Structural Fire Investigation come back‐analysis della Progettazione Strutturale Antincendio

Università “La Sapienza” – Roma

CORSO DI PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIOAnno Accademico 2015‐2016

30 settembre 2015

«Structural Fire Investigation come back‐analysis della Progettazione Strutturale Antincendio»

Aspetti introduttivi

Ing. Marcello [email protected]

“Sapienza” University of RomeSchool of civil and Industrial Engineering

Ph.D. – XXIX ciclo

StructuralFire

Investigation

Docente: Prof. Ing. Franco Bontempi

CORSO DI PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO

Prof. Ing. Franco BontempiIng. Marcello Mangione

School of Civil and Industrial Engineering Sapienza University of Rome

TEAM DELCORSO DI PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO

Anno Accademico 2015‐2016

CORSO DI PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO ‐ Presentation outline



DUALISMO TRA STRUCTURAL FIRE INVESTIGATION e

PROGETTAZIONE STRUTTUALE ANTINCENDIO

La Structural Fire Investigation è l’attività investigativa sugli incendi condotta sottol’ottica dell’ingegneria strutturale.Essa, contrariamente a quanto avviene nelle attività investigative (fireInvestigation), non si basa partendo da un repertamento di natura chimica oimpiantistico ma si impianta sui segni lasciati dall’incendio direttamente suimateriali (siano essi strutturali e non).Essa quindi risulta molto valida soprattutto in tutti quegli incendi il cui innesco nonè di natura chimica (es. liquidi infiammabili).Il punto di origine ed il percorso dell’incendio viene ricercato tramite una letturastrutturale dei danni presenti sulla scena in funzione delle caratteristiche termo‐strutturali dei materiali da costruzione.Grazie all’ausilio di potenti codici di calcolo è possibile ottenere notevoli datitecnici essenziali per l’attività investigativa e progettuale nel campo dell’ingegneriastrutturale.



)


La Structural Fire Investigation costituisce una metodologia di reverseengineering che utilizza tecniche di back‐analysis basate sulla ProgettazioneStrutturale Antincendio divenendo così un’attività progettuale complementarevalida nei procedimenti giudiziari.

La «buona» progettazione fa vedere tutti gli aspetti qualitativi più bellidell’ingegneria antincendio, (spazi volumetrici, particolari costruttivi, ecc.) …..unabuona investigazione fa emergere le criticità (connessioni, difetti progettuali ecostruttivi, ecc.)

DUALISMO TRA STRUCTURAL FIRE INVESTIGATION e

PROGETTAZIONE STRUTTUALE ANTINCENDIO



)


ASPETTI DELLA STRUCTURAL FIRE INVESTIGATION

• ASPETTI TEORICI Trattazione teorica del settore delle indagini sugli incendi confinati mediantel’approfondimento di aspetti strutturali e forensi.(Presentazione in power point)

• ASPETTI OPERATIVI Risoluzione pratica dell’attività investigativa tramite una codifica in fasi edoperazioni, tratti da casi pregressi (case history) ed esperienze in campo conReparti investigativi di risonanza nazionale (RIS, ecc.).(Illustrazione con Prezi)

• ASPETTI APPLICATIVI (INFORMATIZZAZIONE)Creazione di un apposito software che rappresenti una linea guida per iI fireinvestigator.(Applicativo in corso ‐ chiusura entro ottobre 2016)

1 e 2 AN

NO DI D

OTTORA

TO3 AN

NO


Fire Investigation ‐ Investigare sugli incendi‐ Analisi della cause e degli errori nella Fire Investigation‐ Forensic Fire Engineering

1

Structural Fire Investigation‐ Back analysis della progettazione strutturale antincendio‐ Investigazione strutturale

2



STRUCTURAL FIRE INVESTIGATION: ASPETTI TEORICI

Fire Investigation sui materiali strutturali:‐ legno, calcestruzzo, acciaio, murature

3




STRUCTURAL FIRE INVESTIGATION: ASPETTI OPERATIVI


Fire Investigation ‐ Investigare sugli incendi‐ Analisi della cause e degli errori nella Fire Investigation‐ Forensic Fire Engineering

1




Investigare sugli incendi



Chapter 2REFERENCED PUBLICATIONS

Chapter 3DEFINITIONS

Chapter 4BASIC METHODOLOGY

Chapter 5BASIC FIRE SCIENCE

Chapter 6FIRE PATTERNS

Chapters NFPA 921

Chapter 1ADMINISTRATION

Chapter 7BUILDING SYSTEMS

Chapter 8ELECTRICITY AND FIRE

Chapter 9BUILDING FUEL GAS SYSTEMS

Chapter 11LEGAL CONSIDERATIONS

Chapter 12SAFETY

Chapter 13SOURCES OF INFORMATION

Chapter 14PLANNING THE INVESTIGATION

Chapter 15DOCUMENTATION OF THE INVESTIGATION

Chapter 10FIRE RELATED HUMAN BEHAVIOR

Chapter 16

PHYSICAL EVIDENCE

Chapter 17ORIGIN DETERMINATION

Chapter 18FIRE CAUSE DETERMINATION

Chapter 20FAILURE ANALYSIS AND ANALYTICAL TOOLS

Chapter 21EXPLOSIONS

Chapter 22INCENDIARY FIRES

Chapter 23FIRE AND EXPLOSION DEATHS AND INJURIES

Chapter 24

APPLIANCES

Chapter 19ANALYZING THE INCIDENT FOR CAUSE AND

RESPONSIBILITY

Chapter 25

MOTOR VEHICLE FIRES

Chapter 26WILDFIRE INVESTIGATIONS

Chapter 27MANAGEMENT OF MAJOR INVESTIGATIONS

Chapter 28MARINE FIRE INVESTIGATIONS

STRUCTURAL FIRE INVESTIGATION

La norma NFPA 921, base di partenza della Fire investigation, èstrutturata in 28 capitoli di cui 15 forniscono informazioni utili per laStructural Fire Investigation.




