE procedures.
• SFPE Engineering Guide to Performance-Based Fire Protection, 2nd ed.,2007.
• Lett. circ. prot. n. 4921 del 17/7/2007: Direttive per l’attuazione dell’approccio ingegneristico

- Primi indirizzi applicativi.

• Lett. Circ. prot. n. DCPST/427 del 31/3/2008: Approccio ingegneristico - Trasmissione linee guida per l’approvazione dei progetti e della scheda rilevamento dati.
• DM 9 maggio 2007, Direttive per l'attuazione dell'approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio. (GU Serie Generale n.117 del 22-05-2007).
• Sezione M (M1, M2, M3) del Codice di Prevenzione Incendi DM 3 Agosto 2015.

Nello specifico:

DM 9 Maggio 2007 e Codice di Prevenzione Incendi

In Italia la metodologia prestazionale è stata intro-dotta con il D.M. 9 maggio 2007 “Direttive per l’attuazione dell’approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio”, in vigore dal 20/8/2007.

Il Decreto è formato da N°8 articoli che stabiliscono le procedure per l’approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio:

art. 1: Oggetto; art. 2: Campo di applicazione; art. 3: Domanda di parere di conformità̀  sul progetto; art. 4: Domanda di deroga; art. 5: Dichiarazione di inizio attività̀ ; art. 6: Sistema di gestione della sicurezza antincendio; art. 7: Osservatorio per l’approccio ingegneristico; art. 8: Disposizioni finali.

E un allegato tecnico suddiviso in 5 punti che indicano il processo di valutazione e progettazione nell’ambito dell’approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio. Si applica a insediamenti di tipo complesso o a tecnologia avanzata e in edifici di particolare rilevanza architettonica e/o costruttiva.

• Edifici pregevoli per arte o storia.
• Edifici ubicati in ambiti urbanistici di particolare specificità̀ .

Successivamente è stato chiarito che tale indicazione non deve essere intesa in senso limitativo, ma  vuole  indirizzare  l’uso  dello  strumento  prestazionale,  più  sofisticato  e  raffinato  e  quindi  più complesso e costoso, per la progettazione di attività per le quali può essere maggiormente valorizzato. Viene introdotto l’obbligo aggiuntivo di elaborare il programma per l’attuazione del sistema di gestione della sicurezza antincendio (SGSA). 

Successivamente è stata inserita nella Sezione M del “Codice di prevenzione incendi” di cui al

D.M. 3 agosto 2015, in vigore dal 18/11/2015:

• M1_Metodologia
• M2_Scenari di incendio
• M3_Salvaguardia della vita

A cosa serve la soluzione alternativa?

L’approccio alternativo consente una valutazione quantitativa del livello di sicurezza antincendio rispetto a prestabilite soglie prestazionali e prende come riferimento, ipotizzati scenari d’incendio ritenuti  ragionevolmente  credibili.  L’effetto di  ogni  misura  alternativa  può̀  essere  quantificato  e valutato attraverso l’uso di modelli rispetto a valori minimi delle prestazioni richieste. Si ha quindi un maggiore controllo del rapporto rischi/misure di sicurezza.

Col metodo FSE si possono risolvere due tipologie di problemi:

• SALVAGUARDIA DELLA VITA: Problema pre-flashover, dipende essenzialmente dal movimento di fumi e calore nell'edificio ed è legato in prima approssimazione all'HRR ed alla qualità del focolare.
• STABILITÀ STRUTTURALE: Problema post-flashover, dipende essenzialmente dal cimento termico della struttura ossia, dall'energia prodotta dall'incendio (carico d'incendio) e dalle condizioni di ventilazione.

Con la FSE e l’applicazione dell’approccio prestazionale, sarà possibile valutare:

• Il fenomeno dello sviluppo delle fiamme;
• la propagazione e la dispersione dei fumi;
• Il corretto funzionamento dei sistemi di rilevazione, allarme ed estinzione presenti nella struttura;
• Elementi strutturali e la compartimentazione alle alte temperature.

