Utilizzo di modelli di calcolo nella Fire Investigation

Il caso Rodhe Island – The Station nightclub

Giovedì, 20 febbraio, 2003, alle ore 23,07 si è verificato un gravissimo incendio nella discoteca “The Station” nightclub di RodheIsland negli Stati Uniti.

A causa dell’incendio sono morte 100 persone (96 sul posto e quattro all’ospedale, 230 persone sono rimaste ferite e 132 sono riuscite a uscire incolumi dai locali della discoteca.
L’incendio è stato innescato da fuochi pirotecnici utilizzati impropriamente all’interno dei locali.
I fuochi pirotecnici incautamente accesi hanno provocato l’incendio del materiale combustibile utilizzato come rivestimento delle pareti e soffitto dell’area adibita alla pedana dove si esibiva un gruppo musicale. Il fuoco si è propagato rapidamente lungo le pareti e il soffitto, il fumo fuoriusciva dalla porta di uscita del locale meno di un minuto dopo l’inizio dell’incendio.

Per eseguire l’indagine tecnica sulle modalità di sviluppo e propagazione dell’incendio, il personale del National Institute of Standards and Technology (NIST), ha utilizzato una modellazione dei locali e dell’incendio realizzata con FDS. I dati di input del modello sono stati sviluppati da una vasta gamma di fonti, tra cui esperimenti in dimensioni reali, fotografie e filmati realizzati prima dell’incendio, sopralluoghi in loco, planimetrie dei locali, sperimentazione sui materiali.

La seguente figura mostra una vista planimetrica del locale notturno.

Planimetria dei locali della discoteca

Il Station Nightclub era una struttura di legno a singolo piano con una superficie di circa 412 m².
Al fine di ricostruire la crescita e la propagazione dell’incendio fuoco, il modello di simulazione richiede i dati relativi alla fonte di accensione, il materiale combustibile, compresa la composizione e l’ubicazione, le proprietà dei materiali delle varie finiture interne, i punti di ventilazione e le tempistiche degli eventi. Le dimensioni dei vari materiali da costruzione e le posizioni delle finestre e delle porte sono state individuate utilizzando fotografie precedenti e successive all’incendio, sopralluoghi, interviste e planimetrie esistenti.
Le fasi di crescita dell’incendio, il posizionamento e funzionamento delle aperture di ventilazione e i tempi di risposta dei vigili del fuoco sono stati rilevati da video registrati all’interno e all’esterno del locale da un operatore televisivo. La ricostruzione ha richiesto anche la determinazione delle proprietà di accensione e termiche dei materiali interni. In mancanza di adeguati valori bibliografici, le proprietà essenziali sono state ottenute da prove su piccola scala su rivestimenti in legno, moquette, piastrelle per soffitti e schiuma poliuretanica.

L’esperimento di incendio senza presenza di impianto sprinkler ha portato ad una condizioni di flashover nell’area del palco, dove si esibiva il gruppo rock, in circa 60 s. L’esperimento ha mostrato che sono state generate alte temperature, il quantitativo di ossigeno si è drasticamente abbassato, si sono create alte concentrazioni di  monossido di carbonio e alti livelli di acido cianidrico, le condizioni di sopravvivenza sono diventate insostenibili in meno di 90 s. Negli esperimenti di incendio con impianto sprinkler, la temperatura ambiente e i livelli di ossigeno sono stati mantenuti fino a circa 1,5 m dal pavimento per tutta la durata dell’ esperimento.

Gli esperimenti di simulazione hanno permesso di capire come il fuoco si è diffuso, come e quando le condizioni all’interno dei locali sono diventate insostenibili e il possibile impatto sugli effetti dell’incendio di un sistema di spegnimento automatico ad acqua.

La modellazione con FDS ha offerto la possibilità di confrontare i risultati della simulazione al computer con l’incendio reale e con i risultati sperimentali.
Il modello FDS è riuscito a simulare la propagazione del fuoco e il movimento del fumo nelle condizioni sperimentali impostate, e quindi è stato utilizzato con successo anche nella modellazione dell’incendio reale.

Heat Release Rate (HRR)

Il calore totale rilasciato dall’incendio è riportato nella seguente figura. Il grafico mostra che il palcoscenico è stato completamente coinvolto nel fuoco, dopo circa 50-60 secondi dall’inizio dell’incendio, il tasso di rilascio di calore è aumentato da circa 2 MW a circa 54 MW in meno di 50 secondi. Il tasso di crescita è stato quindi superiore a 1 MW al secondo. Mentre il fuoco si diffondeva in tutta la struttura e l’incendio diventava generalizzato la percentuale di ossigeno si abbassava limitando il tasso di rilascio del calore che si stabilizzava a circa 45 MW per circa 150 s. Nella discoteca vera l’incendio, dopo questo tempo si è diffuso alla struttura e ha continuato a bruciare dentro i locali e fuori attraverso il tetto e le pareti perimetrali. Per la simulazione è stato utilizzato solo il combustibile rappresentato dalle finiture interne (arredi e rivestimenti) e non ha tenuto conto del combustibile fornito da elementi strutturali combustibili e dei materiali componenti l’involucro esterno dell’edificio.

