Principi di incendio e comportamento al fuoco

La comprensione dei fenomeni di incendio parte dalla chimica della combustione, la reazione esotermica di ossidazione rapida che produce calore, luce e prodotti gassosi. Il modello classico del "triangolo del fuoco" identifica tre elementi indispensabili per l'innesco e il mantenimento della combustione: il combustibile (materiale organico o inorganico ossidabile), il comburente (tipicamente l'ossigeno atmosferico presente al 21% circa) e l'energia di attivazione (fonte di calore sufficiente a raggiungere la temperatura di accensione del combustibile).

L'evoluzione del modello ha portato al concetto di "tetraedro del fuoco", che aggiunge un quarto elemento: la reazione a catena. La combustione, una volta innescata, produce radicali liberi che alimentano la reazione in un ciclo autoalimentante. Questo principio e alla base del funzionamento degli estinguenti chimici (polveri e halon), che agiscono interrompendo la catena radicalica anziche rimuovere uno dei tre elementi tradizionali del triangolo.

La temperatura di accensione (o di ignizione) varia significativamente in funzione del materiale: il legno si accende intorno ai 220-260 gradi Celsius, la carta a circa 230 gradi, i materiali plastici tra 300 e 500 gradi a seconda della composizione polimerica. Il flash point (punto di infiammabilita) dei liquidi infiammabili — la temperatura minima alla quale i vapori emessi formano con l'aria una miscela infiammabile in prossimita della superficie — costituisce il parametro critico per la classificazione di pericolosita dei liquidi combustibili.

La potenza termica rilasciata durante la combustione, espressa in kW o MW, dipende dalla velocita di combustione (massa consumata per unita di tempo) e dal potere calorifico del combustibile. Il potere calorifico inferiore (PCI) del legno si aggira intorno ai 17 MJ/kg, quello della benzina raggiunge i 44 MJ/kg, mentre le materie plastiche presentano valori variabili tra 20 e 45 MJ/kg. Questi parametri sono fondamentali per il calcolo del carico d'incendio e per la modellazione degli scenari di incendio.

I prodotti della combustione rappresentano il principale fattore di rischio per le persone. Il monossido di carbonio (CO), gas inodore e incolore, e responsabile della maggior parte dei decessi per intossicazione negli incendi. L'acido cianidrico (HCN), generato dalla combustione di materiali contenenti azoto (lana, seta, nylon, poliuretano), e un veleno ancora piu rapido del CO. I fumi riducono la visibilita, ostacolando l'esodo, mentre il calore radiante e convettivo provoca ustioni e collasso delle strutture.

La norma UNI EN 2 classifica gli incendi in base alla natura del combustibile coinvolto, determinando la scelta dell'agente estinguente appropriato. La classe A comprende gli incendi di materiali solidi con formazione di brace (legno, carta, tessuti, materiali cellulosici): l'agente estinguente principale e l'acqua, che agisce per raffreddamento e soffocamento. La classe B riguarda gli incendi di liquidi infiammabili o solidi liquefattibili (benzina, oli, vernici, solventi, cere): si impiegano schiume, polveri chimiche o CO2.

La classe C identifica gli incendi di gas combustibili (metano, GPL, acetilene, idrogeno): l'intervento primario consiste nell'intercettazione dell'alimentazione del gas, poiche l'estinzione della fiamma senza chiusura della fonte genera il rischio di accumulo esplosivo. La classe D comprende gli incendi di metalli combustibili (magnesio, alluminio in polvere, sodio, potassio): richiedono agenti estinguenti specifici (polveri speciali classe D) e non devono mai essere trattati con acqua, che reagirebbe violentemente con i metalli alcalini.

La classe F, introdotta dalla norma UNI EN 2:2005, riguarda gli incendi di oli e grassi vegetali o animali in apparecchi di cottura (friggitrici, padelle industriali): gli agenti estinguenti specifici sono le soluzioni acquose di acetato di potassio o sali organici che formano una pellicola saponificata sulla superficie dell'olio in fiamme, impedendo il rilascio di vapori infiammabili. L'uso di acqua su incendi di classe F e estremamente pericoloso per il fenomeno del "boilover", che provoca la proiezione esplosiva dell'olio bollente.