Modelli matematici

“La FSE è un progetto cucito addosso la struttura”

L’evoluzione dell’incendio nel tempo e nello spazio può essere determinata adoperando un’ampia varietà di modelli di calcolo: modello di campo FDS (simulatore dinamico degli effetti del fuoco, sviluppato e distribuito con la formula del pubblico dominio dal NIST (www.nist.gov). I modelli computazionali più utilizzati sono i modelli a zone e i modelli di campo.

(vedi articolo di 02/2024 su FDS https://www.pro-fire.org/articoli-tecnici/399-simulatore-fds-per-la-fire-safety-engineering-2 

Lo studio della FSE

l Codice, al capitolo M.1.2, specifica che l’approccio prestazionale si suddivide in due fasi:

Analisi preliminare: Individuazione delle condizioni più rappresentative di rischio dell’attività e i livelli di prestazione cui riferirsi in relazione agli obiettivi di sicurezza da perseguire. Una fase nella quale vengono esplicitati i passi che portano a fissare le principali condizioni di rischio al quale l’attività è soggetta;

Analisi quantitativa: fase nella quale, mediante l’utilizzo di modelli di calcolo, vengono eseguite analisi quali-quantitative degli effetti dell’incendio mettendoli in relazione con gli obiettivi da perseguire. I risultati ottenuti verranno confrontati con le soglie di prestazione già acquisite permettendo la definizione del progetto sarà sottoposto ad approvazione definitiva.

Le fasi

Analisi Preliminare:

Il professionista antincendio identifica e documenta i principali aspetti del progetto:

1. destinazione d'uso dell’attività̀ ;
2. caratteristiche degli occupanti in relazione alla tipologia di edificio ed alla destinazione d’uso prevista.
3. eventuali vincoli progettuali derivanti da previsioni normative o da esigenze peculiari dell’attività;
4. finalità̀  della progettazione antincendio prestazionale;

Successivamente si identificati ed esplicitati gli obiettivi di sicurezza antincendio in conformità alle vigenti disposizioni in materia di prevenzione incendi ed in relazione alle specifiche esigenze dell’attività in esame, ivi compresa la sicurezza delle squadre di soccorso.

In relazione agli obiettivi di sicurezza individuati, il progettista deve indicare quali sono i parametri significativi presi a riferimento per garantire il soddisfacimento degli stessi obiettivi. Gli obiettivi antincendio vengono tradotti in soglie di prestazione rispetto alle quali operare una valutazione quantitativa del livello di sicurezza antincendio. Tali soglie di prestazione devono poter essere utilizzate nella seconda fase della progettazione per discriminare in modo oggettivo le soluzioni progettuali che soddisfano gli obiettivi antincendio da quelle che invece non raggiungono le prestazioni richieste.

Infine, tramite lo sviluppo e l’individuazione degli scenari di incendio che vengono:

• Identificati
• Selezionati
• Quantificati

Il professionista antincendio deve specificare se lo scenario d’incendio ipotizzato sia relativo ad una condizione di pre-flashover oppure ad una condizione di post-flashover, a seconda dell’obiettivo da raggiungere.

Analisi Quantitativa:

l professionista antincendio elabora una o più̀  soluzioni progettuali per l'attività̀ , congruenti con le finalità̀  da sottoporre alla successiva verifica di soddisfacimento degli obiettivi di sicurezza antincendio. In questa fase il professionista antincendio calcola gli effetti che gli scenari d'incendio di progetto determinerebbero nell'attività̀  per ciascuna soluzione progettuale elaborata.

A tal fine il professionista antincendio impiega un modello di calcolo analitico o numerico: l’applicazione del modello fornisce i risultati quantitativi che consentono di descrivere l’evoluzione dell’incendio e dei suoi effetti sulle strutture, sugli occupanti o sull'ambiente, secondo le finalità̀  della progettazione.

