Analisi termofluidodinamica di un incendio in un ambiente confinato

INTRODUZIONE 
 
 
Sono innumerevoli le prescrizioni a scopo preventivo, tuttavia non Ł possibile 
escludere al 100% il pericolo di insorgenza di un incendio, e le conseguenti minacce 
all incolumit  degli esseri viventi. 
L’incendio provoca effetti di diversa natura: oltre al panico delle persone 
eventualmente coinvolte, le temperature elevate possono causare fenomeni di ustione 
o carbonizzazione oppure seri danni strutturali nel caso di elementi in cemento, 
acciaio o legno strutturale (con la differenza che di quest’ultimo materiale Ł 
scientificamente calcolabile la durata in esercizio e quindi il tempo di fuga 
ammissibile);  un  altro rischio di particolare rilevanza deriva dall inalazione dei 
fumi che, a seguito dell innesco di un incendio, si  diffondono nei locali 
determinando riduzione della visibilit  e tossicit  dell aria; infine molto danno Ł 
causato dai gas nocivi: ad esempio la formazione di CO2 satura l’ambiente 
impoverendo la presenza di ossigeno, mentre nel caso di combustioni non 
"complete" si pu  generare il monossido di carbonio  o, in altri casi, Ł  possibile  la 
presenza di gas inquinanti NOx (Fig.1). 
Un incendio pu  essere provocato da diverse cause s ia naturali (autocombustione, 
fulmini, etc.) che per mano dell’uomo (incendi dolosi);   alcuni esempi di causa: 
fiamme libere (per esempio operazioni di saldatura), particelle incandescenti (brace), 
provenienti da un focolaio preesistente (ad esempio braciere), scintille di origine 
elettrica, scintille di origine elettrostatica, scintille provocate da un urto o 
sfregamento, contatto con superfici e punti caldi, innalzamento della temperatura 
dovuto alla compressione dei gas, reazioni chimiche in genere. 
Negli  ultimi  anni  tutte  le  nazioni  sembrano  concordare  sulla  pericolosit   degli 
incendi e sull importanza che quindi assume il discorso riguardante la prevenzione  e  
la  sicurezza;  lo  studio  di  una  materia  cos   delicata  come  il  rischio  incendi  
arriva  ad  oltrepassare  i  confini  terrestri  ed  approda  nello  spazio. 
Quando  si parla  di  osservazione  della  Terra  da  satellite vengono alla mente 
quelle bellissime immagini panoramiche, ma in effetti il  mondo  delle osservazioni 
satellitari  del  nostro  pianeta  Ł  molto  piø  vasto; a bordo  del  solo satellite 
Envisat, il  piø  grande  per  le osservazioni  della Terra  mai  stato  costruito,  
troviamo  ben  10  strumenti  per  guardare  il  nostro  pianeta  in  modo diverso  
l uno  dall altro: mentre il MERIS  Ł uno strumento ottico in grado di produrre 
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bellissime panoramiche, nelle quali sono evidenti persino i  pennacchi   di fumo 
derivanti dall incendio, l AATRS Ł un radiometro avanzato, cioŁ uno strumento 
sensibile all emissione infrarossa della superficie terrestre; rilevare quel tipo di 
radiazione infrarossa significa, in pratica, saper misurare la temperatura della 
superficie terrestre stessa (Fig.2).  Uno strumento simile si trova a bordo anche di 
ERS-2, l altro satellite europeo per le osservazioni del pianeta. 
 