FIRE INVESTIGATIONNFPA 921

NFPA 1033

GUIDE FOR FIRE AND EXPLOSION INVESTIGATOR

NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION

STANDARD FOR PROFESSIONAL QUALIFICATIONSFOR FIRE INVESTIGATOR

NFPANATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION

IAAI

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS

INTERNATIONAL ASSOCIATION OF ARSONINVESTIGATOR

ASTM

USFAU.S. FIRE ADMINISTRATION

NAFINATIONAL ASSOCIATION OF FIRE INVESTIGATORS

NISTNATIONAL INSTITUTE OF STANDARDS AND

TECNOLOGY

IFIITALIAN FIRE INVESTIGATION

ASSOCIATIONS AND INSTITUTIONS

REGOLATIONS

La NFPA 921 “Guide for fire and explosion Investigator” e la norma NFPA1033 “Standard for professional qualifications for fire investigator”.rappresentano, ad oggi, il principale riferimento per le attività investigativesugli incendi.



)


Incidents and near miss

L’attività investigativa nasce a seguito dell’esigenza di esaminare un eventoaccidentale ovvero un incidente. Con tale termine (incident) ci si riferisce a unevento inatteso, che potrebbe avere conseguenze sulla vita e sulla strutturainteressata.

In generale un incidente è un accadimento, con un proprio periodo di incubazione,che ha causato un danno nei riguardi di una struttura.Si definisce invece quasi incidente (near miss) ogni accadimento che avrebbe potutoma non ha originato un evento.

La differenza tra un incident ed un near miss sta nella magnitudo delle conseguenze.

Nel periodo di incubazione di un incidente si manifestano molti near miss. Un altonumero di near miss in un’organizzazione è dunque predittivo di un probabileincidente.



)


Si definisce invece Prevented patient safety incident (evento prevenuto) ogni eventonon intenzionale o inatteso che è stato prevenuto e pertanto non ha provocatodanno. Corrisponde a ciò che è stato definito come quasi evento.

Si definisce No harm patient safety incident (incidente senza danno) ogni incidentenon intenzionale o inatteso, accaduto ma senza provocare danno.La seguente tabella rappresenta i vari tipi di incidenti correlandone la situazione, iltipo di investigazione e il potenziale apprendimento.

A cute

N on acute

N ot c lassifiedas an inc ident

Type o f inc ident

N ear m iss or N ear H itdevia tions

S itua tion

A ctua l losses

Investiga tion and trendingof ch ron ic events

N early a ll invedtiga ted1%

N ot investiga ted.M ay be dealt w ith through

B ehavior-based R iskm anagenent

V aria tions or U nsafeA cts or C ond itions,errors o r Fa ilu res

M oderate to low

H ight

Low

Frequency Investiga ted Learn ing potentia l

5%

10%

85%

P otentia lly harm fu lc ircum stances but

no actua l loss

R egard less, a ll data aboutevents shou ld be entered indatabase to a llow potentia l

fo r tred ing



)


Sentinel‐event to the field of fire investigation

Per individuare i fattori contribuenti di un incendio può essere utile analizzare iprocessi, individuando le situazioni in cui questi non si sono realizzati.

L’analisi del cambiamento è un metodo molto semplice richiesto al fire investigator alfine di confrontare in maniera puntuale un processo che non ha funzionato o in cui si èverificato un errore con un altro, in modo da evidenziare il cambiamento che si èavuto.

L’analisi del cambiamento può essere coadiuvata tramite lo strumento conosciutocome la Carta perché‐perché (Ammerman, 1998).

Il suo utilizzo consente all’investigatore che sviluppa una root cause analysis diaddentrarsi ai diversi livelli di profondità fra le cause dell’incendio.

Analisi delle cause e degli errori nella Fire Investigation



Errors in the field detectiveJames Reason è uno dei più importanti studiosi di errori e di incidenti. Egli usa iltermine errore per raggruppare tutte quelle occasioni in cui una sequenza pianificatadi attività non riesce a raggiungere i risultati voluti.Gli errori nel settore dell’investigazione sugli incendi, in genere non sonoindipendenti l’uno dall’altro, non accadono in contesti isolati. L’incidente è il frutto dierrori interconnessi che presi separatamente non hanno alcun senso.E’ quindi l’associazione degli errori e la loro dinamicità a diventare oggetto di analisiinvestigativa.Esistono diverse patologie di errore o condizioni che si possono riscontrare anche nelsettore dell’investigazione degli incendi.




LA TE N T C O N D IT IO N S

C O N TR IB U T O R YFA C TO R S

A FF E C TIN GF A C TO R S

R E A S O N SF A C TO R S

U N S A F E A C T

A C T IV E F A ILU R E

LA TE N T F A ILU R E

H U M A N E R R O R

K N O W LE D G EB A S E D

R U LE BA S E DM IS T AK E

S K ILL B A SE DS L IP O LA PS E

V IO LA T IO N S

V IO LA TIO N SO F TH E R O U TIN E

V IO LA TIO N SR A TIO N A L

V IO LA TIO N SN E G LE C T

V IO LA TIO N SF R A U D U LE N T

Condizioni latenti (latent condition)

Derivano dalle decisioni assunte dalmanagement di qualsiasi livello: inogni momento si trovano endemichenell’organizzazione e possonoinsorgere da decisioni sbagliate nonriconosciute.

Fattori contribuenti (contributoryfactors)

Sono quei fattori che influenzano laperformance della struttura le cuiazioni hanno effetto sulla funzionalità,determinando un problemastrutturale.








U N S A F E A C T



H U M A N E R R O R




V IO LA T IO N S





Azioni non sicure (unsafe act)Sono azioni o omissioni, al di fuori diindicazioni o procedure, che aumentano ilrischio incendio.Errori attivi (active failure)Sono azioni non sicure effettuate dacoloro che sono nelle interfacce estremedel sistema organizzativo. Questi atti nonsicuri sono influenzati dai fattoricontribuenti, come l’inadeguatoaddestramento (manutenzione impiantiantincendio) che producono effettinegativi sulle performance individuali.Errori latenti (latent failure)Nascono da decisioni gestionaliapparentemente corrette ma sbagliate. Lapresenza o la consapevolezza delproblema viene alla luce solo nelmomento in cui si è verificato unincidente.








