1 RESISTENZA AL FUOCO VERIFICA AL FUOCO DELLE STRUTTURE IN C.A

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RESISTENZA AL FUOCO

VERIFICA AL FUOCO

DELLE STRUTTURE IN C.A.

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RESISTENZA AL FUOCO

Programma del corso:

• Riferimenti normativi

• Mappatura termica delle sezioni

• Verifiche di resistenza

• Applicazioni tramite software C.D.S. Win

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RIFERIMENTI NORMATIVI SULLA RIFERIMENTI NORMATIVI SULLA RESISTENZA AL FUOCORESISTENZA AL FUOCO

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Riferimenti normativiNormativa di riferimento

Decreto Ministeriale del 9/03/2007


Norma UNI 9502/2001


Eurocodice 2 Parte 1-2

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Riferimenti normativiDecreto Ministeriale del 16/02/1982

I locali, le attività, i depositi, gli impianti e le industrie pericolose i cui progetti sono soggetti all'esame e parere preventivo dei comandi provinciali dei vigili del fuoco ed il cui esercizio è soggetto a visita e controllo ai fini del rilascio del «Certificato di prevenzione incendi», nonché la periodicità delle visite successive, sono determinati come dall'elenco allegato

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Riferimenti normativiElenco delle attività ad elevato rischio di incendio industrie e depositi di cui agli articoli 4 e 6 del DPR n. 175/1988

fabbriche e depositi di esplosivi;

centrali termoelettriche;

aziende estrattive di oli minerali e gas combustibili;

impianti e laboratori nucleari;

depositi al chiuso di materiali combustibili aventi superficie superiore a 20.000 m2;

attività commerciali ed espositive con superficie aperta al pubblico superiore a 10.000 m2;

scali aeroportuali, infrastrutture ferroviarie e metropolitane;

alberghi con oltre 200 posti letto;

ospedali, case di cura e case di ricovero per anziani;

scuole di ogni ordine e grado con oltre 1000 persone presenti;

uffici con oltre 1000 dipendenti;

cantieri temporanei o mobili in sotterraneo di lunghezza superiore a 50 m o ove si impiegano esplosivi;

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Riferimenti normativi

Nei casi in cui alle strutture sia richiesta la resistenza meccanica in situazioni di incendio,queste devono essere progettate e costruite in modo tale da conservare laloro funzione capacità portante durante il pertinente tempo di esposizione al fuocoCriterio "R“ (Resistenza)

Nei casi in cui è richiesta la compartimentazione, le membrature devono essere progettate in modo tale da conservare la loro funzione di separazione

non si manifesti il collasso dell'integrità (tenuta) dovuto ad aperture larghe quanto basta a causare la penetrazione dell'incendio Criterio "E“ (Tenuta)

non si manifesti il collasso dell'isolamento dovuto alla temperatura della superficie non esposta Criterio “I“ (Isolamento)

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Riferimenti normativiClassi di resistenza al fuoco

gli elementi di separazione tra un compartimento e l’altro (strutture e pannelli interni) dove generalmente è richiesta la REI

gli elementi di separazione tra compartimento e l’esterno (strutture di copertura e pannelli esterni) dove può essere richiesta la R o la RE

gli elementi strutturali interni (pilastri, travi, solai non di compartimentazione, ecc.) dove è richiedibile la sola R

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Tipi di incendioIncendio standard

0 40 80 120 160 200

0

400

800

1200

T [

°C]

t [min]

10( ) 20 345log 8 1T t t

10

Tipi di incendioIncendio da idrocarburi

T [

°C]

t [min] 0 40 80 120 160 200

0

400

800

1200

( ) 20 1080 1 0.325exp 0.167 0.675exp 2.5T t t t

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Tipi di incendioIncendio esterno

T [

°C]

t [min] 0 40 80 120 160 200

0

400

800

1200

( ) 20 660 1 0.687exp 0.32 0.313exp 3.8T t t t

12

Tipi di incendio

T [

°C]

t [min] 0 40 80 120 160 200

0

400

800

1200

Incendio S tandard

Incendio da Idrocarburi

Incendio Esterno

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MAPPATURA TERMICA MAPPATURA TERMICA DELLE SEZIONIDELLE SEZIONI

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Mappatura termica

x

y

Il problema della propagazione del calore in una sezione è retto dall’equazione differenziale di Fourier

