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MODULO di FIRE INVESTIGATIONItalian Fire Investigation – C.do Provinciale dei Vigili del Fuoco Milano

“Computational Fire Investigation”Esempi con software applicativi

Dottorando: Ing. Marcello [email protected]

“Sapienza” University of RomeSchool of civil and Industrial Engineering

Ph.D. – XXIX ciclo

StructuralFire

Investigation

Computational Fire Investigation

Ing. Marcello MangionePh.D. Candidate (XXIX Ciclo)

School of Civil and Industrial Engineering Sapienza University of Rome

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GATHER INITIALINFORMATION

Interviewing witnesses

OPERATIONS

PHASES1

INTERNAL EXAMINATIONFIRE SCENE

EXTERNAL INSPECTION INTERNAL INSPECTION

Significant descriptioninside

Photo and video inside

Semiotic fire

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EXTERNAL EXAMINATIONFIRE SCENE

Significant descriptionoutside

Photo and video outside

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Modeling and simulation fire

Laboratory tests

COMPUTATIONAL FIREINVESTIGATION

ACTIVITIES OUTSIDE THE SCENE

Fire load existingat the time the fire

Information geometry

Collecting significantevents

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Project documents

Executive documents

Maintenance documents

DOCUMENTARY CHECKS

External structuralinspections

Weather conditions

Internal structuralinspections

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Nell'ultimo decennio la fire science e la fire engineering hanno giovato del continuoprogresso della fluidodinamica computazionale (CFD: computational fluid dynamics),sia sul piano della ricerca circa la modellazione dei fenomeni fisici, sia dal punto divista della implementazione tecnologica di tali modelli mediante algoritmi di calcoloe grazie alla potenza sempre crescente dei calcolatori elettronici.




Fire Dynamics Simulator (FDS) è un modello sviluppato dal NIST (NationalInstitute of Standards and Technology) che simula l'incendio, cui è associatoSmokeview, un post‐processore grafico che analizza i dati prodotti da FDS.

FDS risolve una forma delle equazioni di Navier‐Stokes per i flussi termici abassa velocità di fumi e gas generati in un incendio. La dinamica dell'incendioè simulata in base ai parametri che caratterizzano ciascun materiale presentenel dominio di simulazione, ciascuno con le proprie caratteristiche diinfiammabilità e combustione. In base a questi dati, FDS risolvenumericamente (con un metodo ai volumi finiti) le equazioni che modellano lareazione di combustione ed i fenomeni di trasporto, tenendo contodinamicamente delle mutue interazioni tra i processi.

FDS è in grado di calcolare e fornire come dati di uscita, i valori di tutte levariabili, scalari e vettoriali, calcolate in ciascuna delle celle del dominio, utilialla comprensione dei fenomeni ed alla analisi degli effetti (concentrazionidelle specie chimiche, distribuzioni delle temperature, pressioni, velocità deigas, fumi, visibilità).

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Caso applicativo: Fire Investigation nel tunnel del monte Bianco

PARAMETRI DELLA SIMULAZIONE DESCRIZIONE ANDAMENTO FUMI RISULTATO

1: SEGNALAZIONE ALLARME 30''

DOPO LA PRIMA SEGNALAZIONE CON

SEMAFORI NEL TRAFORO ROSSI

(opacimetro n. 4 ‐ ore 10.51)

Il camion belga si sarebbe fermato al semaforo collocato a circa 5.800 m. dalla

testata francese e avrebbe preso fuoco (tra i garage n. 18 e 19). Gli altri veicoli

presenti nel Traforo (in quel momento complessivamente 12) si sarebbero

fermati all’altezza dei semafori rossi, ad una distanza considerevole dal

camion belga

11:10nessuna

vittima

2: SEGNALAZIONE ALLARME 30''

DOPO IL SECONDO ALLARME

(opacimetro n. 5 ‐ ore 10.52),

il camion belga avrebbe in ogni caso raggiunto la progressiva kilometrica

6.550 (garage n. 21), come è successo nella realtà, ma i veicoli che seguivano

(aumentati nel frattempo da 12 a 19) si sarebbero fermati all’altezza dei

semafori rossi senza raggiungere l’area dell’incendio

I fumi avrebbero

raggiunto i primi

veicoli solo dopo 16'

e 40'' circa

dall’allarme.

pochissime

vittime

3: IMPIANTO SEMAFORICO ROSSO

ALLE 10:55

(i veicoli che seguivano il camion

belga sarebbero aumentati nel

frattempo da 19 a 24)

I primi 2 veicoli sarebbero stati in ogni caso coinvolti nell’incendio, ma non gli

altri. I veicoli successivi si sarebbero fermati all’altezza del semaforo situato a

700 m. circa dall’area dell’incendio.