Gli agenti estinguenti si classificano in base al meccanismo d'azione. L'acqua agisce prevalentemente per raffreddamento (calore latente di vaporizzazione pari a 2.260 kJ/kg) e secondariamente per soffocamento quando nebulizzata. La schiuma opera per separazione tra combustibile e comburente. L'anidride carbonica (CO2) agisce per soffocamento e parziale raffreddamento. Le polveri chimiche (bicarbonato di sodio o di potassio, fosfato monoammonico) combinano l'azione di soffocamento con l'inibizione chimica della reazione a catena.

La scelta dell'agente estinguente deve considerare non solo l'efficacia sull'incendio ma anche i rischi collaterali: il danno ai beni (l'acqua danneggia apparecchiature elettroniche, la polvere contamina gli alimenti), la tossicita dei prodotti di decomposizione, la conducibilita elettrica (l'acqua e la schiuma sono pericolose su apparecchiature in tensione) e l'impatto ambientale. Per gli ambienti con presenza di apparecchiature elettriche in tensione, si privilegiano agenti estinguenti dielettrici come la CO2 o i gas inerti.

La corretta identificazione della classe di incendio e essenziale gia in fase progettuale per dimensionare e posizionare correttamente i presidi antincendio. Il progettista deve analizzare i materiali presenti in ogni compartimento, valutare le possibili combinazioni di classi di incendio e selezionare estintori e impianti compatibili con tutti gli scenari prevedibili, tenendo conto delle condizioni operative e della formazione del personale addetto.

La propagazione dell'incendio avviene attraverso tre meccanismi fondamentali di trasmissione del calore. La conduzione e il trasferimento di energia termica attraverso un mezzo solido per contatto molecolare diretto, senza movimento macroscopico di materia. La velocita di propagazione dipende dalla conduttivita termica del materiale: i metalli conducono rapidamente il calore (acciaio: 50 W/mK), mentre i materiali isolanti lo trasmettono lentamente (lana di roccia: 0,035 W/mK). La conduzione e particolarmente rilevante nella propagazione dell'incendio attraverso strutture metalliche e tubazioni.

La convezione e il trasferimento di calore mediante il movimento di fluidi (aria, fumi). I gas caldi prodotti dalla combustione, meno densi dell'aria circostante, salgono verso l'alto creando correnti convettive che trasportano calore e particelle incandescenti. La convezione e il principale meccanismo di propagazione verticale dell'incendio all'interno degli edifici: vani scala, cavedi impiantistici, intercapedini di facciata e condotti di ventilazione fungono da camini che accelerano la risalita dei fumi caldi, consentendo all'incendio di propagarsi rapidamente ai piani superiori.

L'irraggiamento e la trasmissione di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica infrarossa, che non richiede un mezzo materiale e si propaga alla velocita della luce. Un incendio completamente sviluppato in un locale emette un flusso termico radiante che puo raggiungere e superare i 100 kW/m2 sulle pareti circostanti, innescando la combustione di materiali combustibili adiacenti anche senza contatto diretto. L'irraggiamento e il meccanismo dominante nella propagazione dell'incendio tra edifici separati e nella fase di flashover all'interno di un compartimento.

Il flashover rappresenta la transizione istantanea dall'incendio localizzato all'incendio generalizzato di un intero compartimento. Si verifica quando i fumi caldi accumulati sotto il soffitto irradiano un flusso termico sufficiente (circa 20 kW/m2) sulle superfici combustibili del locale, portandole simultaneamente alla temperatura di accensione. Il flashover si manifesta tipicamente quando la temperatura dei gas sotto il soffitto raggiunge i 500-600 gradi Celsius e segna il punto di non ritorno per la sopravvivenza delle persone eventualmente intrappolate nel compartimento.

Il backdraft e un fenomeno esplosivo che si verifica quando i gas incombusti accumulati in un compartimento chiuso (per carenza di comburente) vengono improvvisamente alimentati da un apporto di aria fresca, ad esempio per l'apertura di una porta o la rottura di un vetro. La miscela gas-aria raggiunge istantaneamente le condizioni di infiammabilita e deflagra con violenza, producendo una palla di fuoco che si propaga verso l'apertura. La conoscenza di questi fenomeni e essenziale sia per la progettazione dei sistemi di ventilazione sia per la sicurezza delle squadre di intervento.

La modellazione della propagazione dell'incendio utilizza strumenti computazionali avanzati come i modelli a zone (CFAST) e i modelli di campo (FDS — Fire Dynamics Simulator), che risolvono le equazioni della fluidodinamica e della combustione per simulare l'evoluzione dei fumi, della temperatura e dei flussi termici all'interno dei compartimenti. Questi strumenti sono impiegati nell'ambito dell'ingegneria della sicurezza antincendio (Fire Safety Engineering) per la progettazione prestazionale prevista dal Codice di Prevenzione Incendi.