2 2

2 2

( , , ) ( , , ) ( , , )T x y t T x y t T x y tc

x y t

( , , )T x y t temperatura interna

densità di massa

c calore specifico

conduttività termica

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Mappatura termica

x

y

2 2

2 2

( , , ) ( , , ) ( , , )T x y t T x y t T x y tc

x y t


Condizione iniziale

0( , , 0)T x y t T

0 20T C temperatura iniziale della sezione

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Mappatura termica

x

y

2 2

2 2

( , , ) ( , , ) ( , , )T x y t T x y t T x y tc

x y t


Condizioni al contorno

( , , ) ( , , )( , , ) 0c c c c

x y c c

T x y t T x y tn n q x y t

x y

( , , )c cq x y t flusso di calore

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Mappatura termicaCondizioni al contorno

q

q

Contorno esposto

4 4

E r E rq T T T T T T

273[ ]E

r

T

T C

temperatura comparto esposto

18


Contorno esposto

4 4


q

q

flussi di calore scambiati per convezione

19


Contorno esposto

4 4


q

q

flussi di calore scambiati per radiazione

20


q

q

q Contorno non esposto

Nq T T

Contorno esposto

4 4


NT temperatura comparto non esposto

21

Mappatura termica

q

q

q

Condizioni al contorno

Contorno adiabatico

0q

Contorno non esposto

Contorno esposto

4 4


Nq T T

22


ch h: coefficiente di scambio di calore per convezione

2 1

2 1

2 1

25 incendio standard ed esterno

50 incendio da idrocarburi

9 non esposto

W m K

h W m K

W m K

4 4


c: coefficiente che tiene conto dei diversi

tipi nazionali di prove

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4 4


r res

r: coefficiente che tiene conto dei diversi

tipi nazionali di prove

: fattore di configurazione 0 1

tiene conto della presenza di schermature

res: fattore di emissività 1res

tiene conto del calore trasferito per irraggiamento da pareti, soffitto e pavimento

: costante di Bolzmann

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Mappatura termicaC.D.S. Win: dati generali

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Mappatura termica

L’equazione di Fourier è risolta tramite Elementi Finiti

Sono utilizzati E.F. triangolari e quadrangolari con dimensione massima pari a 2 cm (UNI 9502/2001)

La mesh è più fitta nella zona perimetrale della sezione

Si tiene conto della presenza delle armature longitudinali

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Mappatura termica

Comparto esposto al fuoco

Comparto non esposto

27

Mappatura termica

15 min 30 min 60 min

120 min 150 min 180 min

28

Mappatura termicaC.D.S. Win: dati sezione

29


30


31


32


33


34


35


36

Mappatura termica

Verifiche di accuratezza

37

Mappatura termica

Verifiche di accuratezza : confronto con EC2

38

Mappatura termica


0 40 80 120 160 200a [ m m ]

0

200

400

600

800

1000

T [

°C

]

t = 30 m in

EC 2

C .D .S . W in

39

Mappatura termica


0 40 80 120 160 200a [ m m ]

0

200

400

600

800

1000

T [

°C

]

t = 60 m in

EC 2

C .D .S . W in

40

Mappatura termica


0 40 80 120 160 200a [ m m ]

0

200

400

600

800

1000

T [

°C

]

t = 90 m in

EC 2

C .D .S . W in

41

Mappatura termica


0 40 80 120 160 200a [ m m ]

0

400

800

1200

T [

°C

]

t = 120 m in

EC 2

C .D .S . W in

42

Mappatura termica


0 40 80 120 160 200a [ m m ]

0

400

800

1200

T [

°C

]

t = 180 m in

EC 2

C .D .S . W in

43

Mappatura termica


0 40 80 120 160 200a [ m m ]

0

400

800

1200

T [

°C

]

t = 240 m in

EC 2

C .D .S . W in

44

Mappatura termica

Verifiche di accuratezza

45

Mappatura termica

Verifiche di accuratezza : confronto con L.G. ASSOBETON

Linee Guida ASSOBETON C.D.S.