U N S A F E A C T



H U M A N E R R O R




V IO LA T IO N S





Errore umano (human error)Accade quando le azioni e le decisionidegli individui provocano effetti chepossono immediatamente odirettamente ledere la sicurezza. Ingenerale è l’azione od omissione chedetermina insuccesso nel compimento diun’azione pianificata come disegnata,ovvero l’inidoneità di quanto pianificatoal raggiungimento dello scopo.

ViolazioniSi determinano per allontanamentodalle regole di pratica o di procedura. Sidifferenziano dagli errori rule‐based inquanto c’è consapevolezza di operare inmaniera difforme da quanto stabilito,mentre nel caso degli errori non c’èintenzionalità.




Causes of a fire

Nel passato il concetto di causa è stato coniugato in una visione che non teneva contodella pluralità causale tipica dei sistemi causali complessi.L'introduzione del concetto di complessità ha imposto l'opportunità di associare alconcetto di causa quello, specificatamente adottato ad esempio nell’ambito forense,di serie causale, nella quale più cause concorrono a un effetto.I sistemi complessi evolvono in maniera sia deterministica che indeterministica,soggetti a mutamenti sia casuali che necessari che vengono modernamente definitisistemi lineari e sistemi intricati.Il concetto di causa ha finito per incentrarsi sull'alternanza ontologica di causalitàlineare (necessità e determinismo) e causalità non‐lineare o intricata (indeterminismo)




INTERMEDIATECAUSE

CAUSE

APPARENTCAUSE

ROOTCAUSE

TRIGGERINGCAUSE NECESSARY

CAUSE

NECESSARYCAUSE

SUFFICIENTCAUSE

SUFFICIENTCAUSE

FACTOR REASON

ROOT CAUSE ANALYSIS

APPARENT CAUSE ANALYSIS

Schematizzazione delle varie cause possibili in una attività di Fire Investigation




Triggering causeLa causa scatenante dell’incendio è l’ultimo anello della catena. E’ l’episodio che haportato all’innesco dell’incendio alimentato e favorito da fattori remoti che hannocontribuito nel periodo di incubazione a creare le condizioni ideali per l’origine dellacausa scatenante.Apparent causeLa causa apparente è la causa più probabile di un problema che comporta un erroreprestazionale. Essa si determina su una quantità ragionevole di dati d’indagine. La suadeterminazione si basa molto sulla base del giudizio e l'esperienza dell’investigatoretramite mezzi meno rigorosi di valutazione di una causa principale. Una causaapparente in genere possiede un minimo potenziale di ripetizione.

INTERMEDIATECAUSE

CAUSE

APPARENTCAUSE

ROOTCAUSE

TRIGGERINGCAUSE NECESSARY

CAUSE

NECESSARYCAUSE

SUFFICIENTCAUSE

SUFFICIENTCAUSE

FACTOR REASON

ROOT CAUSE ANALYSIS

APPARENT CAUSE ANALYSIS




Intermediate causeUna causa di questo tipo è un nodo intermedio della catena causale che parte dallaradice di un problema causa dei suoi sintomi. Tutti i problemi hanno cause e laricerca di una soluzione ci porta a cercare indietro lungo la catena causale dasintomi di cause. Più ci avviciniamo alla radice delle cause, migliore è la soluzione.L’investigatore deve risolvere le cause profonde.Root causePer causa radice si intende la causa più basilare che può essere ragionevolmenteidentificata (Paradies, Busch).La parola chiave è la ragione all’origine della concatenazione di circostanze per cuil’incendio è accaduto. L’indagine deve ricostruire il quadro della situazione in cui si ègenerato l’evento. La causa radice è una causa profonda che generalmente non siritrova nell’ambito delle circostanze immediate dell’evento. Il processo diidentificazione è complesso anche dal punto di vista delle risorse, e che quindiesistono dei limiti di ragionevolezza nell’approfondimento delle indagini.Partendo dalla visione sistemica dell’errore secondo il modello di Reason, le causeradice si collocano generalmente a livello di latent failure, cioè di organizzazione.Occorre perciò non focalizzarsi su errori e violazioni (active failure) ma semprericercare quali sono le criticità al livello dei latent failure.

Forensic Fire Engineering



La norma NFPA 921 definisce la Fire Investigation come il processo per determinarele origini, le cause e l’analisi dei guasti di un incendio o esplosione.Tale disciplina trova collocazione nella forensic engineering la quale si differenziadall’ingegneria giuridica proprio per il fatto che essa si esplica nella fase processualeed extragiudiziale con lo scopo di fornire risposte di carattere tecnico‐scientifico aproblemi giuridicamente rilevanti.Essa esamina, dunque, le questioni tecniche in rapporto alla giurisprudenza,cercando di far convergere il pensiero dei tecnici e dei giuristi.Il fire investigator deve utilizzare un metro di valutazione che collimi con quello delgiurista al fine di evidenziare gli errori (negligenza, imperizia, imprudenza, ecc.)selezionando quelli che non hanno un nesso diretto con l’incendio.

STRUCTURALFIRE INVESTIGATION

INGEGNERIA GIURIDICAIN AMBITO ANTINCENDIO

INGEGNERIA LEGALE

ELAB. LEGISLAZIONE TECNICAANTINCENDIO

ELAB. NORME TECNICHEANTINCENDIO

ATT. PROCESSUALE

ATT. EXTRAGIUDIZIALE

Fire investigator = Perito CTU /CTP

INGEGNERIA ANTINCENDIOFORENSE




L’obiettivo cardine è quello di raggiungere la verità processuale sulla base di daticerti e scientificamente provati.