Ottenuti i risultati della modellazione, si verifica il rispetto delle soglie di prestazione per le soluzioni progettuali per ciascuno scenario d'incendio di progetto. Le soluzioni progettuali che non rispettano tutte le soglie di prestazione per ogni scenario di incendio di progetto devono essere scartate.

Scenari di incendio

Gli scenari di incendio rappresentano la schematizzazione degli eventi che possono ragionevolmente verificarsi nell'attività̀  in relazione alle caratteristiche di:

• INCENDIO (FOCOLARE)
• ATTIVITA’(EDIFICIO)
• OCCUPANTI

Si  identificano  tutti  i  possibili  scenari  d’incendio  che  possono  svilupparsi  durante  la  vita  utile  dell’attività̀ , considerando tutte le condizioni di esercizio ragionevolmente prevedibili e si sviluppa successivamente uno specifico albero degli eventi a partire da ogni evento iniziatore pertinente e credibile.

Volendo schematizzare:

1. Identificazione configurazioni, allestimenti, layout,
2. Sviluppo albero degli eventi qualitativo o quantitativo,
3. Caratteristiche dell’incendio, attività e occupanti,
4. Scenario pre/post flashover,
5. Analisi storica dell’incendio: iniziazione, propagazione, impianti, azioni e occupanti (e squadre di soccorso).

Le soluzioni progettuali, nel rispetto delle soglie di prestazione richieste nell’ambito degli scenari d’incendio di progetto, garantiscono lo stesso grado di sicurezza anche nei confronti di tutti gli altri scenari d’incendio.

(NB. La selezione degli scenari d’incendio non dispone di un quadro normativo nazionale a cui fare riferimento. La NFPA 101 elenca scenari a cui si può fare riferimento).

Una volta definiti gli obiettivi della progettazione, si definisce la durata minima degli scenari: dall’evento iniziatore fino al momento in cui tutti gli occupanti dell’attività raggiungono o permangono in un luogo sicuro, oppure, dall’evento iniziatore fino all’arresto dell’analisi strutturale in fase di raffreddamento al momento in cui gli effetti dell’incendio sono ritenuti non significativi.

Valutazione delle soluzioni progettuali

STIMA DELLA CURVA RHR

La curva RHR si pone come uno dei modelli di descrizione disponibili attualmente dell’evoluzione temporale di una caratteristica rappresentativa di un incendio (la potenza) in determinate condizioni.

VALUTAZIONE DEL RISCHIO INCENDIO

(paragrafo G.2.6.1 dell’allegato al D.M. 18/10/2019)

Per ciascun compartimento antincendio in cui si articola l’attività soggetta ai controlli di prevenzione incendi, ai sensi del D.P.R. 151/2011, bisogna eseguire una specifica analisi sulle più severe ma credibili ipotesi d’incendio e procedere alla:

1. individuazione dei pericoli d’incendio (sorgenti d’innesco, carico incendio, formazione atmosfere esplosive, ecc.);
2. descrizione del contesto e dell’ambiente nei quali i pericoli sono inseriti (condizioni di accessibilità e viabilità, caratteristiche degli edifici, superfici, altezza, isolamento, superficie di ventilazione utile allo smaltimento di fumi e di calore, ecc.);
3. determinazione di quantità e tipologia degli occupanti esposti al rischio d’incendio (affollamento, anziani, ecc.);
4. individuazione dei beni esposti al rischio d’incendio (prodotto finito, macchinari, ecc.);
5. valutazione qualitativa o quantitativa delle conseguenze dell’incendio su occupanti, beni ed ambiente (effetti sull’organismo umano, danni a recettori sensibili, ecc.);
6. individuazione delle misure preventive che possano rimuovere o ridurre i pericoli che determinano rischi significativi (divieti, controlli, ecc.).

ATTRIBUZIONE DEI PROFILI DI RISCHIO

(paragrafo G.2.6.2 dell’allegato al D.M. 18/10/2019)

• Rvita, profilo di rischio relativo alla salvaguardia della vita umana;

• Rbeni, profilo di rischio relativo alla salvaguardia dei beni economici;

• Rambiente, profilo di rischio relativo alla tutela dell’ambiente dagli effetti dell’incendio.