Sarebbero stati

avvolti dai fumi alle

11.01 circa, vale a

dire 6' dopo il blocco

del traffico

poche vittime

CASO REALE

IMPIANTO SEMAFORICO ROSSO ALLE

11:04

37 vittime



Caso applicativo: Fire Investigation nel tunnel del monte Bianco

Sono stati altresì condotti test di laboratorio per dimostrarela possibilità che un incendio possa avvenire nel vanomotore del camion e sull’infiammabilità della margarina .

Le indagini investigative hanno messo in evidenza i difettiche presentavano i motori marca Volvo della stessa seriedel camion in argomento, già oggetto in precedenza, dicampagne di richiamo in Francia.

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Ricerca dell’origine dell’incendio




&MATL ID = 'BENZENE LIQUID'EMISSIVITY = 1.CONDUCTIVITY = 0.14SPECIFIC_HEAT = 1.74DENSITY = 874HEAT_OF_REACTION = 393ABSORPTION_COEFFICIENT = 123BOILING_TEMPERATURE = 80.3/

&SURF ID = 'BENZENE POOL'COLOR = 'BLACK'MATL_ID = 'BENZENE LIQUID'THICKNESS = 0.03 BURN_AWAY=.TRUE./

ESEMPIO LISTATO FDS &HEAD CHID='incendio', TITLE='xxxxx' / &TIME T_END=600 / &DUMP NFRAMES=600 DT_RESTART=20 /

MESH

&MESH IJK=50,150,60, XB=0.0,5.0,0.0,15.0,0.0,6.0 / 778545 numero di celle

&VENT MB='XMIN' SURF_ID='OPEN' / &VENT MB='XMAX' SURF_ID='OPEN' / &VENT MB='YMIN' SURF_ID='OPEN' / &VENT MB='YMAX' SURF_ID='OPEN' / &VENT MB='ZMAX' SURF_ID='OPEN' /

MATERIALI&MATL ID = 'CELLULOSE'

CONDUCTIVITY_RAMP = 'k_cell'SPECIFIC_HEAT = 2.3DENSITY = 400.N_REACTIONS = 1A = 2.8E19E = 2.424E5HEAT_OF_REACTION = 0.NU_RESIDUE = 1.0RESIDUE = 'ACTIVE'/

&MATL ID = 'ACTIVE'EMISSIVITY = 1.0CONDUCTIVITY_RAMP = 'k_cell'SPECIFIC_HEAT = 2.3DENSITY = 400.N_REACTIONS = 2A(1:2) = 1.3E10, 3.23E14E(1:2) = 1.505E5, 1.965E5HEAT_OF_REACTION(1:2) = 418., 418.NU_RESIDUE(1:2) = 0.35, 0.0NU_FUEL(1:2) = 0.65, 1.0RESIDUE(1) = 'CHAR' / The arguments (1:2) refer to the 2 REACTIONS

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Questa immagine mostra il flusso di calore 60 secondi dopo che l’incendio è statoacceso accanto al letto.Quello che succede alla concentrazione di ossigeno è molto istruttivo.




Questa immagine mostra qual era la concentrazione di ossigeno, al centro dellaporta di ingresso, 60 secondi dopo l’accensione dell’incendio. Notiamo come questainizia a diminuire dall’alto, mentre resta ancora alta al livello del pavimento.

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Concentrazione dell’ossigeno 290 secondi dopo l’accensione, appena dopo che èavvenuto il flashover. Si nota come gran parte dell’ossigeno è esaurito (consumatodall’incendio), mentre ne resta una concentrazione notevole solo nelle immediatevicinanze della porta.




Concentrazione dell’ossigeno, 20 centimetri sopra il pavimento, 290 secondi dopol’accensione dell’incendio. La freccia indica il percorso del “floor jet”, ossial’ossigeno che affluisce dalla porta e che entra in collisione con la parete opposta.

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Quindi l’ossigeno che affluisce ed impatta con la parete, spostandosi verso l’alto, si va amiscelare con le particelle di combustibile non ancora bruciate e sviluppa un flusso dicalore superiore a 150 kW/m².Chiaramente l’impatto totale di energia (flusso di calore moltiplicato per il tempo diesposizione, espresso in Kj/m²) su questa superficie ha superato l’impatto totale di energiache era sulla parete accanto al punto di origine dell’incendio.




DA SEMIOTICA DEGLI INCENDIL’immagine mostra degli evidenti segni a V, interamente dovuti alla“ventilazione” post‐flashover, prodotti nel corso di un incendio sperimentale.

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DA SEMIOTICA DEGLI INCENDIIl segno sopra il comodino non è conseguenza di un “floor jet”. É avvenuto in un luogo in cuiuna nube di fumo, ricca di particelle combustibili, è riuscita a mescolarsi con l’ossigeno e quindia bruciare. Il segno si è prodotto prima che il comodino bruciasse.




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http://www.thunderheadeng.com/

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Simulex

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SETTAGGIO PROFILI CON PATHFINDER




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ESEMPIO DI SIMULAZIONE IN AMBITO FERROVIARIO

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