 
Fig. 2 Le fiamme viste dal satellite 
 
Attraverso  i dati raccolti con questi strumenti Ł possibile realizzare la mappatura dei 
possibili  focolai  del  territorio, cosa ovviamente  quasi mai  possibile  con  ispezioni 
sul campo;  mettendoli  insieme,  si  hanno  informazioni sul  territorio  colpito  
dall incendio, non ottenibili  in  altro  modo,  e  ci   consente  una  gestione  dello  
stesso  molto  piø  consapevole.   I dati  dallo  spazio  presi   al volo  possono essere  
importanti  per  identificare  i  confini  dell incendio,  mentre  quelli di  archivio  
possono  servire  ad  analizzare  il  tipo  di  vegetazione  o  il  suo contenuto  medio  
di  acqua  (altri  dati  possono  indicare  statisticamente  la  mappa dei venti del 
territorio).   In  definitiva,  raggruppando tutti questi elementi si pu  provare  a  
predire il modo con  il quale  un incendio si diffonde e il danno che pu  provocare;   
Ł  cos   possibile  ottenere l atlante mondiale degli incendi (ATSR World Fire Atlas), 
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che viene aggiornato in tempo quasi reale, e che Ł in grado di fornire dati circa sei 
ore dopo l acquisizione. 
L Atlante mondiale degli incendi, che Ł un progetto del DUP (Data User 
Programme) dell ESA, viene utilizzato per molte applicazioni, in prevalenza di tipo 
scientifico, ma anche per la prevenzione e la gestione degli stessi: avere la mappatura 
delle zone a rischio, nelle quali statisticamente si sviluppano i  focolai, qualsiasi 
origine abbiano, Ł uno strumento utile a stabilire lo stato di allerta.  L aiuto che viene  
dai dati scientifici e dagli scienziati capaci prontamente di applicarli, andrebbe  
comunque completato  dal senso  civico  comune  di  controllo  del  nostro  territorio.                                                                                               
Di particolare interesse Ł quindi la Carta Internazionale, uno strumento  che  mira ad 
offrire un sistema di acquisizione e trasmissione di dati satellitari, al fine di gestire 
catastrofi di origine naturale o umana, attraverso una collaborazione internazionale 
tra le agenzie che hanno aderito al trattato;  la Carta,  infatti,  Ł  il  risultato  di  un  
progetto iniziale messo in piedi da ESA, Agenzia Spaziale Francese (CNES) e 
Agenzia Spaziale Canadese (ASC) nel 2000, attorno al quale, nel tempo, si Ł poi 
formato un nucleo piø vasto comprendente le statunitensi NOAA e USGS, la JAXA 
giapponese, l Agenzia Spaziale Indiana , quella argentina e recentemente anche la 
CNSA, l Agenzia Spaziale della Cina .   I membri  della  Carta  sono  chiamati  a  
collaborare  in  tutto il mondo per mettere  rapidamente  a  disposizione  degli  enti  
civili  di protezione,  di sicurezza e difesa, o  per le vittime stesse di una catastrofe, le 
tecniche di osservazione satellitare: alla richiesta di attivazione segue un lavoro di 
esperti che redigono un  piano  di  acquisizione di nuovi  dati e di  selezione di 
archivi, utilizzando  le  informazioni  di  quei  satelliti  che  al  momento  si  trovano  
nella posizione  orbitale  migliore  per  compiere  le  osservazioni  sull area  colpita. 
Tutte  le  strumentazioni  disponibili,  spaziali e non,  possono  quindi  in  qualche  
modo  prevedere  l innesco  di  un  incendio  dovuto  a  cause  naturali  ma  
purtroppo  non  sono  in grado  di preannunciare  un  incidente  provocato  
dall uomo,  dalla  sua  sbadataggine  e  dalla  sua  non  curanza  delle  pericolosit   
che si  possono  celare  dietro  l innesco di  una  semplice  scintilla.   
Gli incendi in galleria,  ad  esempio, rappresentano un grande rischio per la vita 
umana e provocano danni di elevata entit  alle infr astrutture; il considerevole 
aumento del traffico stradale, oltre all’aumentata mobilit  di merci pericolose e 
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all’inadeguatezza delle strutture, hanno comportato nelle ultime tre decadi una 
drammatica sequenza di incendi in gallerie con gravi perdite in termini di: vite 
umane, strutture ed economia. La gravit  di tali av venimenti Ł dovuta essenzialmente 
a fattori quali ambiente confinato, ventilazione e ricambio d’aria ridotti, 
danneggiamenti agli impianti di sicurezza,  effetto panico; gli  incendi in galleria  
causano spesso conseguenze molto gravi, soprattutto per la frequente  perdita di vite 
umane; basta ricordare le recenti sciagure avvenute nel Traforo del Monte Bianco 
(marzo 1999, 39 vittime), nel traforo di Tauern in Austria (maggio 1999, 12 vittime), 
l’incendio nel tunnel sotto la Manica, quello scoppiato nella funicolare austriaca. 
 