Espletandosi in fase processuale l’attività di Fire Investigation inizia con unapianificazione preventiva dell’evento accidentale, per poi estendersi,successivamente con l’espletamento di tutta una serie di fasi ispettive interne edesterne, alla struttura oggetto di investigazione.

La natura delle indagini da condurre potrebbe seguire percorsi diversi in rapportoalla committenza che le ha richieste cioè:

• Società assicurativa;• Autorità giudiziaria, ecc.

ed in funzione della complessità del quesito peritale/obiettivo richiesto.




Il ruolo della Fire Investigation, intesa come attività investigativa, riguarda l'esamedegli episodi legati agli incendi con la finalità di determinarne le cause.

Tale disciplina rientra nel campo dell’ingegneria forense, abbracciando diversi ambitie diventando ancora più specialistica se incentrata nella Structural Fire Investigationove le indagini strutturali hanno lo scopo di ricostruire il nesso eziologico fondato suprincipi scientifici che coniugano l’ingegneria strutturale con il diritto.




La progettazione investigativa, incentrata sul quesito peritale, rappresenta unostrumento di ausilio che mette in relazione i risultati del consulente tecnico conl’autorità giudiziaria che deve emettere un giudizio. Carenze di valutazione, errorinella raccolta dei dati nel corso del sopralluogo o simulazioni non attinenti allasituazione reale portano, per ogni fase, a dei parziali fallimenti che, combinati fra lorosecondo la sequenza illustrata nel grafico, possono portare al fallimento globaledell’intera attività investigativa.

INVESTIGATIVEACTIVITY TOTAL

PHASE 1

PHASE 2 PHASE "N-2"

PHASE "N"PHASE "N-1"

PHASE

ERROR

AXIS OF FAILURES

LATENT CONDICTIONS

VIOLATIONS

ACTIVE FAILURE

LATENT CONDITIONS

CONTRIBUTORYFACTORS

AFFECTINGFACTORS

REASONSFACTORS

UNSAFE ACT

ACTIVE FAILURE

LATENT FAILURE

HUMAN ERROR

KNOWLEDGEBASED

RULE BASEDMISTAKE

SKILL BASEDSLIP O LAPSE

VIOLATIONS

VIOLATIONSOF THE ROUTINE

VIOLATIONSRATIONAL

VIOLATIONSNEGLECT

VIOLATIONSFRAUDULENT




EVIDENCE 1 DEDUCTION 1 COMPATIBILITY' 1

EVIDENCE 2

DEDUCTION 2

COMPATIBILITY' 2 TOTALCOMPATIBILITY

DEDUCTION 2'


INITIALCAUSES

INTERMEDIATECAUSES

CAUSE OF THE FIRE EVIDENCE DEDUCTION COMPATIBILITY

phase 1

phase 2

phase 3

phase 4

PROCEDURE DI CONTROLLO INVESTIGATIVO

Il primo tipo di controllo che l’investigatore deve effettuare è del tipo lineare econseguenziale Le cause portano a una sequenza di evidenze, deduzioni e alle verifichedi compatibilità. Da ogni evidenza, possono derivare una o più deduzioni, a volteantitetiche tra loro, da valutare attraverso un giudizio di compatibilità.





EVIDENCE 2

DEDUCTION 2

COMPATIBILITY' 2 TOTALCOMPATIBILITY

DEDUCTION 2'


INITIALCAUSES

INTERMEDIATECAUSES

CAUSE OF THE FIRE EVIDENCE DEDUCTION COMPATIBILITY

phase 1

phase 2

phase 3

phase 4

Il secondo controllo è di tipo circolare e parte dalle evidenze. Esso, articolandosi inquattro fasi, verifica se: l’evidenza è compatibile con la deduzione di massima (phase 1); la deduzione è accettabile e conseguente alle cause (phase 2); le cause hanno carattere di compatibilità con quanto affermato (phase 3); la compatibilità totale è collegabile alle evidenze e controllo lineare (phase 4).




Il diagramma Fishbone ideato da Ishikawa, è uno strumento di gestione per l’analisidelle cause e può essere di ausilio nelle attività di Structural Fire Investigation con loscopo di ricostruire le cause scomponendole, a sua volta, in sub‐cause.

Tale diagramma rappresenta lo strumento che fornisce un approccio strutturato allaradice del problema. A capo dello schema vi è il problema che si sta analizzandomentre la struttura rappresenta le cause e le sub‐cause del problema da risolvere.

PROBLEM

CAUSE 1 CAUSE 2 CAUSE 3

CAUSE 4 CAUSE 5 CAUSE 6

SUB CAUSE 1SUB CAUSE

2SUB CAUSE 3




S T R U C T U R A L F IR E IN V E S T IG A T IO NA C T IV IT Y P L A N N IN G

A C C ID E N T A L E V E N T

P R E P A R A T IO N P R O C E S S

P R E L IM IN A R Y D IS C U S S IO N

D E P O S ITA N A L Y S IS

C A S E S T U D YP R O C E D U R E S

C O U R T T E S T IM O N Y

D E S IG N O F S T R U C T U R A LI N V E S T IG A T IO N

R E P O R T IN G

D E V E L O P M E N T O F IN V E S T IG A T IV EQ U E S T IO N E X P E R T

INVE

STIG

ATIV

E CO

NTEX

TJU

DICI

AL C

ONTE

XT

Il fire investigator, alla finedell’attività investigativa,predispone, per affrontare ilprocesso come parte attiva,un reporting che riporta lerisposte ai quesiti peritaliposti dal giudice mettendo inrisalto, in tutto il lavoro svolto,la metodologia adottata e lasua fondatezza scientifica alfine di definirecompiutamente il nessoeziologico tra causa ed eventoincendio.