46

Mappatura termica



47

Mappatura termica



48

Mappatura termica



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VERIFICHE DI RESISTENZAVERIFICHE DI RESISTENZA

50

Verifiche di resistenza

Proprietà dei materiali

Resistenza caratteristica a compressione del calcestruzzo

0( ) ( ) 20ck c ckf T k T f T C

1.0 20 100

1600 1500 100 400( )

900 625 400 900

0 900 1200

c

C T C

T C T Ck T

T C T C

C T C

51


Proprietà dei materiali : Calcestruzzo

0 200 400 600 800 1000 1200T [°C ]

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

Kc

52


Proprietà dei materiali : Acciaio

Resistenza caratteristica dell’acciaio

0( ) ( ) 20sk s ykf T k T f T C

1.0 20 350

( ) 6650 3500 350 700

1200 5000 700 1200c

C T C

k T T C T C

T C T C

Travi e solette

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Resistenza caratteristica dell’acciaio

0( ) ( ) 20sk s ykf T k T f T C

1.0 20 100

1100 1000 100 400( )

8300 12 5000 400 650

1200 5500 650 1200

c

C T C

T C T Ck T

T C T C

T C T C

Pilastri

54



0 200 400 600 800 1000 1200T [°C ]

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

Kc

Travi - Solette

P ilastri

55


Proprietà dei materiali

0 200 400 600 800 1000 1200T [°C ]

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

Kc

0 200 400 600 800 1000 1200T [°C ]

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

Kc

Travi - Solette

P ilastri

Calcestruzzo Acciaio

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Verifica a flessione

La verifica è condotta utilizzando un modello a fibre della sezione

N

M

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Verifica a flessione

La verifica è condotta utilizzando un modello a fibre della sezione

Si suddivide la sezione in fibre (sfruttando la discretizzazione in E.F.)

Si assegna la temperatura ad ogni fibra

Si valuta la resistenza ridotta di ogni fibra

Si determina il momento ultimo della sezione così modellata

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Verifica a taglio

Metodo della sezione trasversale ridotta

La sezione trasversale danneggiata dal fuoco viene rappresentata mediante una sezione trasversale ridotta

Per ogni parte rettangolare si considera una parete equivalente di spessore 2w per la quale viene calcolato lo spessore az

M

az az

w w

M

az

w w

M

az

az

az az

w w

az

az az

w w

M

59


Verifica a taglio

Metodo della sezione trasversale ridotta

La sezione trasversale danneggiata dal fuoco viene rappresentata mediante una sezione trasversale ridotta

Per ogni parte rettangolare si considera una parete equivalente di spessore 2w per la quale viene calcolato lo spessore az

La resistenza a compressione e il modulo di elasticità della sezione ridotta di calcestruzzo vengono assunti costanti e uguali a quelli valutati in corrispondenza del punto M

60


Verifica a taglio

La sezione ridotta è determinata tramite il Metodo delle zone

,1

0.21

( )n

ck m ck ii

nf f Tn

w

T Ti

w

61


Verifica a taglio

La sezione ridotta è determinata tramite il Metodo delle zone

w

T Ti

M aw

w

,1

0.21

( )n

ck m ck ii

nf f Tn

,1( )ck m

zck M

fa w

f T

62


Verifica a taglio

La verifica è condotta utilizzando il metodo del traliccio ad inclinazione variabile

VR

63


Verifica a taglio

La verifica è condotta utilizzando il metodo del traliccio ad inclinazione variabile

( ) 0.9 sen( ) cotg( ) cotg( )wRs yd

AV d f

s

2( ) 0.9 sen ( ) cotg( ) cotg( )Rc w cdV b df

2( ) ( ) ; sen ( ) sen( )w ydR Rs Rc

w cd

A fV V V

sb f

64


Combinazione dei carichi

65

Verifiche di resistenzaTabulati di stampa

Moltiplicatore ultimo a flessione (OK >1)

66


Coefficiente di impegno a taglio (OK <1)

Tabulati di stampa

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Documents

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