HRR calcolato da FDS in funzione dei materiali considerati

Temperatura

Per potere correttamente visualizzare la distribuzione delle temperature all’interno del locale, utilizzando Smokeview sono stati impostati degli Slice ai livelli di 1,5 m e 0,6 m dal pavimento. Per effettuare questa analisi è stata considerata la temperatura di 120 ºC come soglia massima di tolleranza. La seguente figura mostra che la pista da ballo e le aree adiacenti hanno raggiunto temperature insostenibili entro 90 secondi dall’inizio dell’incendio.

Temperature all’altezza di 1.5 m, calcolate al tempo T=90 s

Temperature all’altezza di 0.6 m, calcolate al tempo T=90 s

 

Differenze significative di temperatura si sono verificate tra l’altezza di 1,5 m e 0,6 m dal pavimento nell’area del bar e nell’ingresso principale. Questa zona rimane stabile al livello inferiore a causa dell’afflusso di aria fresca attraverso le finestre e le porte aperte.

Ossigeno

Le concentrazioni di ossigeno sono state esaminate anche nella simulazione per valutare le condizioni di sostenibilità che si sono sviluppate durante l’evoluzione dell’incendio. Gli Slice orizzontali di misura sono stati impostati come per le temperature a 1,5 m e 0,6 m di altezza dal pavimento. Le seguenti figure mostrano le percentuali di ossigeno (espresse in frazione di volume) calcolate rispettivamente a 1,5 m e 0,6 m dal pavimento a 90 s dopo l’innesco dell’incendio.

Concentrazione di ossigeno all’altezza di 1.5 m, calcolate al tempo T=90 s

Concentrazione di ossigeno all’altezza di 0.6 m, calcolate al tempo T=90 s

Nella posizione delle misure è evidente che il limite di sostenibilità, considerato come frazione volumetrica del 12 % di ossigeno, è stato superato in tutte le aree ad eccezione della zona bar principale e dell’ingresso. L’apertura delle finestre sul fronte della sala bar principale ha creato un’atmosfera più stabile.
La simulazione mostra che è stata possibile aspirare sufficiente aria fresca per mantenere il livello di sostenibilità rispetto all’ossigeno nell’area vicino al pavimento nelle zone adiacenti alle finestre aperte e alla via d’ ingresso principale. Questa tendenza è dimostrata per tutta la durata della simulazione. Nel filmato si vede che l’ultima persona è stata soccorso attraverso una finestra a 250 secondi dall’innesco, che risulta coerente con le concentrazioni di ossigeno previste nelle vicinanze delle finestre.

Il modello di simulazione dell’incendio della discoteca è coerente con il filmato realizzato da un fotoamatore durante le fasi di sviluppo dell’incendio. La simulazione prevede una rapida crescita del fuoco a causa della combustione del poliuretano espanso che ha portato alla rapida produzione di fumo.

La simulazione dell’incendio ha previsto che molti delle persone presenti all’interno della discoteca hanno avuto meno di 90 secondi dall’inizio dell’incendio per uscire dalla struttura.

Sono state inoltre effettuate delle simulazioni considerando il locale dotato di impianto sprinkler in modo da valutare se la presenza dell’impianto avrebbe potuto contribuire a salvare delle persone.
Dall’esame delle temperature e delle frazioni di ossigeno calcolate, nel caso di struttura protetta da impianto sprinkler, si è determinato che sarebbero esistite condizioni utili alla sopravvivenza per tutta la durata della simulazione (300 s); il fuoco è stato estinto circa 114 secondi dopo l’accensione.

Con questa ricerca del NIST è stato dimostrato che i modelli di incendio al computer, in fase di “Fire Investigation” sono uno strumento che può aiutare a definire gli aspetti critici di un incendio specifico, mentre in fase di “Fire Engineering” possono essere utilizzati con profitto per dimostrare il valore delle scelte progettuale convenzionali e alternative nonchè a misurare gli effetti delle varie misure/impianti antincendio.
Sulla base dei risultati del modello e delle conclusioni dell’inchiesta, il NIST ha formulato una serie di raccomandazioni finalizzate al miglioramento della sicurezza dei locali notturni.
Di seguito è riportato un filmato realizzato da una persona presente all’interno dei locali al momento dell’incendio.

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L’articolo prosegue riportando filmati dell’incendio reale della sperimentazione in scala reale e delle simulazioni del NIST e dell’evacuazione mediante l’utilizzo dei modelli (Exodus, FDS + EVAC, ecc.)

A cura di Namirial spa
In collaborazione con FSE-ITALIA.eu

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