L’individuazione delle cause di incendio in una struttura devono essere definiteglobalmente cioè tenendo conto della vita utile della struttura. Il grafico mostral’importanza della ricostruzione temporale delle caratteristiche prestazionali(performance characteristics) di una struttura procedendo a ritroso nel tempo.Nell’ambito della fire forensic la ricostruzione investigativa, intesa comemetodologia di inverse‐engineering, parte proprio dal fallimento sino ad arrivareal concepimento della struttura.

R E S P O N S A B IL IT IE S

S T R U C T U R E L IF E

T IM E L IN E E V E N T

M IN IM U MP E R F O R M A N C E

t3t0 t1 t4 t6t5t2

S E R V IC E L IF E

C U R V E O F R E S P O N S IB IL IT YIN T H E P L A N N IN G S T A G E

F IR E F O R E N S ICF IR E IN V E S T IG A T IO N

C U R V E O F R E S P O N S IB IL IT YIN T H E M A N IN T E N A N C E P H A S E

A S D E S IG N E D A S B U IL T A S A C T U A L A S F A IL E D

M A IN T E N A N C EW O R K

T H E O R IC A LC O M P E T E N C E

P E R F O R M A N C E C H A R A C T E R IS T IC S O F T H E S T R U C T U R E

M A IN T E N A N C EW O R K

B A C K A N A L Y S IS P R O C E D U R E

E A R L YD E S IG N E D

P H A S E

S T R U C T U R E 'SE A R L Y L IF E




Un processo di back‐analysis mette in evidenza tutti i deficit che ha subìto lastruttura (history of the structure) sino ad arrivare alla sua fase progettuale.Incentrare le indagini solo sulla causa scatenante senza conoscere le causepregresse/profonde porta ad una falsificazione della ricostruzione del nessoeziologico con notevole probabilità di fallimento dell’intera indagine investigativain sede giudiziaria.Il profilo di responsabilità, dà delle indicazioni immediate al giudice su tutte lecause/errori che hanno portato al fallimento strutturale evidenziando in manieratecnicamente leggibile negligenze, imperizie ed imprudenze ed individuando losnodo causale scatenante l’iter fallimentare. Il profilo di responsabilità ètecnicamente un metodo rappresentativo forense di ausilio nella formulazione dellarisposta connessa al quesito peritale.




Come già accennato, l’attività di Fire Investigation, nell’esaminare la complessità deiparametri dell’incendio, applica metodi di analisi e di valutazione con l’intento diacquisire il nesso eziologico necessario in tutti i procedimenti giudiziari.In genere è nel campo giuridico ed in quello assicurativo che l’eziologia di unincendio riveste un ruolo di primaria importanza con la ricerca della dolosità omeno dell’evento accidentale.Quindi è molto importante l’individuazione precisa delle cause, o almeno le piùprobabili e di conseguenza l'indagine, espletata per la sussistenza del nessoeziologico, deve prendere di mira il rapporto fra le varie cause, al fine di accertarese quelle prossime siano fattori eccezionali, avulsi dalla serie causale precedente,ovvero ne costituiscano solo lo sviluppo naturale.




La Structural Fire Investigation, inquadrata nell’ambito forense, permette di ricavaredati salienti trovando risvolti in diversi campi quali:• assicurativo, per il riconoscimento in sede giudiziale del diritto ad ottenere il

risarcimento di un danno al soggetto che ne lamenti gli effetti pregiudizievoli.• strutturale, per gli interventi di riparazione, consolidamento strutturale o

demolizione della struttura;• safety, per le prime valutazioni di messa in sicurezza della struttura danneggiata.

STRUCTURALFIRE INVESTIGATION

OBJECTIVES

ASSESSMENT OF THE DAMAGE COMPATIBILITYTO THE DESIGNED STRUCTURE

DETERMINATION OF STRUCTURALDAMAGES FOR CONSOLIDATION

INSURANCE

STRUCTURAL

DETERMINATION OF BURNTSTRUCTURE'S SAFETYSAFETY

FORENSIC ENGINEERING

STRUCTURAL ENGINEERING

JUDICIAL INVESTIGATIONS


Structural Fire Investigation‐ Back analysis della progettazione strutturale antincendio‐ Investigazione strutturale

2


)



Back analysis della progettazione strutturale antincendio



Ai fini investigativi appare opportuno identificare nella struttura oggetto di esame gliscenari significativi al fine di poter condurre le attività d’indagine più appropriate.In ambito giudiziario è importante evidenziare nella relazione finale d’indagine se loscenario d’incendio, che ha danneggiato la struttura, era prevedibile o imprevedibile(black swans).

Uno scenario d’incendio prevedibile comporta sicuramentedelle responsabilità mentre quello imprevedibile (blackswans) cambia completamente il profilo di responsabilità inun procedimento giudiziario.




DATI

STRUTTURA

CONDIZIONI AL CONTORNO

GLOBALE

LOCALE

VINCOLI

CARICHI

STATICI

AZIONI INDIRETTE(incendio)

SCENARIO DI CARICO

CONFIGURAZIONEDELLA STRUTTURA

SCENARIO DICONTINGENZA

PROJECT PHASE

FIRE INVESTIGATION

INVESTIGATIVE PHASE

FIRE SAFETY ENGINEERING

SCENARIO REALESULLA SCENA

Indagine sulla struttura

Indagine sui carichi e vincoli

Indagine sull'azione incendio

Scenari di contingenza e scenario reale d’incendio




Qualità strutturali.Le qualità dei materiali (soprattutto dal punti di vista chimico) permettono di giudicarele strutture. Dall’analisi di tali qualità possiamo evincere che nell’ambito della fireinvestigation occorre conoscere tali parametri fini in fondo al fine di poter eseguirele corrette valutazioni della struttura danneggiata da incendio.