L'evoluzione temporale di un incendio in un compartimento chiuso segue una curva caratteristica suddivisa in quattro fasi. La fase di ignizione, durante la quale la combustione e localizzata e la temperatura del compartimento cresce lentamente. La fase di sviluppo (pre-flashover), caratterizzata da una crescita accelerata della temperatura e dell'estensione delle fiamme. La fase di pieno sviluppo (post-flashover), durante la quale l'intero compartimento e coinvolto e la temperatura raggiunge il massimo. La fase di decadimento, in cui il combustibile si esaurisce e la temperatura decresce.

La curva d'incendio standard ISO 834, definita dalla norma UNI EN 1363-1, descrive un andamento temperatura-tempo convenzionale utilizzato per le prove di resistenza al fuoco. La temperatura cresce logaritmicamente secondo la formula T = 345 log10(8t+1) + 20, dove T e la temperatura in gradi Celsius e t il tempo in minuti. A 30 minuti la temperatura raggiunge circa 842 gradi, a 60 minuti circa 945 gradi, a 120 minuti circa 1049 gradi. Questa curva convenzionale non rappresenta un incendio reale ma fornisce una base standardizzata per la classificazione degli elementi costruttivi.

La curva d'incendio naturale descrive l'andamento reale della temperatura in funzione delle caratteristiche specifiche del compartimento: carico d'incendio, geometria, condizioni di ventilazione e proprieta termiche delle pareti. A differenza della curva standard (che cresce indefinitamente), la curva naturale presenta una fase di decadimento dopo il raggiungimento del picco, e puo risultare piu o meno gravosa della curva ISO 834 a seconda delle condizioni specifiche. Il Codice di Prevenzione Incendi consente l'utilizzo delle curve naturali nell'ambito della progettazione prestazionale.

Il carico d'incendio specifico (qf) rappresenta l'energia termica complessiva liberabile dalla combustione completa di tutti i materiali combustibili presenti in un compartimento, riferita all'unita di superficie. Si esprime in MJ/m2 e si calcola sommando il prodotto della massa di ciascun materiale combustibile per il relativo potere calorifico inferiore, diviso per la superficie del compartimento. Il carico d'incendio specifico di progetto (qf,d) si ottiene moltiplicando il valore caratteristico per coefficienti correttivi che tengono conto della probabilita di innesco, delle misure di protezione attiva presenti e del tipo di attivita.

La resistenza al fuoco degli elementi costruttivi e espressa mediante i criteri REI. La lettera R indica la capacita portante (stabilita meccanica sotto l'azione del fuoco), la lettera E indica la tenuta (capacita di impedire il passaggio di fiamme, gas caldi e vapori) e la lettera I indica l'isolamento termico (capacita di limitare la trasmissione del calore alla faccia non esposta). Un elemento classificato REI 120 mantiene tutte e tre le prestazioni per almeno 120 minuti sotto l'esposizione alla curva standard ISO 834.

La reazione al fuoco dei materiali classifica il comportamento dei prodotti da costruzione quando esposti a una piccola fiamma o a una sorgente di calore radiante. Il sistema europeo delle Euroclassi, introdotto dalla norma UNI EN 13501-1, prevede sette classi principali: A1 (incombustibile), A2 (contributo trascurabile), B (contributo molto limitato), C (contributo limitato), D (contributo accettabile), E (contributo accettabile con limitazioni) e F (non classificato o non testato). Le classi sono integrate da sottoclassi per la produzione di fumo (s1, s2, s3) e per la formazione di gocce o particelle ardenti (d0, d1, d2).

La corretta applicazione dei requisiti di resistenza e reazione al fuoco costituisce il fondamento della protezione passiva contro l'incendio. Il progettista deve determinare la classe di resistenza al fuoco richiesta per ciascun elemento costruttivo in funzione del carico d'incendio specifico di progetto, della destinazione d'uso e della strategia antincendio complessiva dell'edificio. Analogamente, la scelta dei materiali di finitura e rivestimento deve rispettare i requisiti di reazione al fuoco previsti per ciascun ambiente, privilegiando materiali a bassa combustibilita e ridotta produzione di fumi tossici.