PROFILO DI RISCHIO Rvita

PROFILO DI RISCHIO Rvita

STRATEGIA ANTINCENDIO

APPLICAZIONE DI TUTTE LE MISURE ANTINCENDIO

(paragrafo G.2.6.3 dell’allegato al D.M. 18/10/2019)

1. Reazione al fuoco;
2. Resistenza al fuoco;
3. Compartimentazione;
4. Esodo;
5. Gestione della sicurezza antincendio;
6. Controllo dell’incendio;
7. Rivelazione ed allarme;
8. Controllo di fumi e calore;
9. Operatività antincendio;
10. Sicurezza degli impianti tecnologici e di servizio.

ATTRIBUZIONE DEI LIVELLI DI PRESTAZIONE PER CIASCUNA MISURA ANTINCENDIO

(paragrafo G.2.6.4 dell’allegato al D.M. 18/10/2019)

Strategia antincendio “Resistenza al fuoco”

Strategia antincendio “Controllo dell’incendio”

INDIVIDUAZIONE DELLA SOLUZIONE PROGETTUALE

(paragrafo G.2.6.5 dell’allegato al D.M. 18/10/2019)

1. Le soluzioni progettuali conformi sono solo quelle proposte nei pertinenti paragrafi della sezione Strategia antincendio e delle regole tecniche verticali dell’allegato al D.M. 18/10/2019.
2. Il progettista che fa ricorso alle soluzioni progettuali alternative è tenuto a dimostrare il raggiungimento del collegato livello di prestazione, impiegando uno dei metodi di progettazione della sicurezza antincendio indicati nel paragrafo G.2.7.
3. soluzioni in deroga.

Nella quasi totalità dei casi, quando il professionista antincendio adotta una soluzione progettuale alternativa, per dimostrare il raggiungimento del livello di prestazione, impiega il metodo dell’ingegneria della sicurezza antincendio.

Sono numerosi i casi in cui, tramite la corretta applicazione del metodo dell’ingegneria della sicurezza antincendio, per il raggiungimento degli obiettivi di sicurezza antincendio stabiliti dalle vigenti diposizioni legislative, si consegue una razionalizzazione delle risorse disponibili con notevole risparmio degli investimenti da dedicare per conseguire una efficace sicurezza antincendio in un’attività soggetta ai controlli di prevenzione incendi ai sensi del decreto Presidente della Repubblica 01/08/2011 n° 151.

Nel seguito si indicano alcuni casi fra i più ricorrenti:

ESEMPIO 1 – STRATEGIA ANTINCENDIO CAPITOLO S.2

DELL’ALLEGATO AL D.M. 18/10/2019 – RESISTENZA AL FUOCO

Deposito isolato di materiali combustibili vari (l’opera da costruzione più vicina facente capo allo stesso responsabile dell’attività si trova a circa 30 m) con strutture in acciaio, avente superficie in pianta di 3500 m2 ed altezza massima al colmo di 10 m, posto ad una distanza minima di 6 m dal confine di proprietà e nel quale, in relazione ai quantitativi presenti ed alle misure di protezione antincendio e gestionali presenti, si realizza un valore del carico d’incendio specifico di progetto pari a 1150 MJ/m2.

ESEMPIO 2 – STRATEGIA ANTINCENDIO CAPITOLO S.3

DELL’ALLEGATO AL D.M. 18/10/2019 – COMPARTIMENTAZIONE

Edificio industriale avente superficie in pianta di 3000 m2 ed altezza massima al colmo di 11 m, che si trova sul lato ovest ad una distanza minima di 5 m da un altro edificio dello stesso complesso industriale afferente ad un unico responsabile dell’attività, dotato di aperture di ventilazione ricavate prevalentemente nella parte alta delle pareti; sul lato est, ad una distanza di 8 m dall’edificio, è presente un deposito esterno di pallet di legno che occupa una superficie in pianta di circa 300 m2. L’edificio è adibito a deposito di materiale cellulosico che, in relazione ai quantitativi presenti ed alle misure di protezione antincendio e gestionali presenti, realizza un valore del carico d’incendio specifico di progetto pari a 1250 MJ/m2.