REQUISITI O QUALITA'STRUTTURALI NELLA

PROGETTAZIONE DELLESTRUTTURE ANTINCENDIO

EFFICIENZA MECCANICA (ELEMENTARI)

SISTEMICHE(dipendenti dal tempo)

RESISTENZA OCAPACITA' PORTANTE

DUTTILITA'

RIGIDEZZA

STABILITA'

FIDATEZZA (DEPENDABILITY)

RESILIENZA(dopo azione accidentale)

DURABILITA'

ROBUSTEZZA(prima azione accidentale)

AFFIDABILITA'

RESISTENZA NEL TEMPO

EFFICIENZA FUNZIONALENEL TEMPO




Q UALITA ' STRUTTURALI NELLAPRO G ETTAZIO NE DELLE

STRUTTURE ANTINCENDIOO G G ETTO D I INVESTIG AZIO NE

EFFIC IENZA M ECCANICA (ELEM ENTARI)

S ISTEM ICHE(dipendenti dal tem po)

RESISTENZA OCAPACITA' PO RTANTE

DUTTILITA '

R IG IDEZZA

STABILITA '

FIDATEZZA (DEPENDABILITY)

RESILIENZA(dopo azione accidentale)

DURABILITA '

ROBUSTEZZA(prim a azione accidenta le)

AFFIDABILITA '

RESISTENZA NEL TEM PO

EFFIC IENZA FUNZIONALENEL TEM PO

STRUCTURAL FIRE INVESTIGATIONINVESTIGATIVE PHASE

STRUCTURAL FIRE INVESTIGATIONINVESTIGATIVE PHASE




L’investigatore deve capire in quale zona dello spazio ricade la struttura oggettodi investigazione valutando il comportamento del materiale che compone lastruttura (lineare o non) le interazioni e connessioni esistenti e il grado diincertezza .Più ci allontaniamo dall’origine dei tre assi e più diventa complicata la nostrastruttura. In termini di connessioni una struttura più è sciolta (loose) cioè menoconnessioni e più e facile. Il comportamento della struttura meno è lineare e più èdifficile. Stesso discorso sulle incertezze, più aumentano e più è difficile la gestionestrutturale.

Diagramma di Perrow




La Structural Fire Engineering e la Structural Fire Investigation rappresentano le duefacce delle stessa medaglia, cioè sono due discipline incentrate su metodologie(reverse engineering) e tecniche (back‐analysis) complementari avendo in comune glistrumenti (software di simulazione e modellazione incendi, laser scanning, ecc).

D IR E C T P R O B LE MA nalis i

S TR U C TU R A L F IR EIN V ES T IG A T IO N

F IR E P R O T E C T IO NIN V ES T IG A T IO N

F IR E S A F E TYIN V E S T IG A T IO N

S TR U C TU R A L F IR EE N G IN E E R IN G

F IR E P R O T EC T IO NE N G IN E E R IN G

F IR E S A F ETYE N G IN EE R IN G

FIR

E SA

FETY

INVE

STIG

ATIO

N

FIR

E SA

FETY

ENG

INEE

RING

IN P U T

O U TP U T R IS P O S TAS TR U TTU R A LE

A Z IO N I

C A R A T TE R IS T IC H EM E C C A N IC H E EG E O M E TR IC H E

IN V E R S E P R O B LE M SS intes i, identificaz ione e con tro llo

IN P U T

O U TP U T R IS P O S TAS TR U TTU R A LE

A Z IO N I

C A R A T TE R IS T IC H EM E C C A N IC H E EG E O M E TR IC H E

S TA TO D E I D A N N I




R I S P O S T AS T R U T T U R A L E

( s ta b il ità , s p o s ta m e n t i, e c c .)

M O D E L L A Z IO N E( S T R U T T U R A E A Z IO N I)

T E S T D IG IU D IZ IO N E G A T IV OP O S I T IV O

D A T I

STRU

CTUR

AL A

NALY

SIS

Verifi

ca st

ruttu

rale,

della

sicu

rezz

a e p

resta

ziona

le

c o n ta to re K = 0C O N C E P T U A L D E S IG N

P R E D I M E N S I O N A M E N T O

K = K + 1

P R O C E S S O I T E R A T IV O

STRU

CTUR

AL F

IRE

INVE

STIG

ATIO

N

Essa applica metodi di reverseengineering partendo dalla FireSafety Engineering che è unamultidisciplina atta adeterminare la strategia disicurezza per le strutture in casodi incendio e contiene, a cascata,al suo interno:• Fire Protection Engineering

che comprende tutte leprotezioni, attive e passive,atte a fornire il livello diprotezione soddisfacente perle strutture;

• Fire Structural Engineering chesi occupa di aspetti specificidella protezione passiva dalfuoco in termini di analisidegli effetti termici degliincendi.




Nell’attività investigativa di repertazione è importante catalogare i vari tipi dicollasso che ha subito la struttura. I meccanismi di collasso in genere possonoportare a:• implosione della struttura (no sway) dove gli elementi strutturali e non sono

ceduti all’interno della struttura stessa. Questo tipo di collasso è sicuramente piùfavorevole dell’esplosione in quanto è meno rischioso per i soccorritori cheoperano dall’esterno della struttura.

• esplosione (sway) con un collasso sfavorevole avvenuto in un’area non confinatama limitrofa alla struttura stessa.




Volendo classificare i vari tipi di collasso, utili per le attività investigative, possiamodefinirli nel seguente modo:

• Pancake: guasto su elemento portante che innesca la caduta di una parte rigidadella struttura su un altro e porta ad un impatto sequenziale sul resto della struttura,che collassa su se stessa.

• Zipper: redistribuzione dei carichi in percorsi alternativi a causa di un guastoimprovviso dell'elemento e concentrazione della forza con conseguenti fallimenti;

• Domino: ribaltamento rigido iniziale di un elemento che cadendo su un altroelemento innesca il ribaltamento dell’elemento vicino mediante trasformazionedell’energia potenziale in energia cinetica.



)


• Section: iniziale sezione di taglio e concentrazione delle tensioni che causano larottura di ulteriori componenti trasversali (frattura veloce) e la progressione delguasto nell'intera sezione;

• Instability: destabilizzazione di alcuni elementi in compressione a causa di unguasto iniziale di altri elementi stabilizzanti che innesca un collasso progressivo sututta la struttura;

• Mixed: alcuni crolli sono meno suscettibili di generalizzazione. Il crollo puòvariare e combinarsi in fallimenti progressivi combinati.