  
Fig. 3 Traforo del Monte Bianco:Uno dei camion coinvolti nell’incendio 
 
Le statistiche, per fortuna, mostrano che gli incidenti nelle gallerie sono inferiori a 
quelli che avvengono nelle altre strade e che quindi la probabilit  che possano 
accadere Ł molto contenuta; tuttavia essi avvengono in condizioni particolari che 
amplificano notevolmente i danni, sia alle persone sia alle strutture ed agli impianti: i 
fumi ed i gas tossici, sviluppati ad alte temperature, mantengono concentrazioni 
pericolose anche a notevoli distanze creando gravi ricadute sia su chi rimane in 
galleria sia per chi interviene per l’evacuazione delle persone coinvolte. 
L’analisi degli incidenti avvenuti in passato nelle gallerie stradali ha reso evidente 
come, quando si sviluppa un incendio, non sempre questo sia una diretta 
conseguenza della collisione fra due veicoli, bens  spesso la causa Ł da ricercarsi 
nella rottura del circuito di alimentazione del carburante, in inconvenienti a circuiti 
elettrici o in guasti meccanici. 
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Uno  dei maggiori disastri  che  la storia  ricordi  Ł  l incidente  avvenuto  nella  
Galleria del Monte Bianco del 24 marzo 1999,   prodotto da un incendio della cabina 
della motrice di un semirimorchio frigorifero e a causa della perdita di carburante e 
del surriscaldamento del motore: il primo automezzo incendiato trasportava nove 
tonnellate di margarina che si Ł fusa ed Ł bruciata come olio combustibile(Fig.3).                                         
Il progetto   piø    innovativo  per  evitare   catastrofi  di  queste dimensioni  parte  da     
uno studio per la protezione delle gallerie in caso di incendio  dell’APT Engineering.         
Il pericolo piø immediato, quando si verificano tali eventi, Ł il generarsi di un 
incendio con conseguente sviluppo di fumi, gas tossici e calore che rendono 
difficoltosa e a volte impossibile la fuga delle persone presenti;   l’APT  Engineering  
Srl    ha   quindi  progettato   e    realizzato   un   impianto    che   ha    lo   scopo    di:    
salvaguardare   le vite  umane,  rendere    possibile   l’intervento dei   vigili  del fuoco 
e  di  tutti  gli  enti  preposti  al soccorso,  e   salvaguardare   le  infrastrutture    
riducendo i costi  ed i  tempi  di  ripristino  del  tunnel.  Il sistema (commercialmente 
definito in Italia a "Muri ad Acqua" e all’estero come "Water Shield Mitigation 
Sistem"), si basa  sull’individuazione  del  focolaio   ed  il   suo  isolamento  mediante   
muri  ad  acqua  facenti  parte  di  un  sistema  distribuito     a    distanza    predefinita   
lungo  tutta  la  galleria.  La  rilevazione  dell’evento  Ł  affidata  a  rilevatori  termici   
lineari, collegati  ad  una  centrale  di  gestione eventi,  che  Ł  in   grado  di   azionare   
il  sistema   nell’area  interessata dall’incendio. 
Il  risultato  finale  Ł  che  il propagarsi  dei  fumi,  dei  gas  tossici,  del  calore  e  di  
eventuali fiamme trasportate da versamenti di carburante liquido, Ł rallentato e 
circoscritto ad un’ unica zona predefinita  consentendo   alle   persone   presenti  in  
galleria di  allontanarsi  agevolmente  e permettendo  l’attivit   dei  soccorsi  che  
necessitano  di  avvicinarsi  per  operare  sul  focolaio  e sui mezzi incidentati. 
Il  sistema  brevettato  appare  quindi  molto  efficace  poichØ  opera  in  questo  
modo: 
- Circoscrive l’area pericolosa interessata dall’incendio impedendo il propagarsi   
delle fiamme; 
- Trattiene e/o rallenta il cammino dei fumi e dei gas tossici lungo tutto il  
tunnel; 
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- Trattiene le alte temperature all’interno dell’area interessata dall’incendio, 
impedendo l’irraggiamento alle aree esterne ai muri ad acqua; 
- Raffredda i fumi caldi prodotti dall’incendio abbassando le temperature anche 
all’interno dell’area incidentata; 
- Schiarisce e abbatte le sostanze nocive presenti nell’aria e  nei fumi generati 
dalla combustione. 
Grazie  all utilizzo  di  tale  metodo   Ł  possibile  raggiungere  gli  obiettivi  
principali  che  garantiscono  la  sicurezza  non   solo nelle  gallerie,  ma  in  tutti  gli  
ambienti  chiusi  soggetti  al rischio  di  innesco  di  un   incendio;   gli  obiettivi  
raggiunti  sono: 
- salvaguardare le vite umane agevolando la fuoriuscita dal tunnel; 
- agevolare l’avvicinamento e l’intervento dei vigili del fuoco e degli enti 
preposti alla sicurezza sul luogo dell’incidente; 
-  ridurre e circoscrivere i danni provocati dal calore alle infrastrutture  
 riducendo i costi di sistemazione e ripristino del tunnel dopo l’evento. 
Risulta  evidente  quindi  che negli ultimi anni, in Italia come all estero,  si stanno 
sviluppando approcci di tipo ingegneristico  alla  prevenzione  di catastrofi legate 
allo sviluppo dei focolai, capaci di  correlare  i  parametri  caratteristici  di  ambienti,  
strutture e materiali presenti nei luoghi a rischio incendio, con gli effetti da esso 
causati; come supporto a tale pratica il progettista dispone di strumenti che gli 
permettono di simulare con elevato realismo lo scenario di incendio rilevando,  
numericamente  e visivamente, tutti i parametri-chiave che concorrono alla nascita e 
all evoluzione del fenomeno in esame, col vantaggio di poter adottare, gi  in fase 
progettuale, ogni tipo di cautela ai fini della salvaguardia della salute umana. 
La  consistente  quantit   delle  informazioni  rac colte  riguardo  gli  incendi  e la  
loro pericolosit ,  sottolinea l importanza  che  p u  assumere  l analisi e  lo  sviluppo  
di  tali  eventi  per  mezzo  di  software  quanto  piø  semplici  ma,  allo  stesso  
tempo,  precisi  e  realistici; a tale proposito il  presente  lavoro  si  basa  sullo  studio  
di uno  dei  migliori  programmi  utilizzati  per la simulazione delle  diverse  
situazioni  di  incendio  nei  piø  svariati  ambienti.