ESEMPIO 3 – STRATEGIA ANTINCENDIO CAPITOLO S.4 

DELL’ALLEGATO AL D.M. 18/10/2019 – ESODO

1. Stabilimento industriale per la lavorazione di materie plastiche avente superficie in pianta di 11500 m2 ed altezza massima al colmo di 8 m, nel quale, a causa della particolare disposizione dei macchinari facenti parte del ciclo produttivo, si ha una lunghezza massima di esodo di 80 m.
2. Palazzina uffici a tre piani fuori terra (altezza di piano di 3 m e superficie in pianta di circa 400 m2) nella quale sono presenti complessivamente 67 persone e dotata di una sola scala aperta larga 1,20 m.

ESEMPIO 4 – STRATEGIA ANTINCENDIO CAPITOLO S.8

DELL’ALLEGATO AL D.M. 18/10/2019 – CONTROLLO DI FUMI E CALORE

Stabilimento industriale di lavorazione del legno avente superficie in pianta di 5500 m2 ed altezza massima al colmo di 9 m, nel quale, a causa della adiacenza ad un’attività soggetta ai controlli di prevenzione incendi di altro responsabile dell’attività, ha una disuniforme distribuzione delle aperture di smaltimento di fumo e calore d’emergenza che comporta un valore di roffset maggiore di 20 m.

ESEMPIO 5 – STRATEGIA ANTINCENDIO CAPITOLO S.1 

DELL’ALLEGATO AL D.M. 18/10/2019 – REAZIONE AL FUOCO

Attività ricettiva a quattro piani fuori terra nella quale sono stati installati dei materiali che non hanno i requisiti minimi di reazione al fuoco richiesti per una soluzione progettuale conforme.

Conclusioni

Problemi di edifici con geometrie complesse, presenza di vincoli storico-architettonici, lay-out industriali critici, quantitativi di materiale combustibile importanti, possono trovare una soluzione “su misura” analizzando lo scenario d’incendio reale, per tarare le misure di sicurezza antincendio più adeguate al livello di rischio presente. Questo approccio risulta come un vestito “cucito” addosso la struttura di riferimento in quanto permette di trattare diversi fenomeni che spaziano tra le fasi dello sviluppo di un incendio che potrà realmente verificarsi all’interno della struttura trattata, ma anche il successivo comportamento della struttura portante durante il processo di evoluzione del fenomeno.

Riferimenti Bibliografici/Sitografici: 

• Corso FSE Master Training, 18/19/21 marzo 2024, Ing. A La Malfa, Ing. Michele Rainieri, Ing. Carlo Corradi, Associazione Pro-Fire.
• Nozioni di base sulla FSE esodo_ Ing. Nicola Clemeno, FSE italia, 4 luglio 2023
• Codice di prevenzione incendi sezione M1, M2, M3_ Ing. Pietro Pireneo, 30 ottobre 2023
• Nozioni di FSE di Dott. Ing. Antonio La Malfa Corso FSE MASTER TRAINING Pro Fire
• https://www.inail.it/cs/internet/comunicazione/pubblicazioni/catalogo-generale/pubbl- metodi-per-ingegneria-sicurezza-antincendio.html
• https://www.hoepli.it/libro/fire-safety-engineering/9788859807032.html
• Capitolo 4. I MODELLI COMPUTAZIONALI_PDF (www.fse-italia.eu)
• https://antifuoco.it/fse-lapproccio-prestazionale-alla-sicurezza-antincendio/
• https://www.ingenio-web.it/articoli/per-un-etica-nella-modellazione-antincendio/