La figura sottostante mostra i due approcci seguiti con la Fire Safety Engineering e laFire Investigation in un contesto di prevenzione di eventi e protezione daconseguenze.

Investigazione strutturale sugli incendi



MATERIALE INFORMAZIONI DA ACQUISIREVELOCITA' DI CRESCITA

DELL'INCENDIO

TEMPO DI

CRESCITA

tg

VETRO

Rotture lisce a volte accanto alle linee della cornice VELOCE 150

Superficie screpolata con poche o senza macchie da fumoMEDIA CON CALORE INTENSO E

MINIMO FUMO300

vetro intenerito, ancora in posizioneLENTO PROLUNGATO CALORE

INTENSO600

Grosse macchie date dal fumo senza screpolature LENTA CON TANTO FUMO 600

LEGNO

Linea tagliente di delimitazione tra la parte carbonizzata

ed il legname intattoVELOCE 150

Delimitazione indistinta tra area carbonizzata e pulita LENTA 600

CARTA DA PARATIRivestimento nero rimasto sul muro a volte con il disegno

ancora visibileLENTA CON CALORE INTENSO 600

Nell’ambito delle attività di Fire Investigation la tabella seguente ci permette diricavare il tempo di crescita dell’incendio tg dall’analisi visiva dei segni lasciatidall’incendio sui materiali.



)


Temperatura di fusione dei metalli

METALLO GRADI CELSIUSPLATINO 1744FERRO 1535NICHEL 1455RAME 1084ORO 1063OTTONE 1015ARGENTO 961ALLUMINIO 660ZINCO 419PIOMBO 327STAGNO 232

COLORE DELLA FIAMMA TEMPERATURA STIMATA DELL’INCENDIO

Rosso 482‐900°CArancione 940°CGiallo 996‐1079°CBianco 1204°CBianco azzurro 1399°C

COLORE DEL FUMO ‐ MATERIALE IN COMBUSTIONENero kerosene, benzina, gomma,

catrame, petrolio, carbone, plasticaNero‐marrone TrementinaNero brunastro Diluente per smaltiMarrone‐nero NaftaMarrone Olio per cucinareGrigio‐marrone Legno, carta, stoffaGiallo‐verdastro Gas di cloroGiallo bruno Zolfo, polvere da sparo, acido

muriaticoBianco‐grigio BenzeneBianco Fosforo




PATH FIRE

ELEMENTSIN SEQUENCE

ELEMENT POITINGTOWARD THE FIRE

BURN PATTERNIN AN ATTIC

VARIATION OF THE DEPTH OFCARBONIZATION

ANALYSIS OF THE EXPOSEDSURFACE

FIRE PATTERNANALYSIS

ANALYSIS SEMIOTICSFIRE

ANALYSIS DIRECTIONFIRE

Schematizzazione della procedura di analisi del percorso del fuoco




Schematizzazione dell’analisi semiotica di un incendio

SIGNS

CLEARN BURN

LINES DEMARCATION

COLUMN ANDHOURGLASS

CONE ANDINVERTED CONE

PROTECTION

U-SHAPED

FIAMMABLE LIQUIDS

HEAT

SMOKEOUTSIDE

INSIDE

ANALYSIS SEMIOTICSFIRE






)


Vector Material Effect Fire Patterns Analysis 1 Gypsum

wallboard Clean burn Clean burn extending from doorway 5’ into

compartment. Indicating intensity near the doorway. 2 Gypsum

wallboard Color change

Increasing line of demarcation moving down hallway. Indicating fire travel from the living room into the hallway.

3 Gypsum wallboard

Clean burn Clean burn extending from doorway to loveseat. Indicating intensity near the doorway.

4 PU foam Loss of mass

Backrest cushion completely consumed, horizontal cushion still present. Near uniform heating from top down. Indicating a hot gas layer generated pattern.

5 Gypsum wallboard

Depth of calcination

Deeper calcination measurements in s corner of east wall; increasing line of demarcation towards n wall. Indicating fire travel from south end of room to north.

6 Wood Char; depth of char

Greater visible and measurable char near sofa. Indicating fire travel from sofa.

7 Wood Char; depth of char

Greater visible and measurable char near sofa. Indicating fire travel from sofa.

8 Wood Char; Loss of mass

Loss of mass near sofa. Indicating fire travel from end table.

9 PU foam / wood

Loss of mass; char

Near complete loss of mass to right armrest; greater loss of mass and char along right side of kickboard. Indicating fire travel from end table.

10 PU foam / wood

Loss of mass; char

Interior face of left armrest significant charring versus slight char on exterior face. Indicating fire travel from de of

f11 Gypsum wallboard


Largest area of clean burn; deep calcination behind right side of sofa and lesser towards hallway and east wall. Fire travel from rt side of sofa.

12 Gypsum wallboard


Great area of clean burn; deep calcination measurements behind end table. Indicating fire travel




Sketch and (b) photograph of post fire damage patterns showing the location of the firebomb, burning fire pool, and significant lines and areas of demarcations. Source: D.J. Icove and J.D. DeHaan. “Forensic Fire Scene Reconstruction,” Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2004.Experimental formation of an “Hourglass” burn pattern by a fire plume (a) Analysis of fire pattern indicators, (b) Graphical location of virtual origin with respect to fuel package and ceiling jet.Source: D.J. Icove and J.D. DeHaan. “Forensic Fire Scene Reconstruction,” Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2004.




SOURCE OF HEAT

DIRECTION OF FIRE TRAVEL

WALL STUDS

B

d1

dn

Elements in sequence

La direzione di propagazione del fuoco lungo una sequenza di elementi lignei puòessere spesso identificata per risalire all’origine attraverso l’esame delle relativealtezze degli elementi bruciati.In generale, gli elementi più corti e più carbonizzati saranno più vicino ad unasorgente di fuoco rispetto agli altri elementi più alti e meno carbonizzati.Le altezze degli elementi rimanenti possiedono un’altezza maggiore man mano chaaumenta la distanza da una fonte di calore.Il dislivello rappresenta la gravità di carbonizzazione, come meglio mostrato infigura.




Element pointing toward the fire

SOURCE OF HEAT

DIR

EC

TIO

N O

F FI

RE

TR

AV

EL

La forma della sezione trasversale deglielementi lignei tenderà a produrre dellefrecce che puntano verso la zona dellasorgente di calore. Ciò è causato dallacombustione fuori dagli angoli acuti deibordi verso la fonte di calore che liproduce, come mostrato nella figura.

DIRECTION OF FIRE TRAVEL

AB Line of carbonization

Residual section

Variation of the depth of carbonization

L’effetto delle fiamme produconocarbonizzazione sulla faccia del legno.Tale spessore di carbonizzazionedipende anche dalla sorgente del fuococome meglio illustrato in figura.




Burn pattern in an attic

Un foro bruciato in una superficie orizzontale può essere identificato dall’esame deilati inclinati del foro stesso. Lati che degradano dall'alto verso il basso verso il forosono indicatori che il fuoco era dall'alto.Lati che sono più larghi in fondo e pendenza verso l'alto verso il centro del foroindicano che ile fiamme provenivano dal basso.




PERFORMANCE APPROACHFIRE SAFETY ENGINEERING

ANALYSIS OF EXPERIENCESFIRE INVESTIGATION

MODELINGFIRE SAFETY ENGINEERING

STUDY OF FAILURESFIRE INVESTIGATION

APPROACH TOOPTIMATION OF FIRE

INDIRECT

LO AD OF FIRE

PLANT PROTECTION

VENTILATION

APPRO ACH TOO PTIM ATIO N O F FIRE

DIRECT

G EO M ETRY O F THE STRUCTUREAND TYPE O F M ATERIAL

HYPERSTATICITY

FIRE CO M PARTM ENTATION

Fire Investigation come strumento di ausilio per l’ottimizzazione strutturale





Fire Investigation sui materiali strutturali‐ legno, calcestruzzo, acciaio, murature

3

Structural Fire Investigation



3

GATHER INITIALINFORMATION

1

INTERNAL EXAMINATIONFIRE SCENE

2

EXTERNAL EXAMINATIONFIRE SCENE

Foto e video esterni

5Test di laboratorio

COMPUTATIONAL FIREINVESTIGATION

Collezione eventis ignificativi

4Disamina

Documentazione progettuale

Analis i dettagli esecutivi

Aspetti gestionali

DOCUMENTARY CHECKS

CONCLUSION ANDREPORTING3

RACCOLTAINFORMAZIONI INIZIALI

Raccolta testimonianze

OPERAZIONI

FASI1

ESAME INTERNODELLA SCENA

ISPEZIONE ESTERNA ISPEZIONE INTERNA

Analis i semiotica dell'incendio

2

ESAME ESTERNODELLA SCENA

Descr iz ione investigativaesterna

5

Modellazione dell'azioneincendio


ATTIVITA' FUORI DALLA SCENA

Ricognizione del materialecombustibile presente

Informazioni preliminari

4

CONTROLLIDOCUMENTALI

Letturastrutturale esterna

Condizioni ambientali

CONCLUSIONI ERAPPORTO

Analis i strutturale deglieffetti dell'incendio

Descr izione investigativainterna

Letturastrutturale interna

REPERTAMENTO

Ricostruzione dell'evento

Foto e video interni

La struttura è stata concepita in cinque fasi specifiche e distinte, ad ognuna delle quali sono state associate determinate operazioni investigative

STRUCTURAL FIRE INVESTIGATION: ASPETTI APPLICATIVI




3


1


2


5


Collezione eventisignificativi

4

DOCUMENTARY CHECKS

3



OPERAZIONI

FASI1


Analisi semiotica dell'incendio

2


5


4



Descrizione investigativaesterna





Descrizione investigativainterna


REPERTAMENTO

Scale investigative – struttura smallL’investigazione può essere più o meno complessa, riguardare strutturecompletamente devastate da un incendio di notevole magnitudo (accident) ointeressare strutture relativamente semplici o riguardare incidenti poco rilevanti (nearmiss). In alcuni casi l’investigazione da condurre può essere abbastanza semplice,(small), senza la necessità di espletare le ultime due fasi e quindi senza ricorrere acontrolli documentali, simulazioni con FDS, modellazioni strutturali o condurre test dilaboratorio.



)


Struttura mediumPer incendi distruttivi si può quindi ricorrere ad un’analisi della scena esterna,(medium), poiché il collasso strutturale esclude la terza fase e le relative operazioni.

3


1


2


5Test di laboratorio



4

DOCUMENTARY CHECKS

3



OPERAZIONI

FASI1


2


5


4






DisaminaDocumentazione progettuale

Analisi dettagli esecutivi

Aspetti gestionali

ISPEZIONE ESTERNA







Analisi strutturale deglieffetti dell'incendio

Ricostruzione dell'evento




3


1


2


5



4

DOCUMENTARY CHECKS

3


OPERAZIONI

FASI1


Analisi semiotica dell'incendio

2


5


4


Analisi dettagli esecutivi

Aspetti gestionali









Analisi strutturale deglieffetti dell'incendio

Descriz ione investigativainterna


REPERTAMENTO

DisaminaDocumentazione progettuale

Struttura personalizedCi sono inoltre delle situazioni in cui l’investigatore può condurre l’attivitàpersonalizzandola al caso specifico come meglio rappresentato nella Figura. Questocomporta l’eliminazione di qualche operazione ritenuta non necessaria. A titolo diesempio potrebbe verificarsi il caso di mancanza di testimoni sulla scena, oppureevitare i test di laboratorio e la ricostruzione forense della scena, ecc..