Metodi Analitici Di Verifica Di Resistenza Al Fuoco Ed Annessi Nazionali Degli Eurocodici

RESISTENZA AL FUOCO DELLE

STRUTTURE ANNESSI NAZIONALI

DEGLI EUROCODICI

dott. ing. LUCA PONTICELLIC.N.VV.F. (Area V

D.C.P.S.T.)

Seminario tecnicoParma, 18 settembre 2013

1 IL COMPORTAMENTO AL

FUOCO DEI MATERIALI DA COSTRUZIONE:

ASPETTI GENERALI

DA UN PUNTO DI VISTA qualitativo, NEI CONFRONTI DELLINCENDIO:

23

C.A. LEGNO METALLO

1

LE STRUTTURE IN C.A.

Caratteristiche salienti:PREGI

Incombustibilit

Bassa conducibilit

(1/50 dellacciaio c.a.)

Sezioni molto spesse (bassi fattori di sezione)

DIFETTI

Presenza di acqua nel materiale (spalling

dei

cls HSC)

RISCALDAMENTO

Temperatura (C) Cosa accade

1000

900 In genere questa

la massima temperatura

800

700

600 Perdita della capacit

portante

500 Limite convenzionale per le sezioni resistenti

400

300 Il cls assume colore rosato

200

400 Possibili fenomeni di spalling

DANNEGGIAMENTI TIPICI

DEL C.A.

LE STRUTTURE IN LEGNO


Bassa conducibilit

dello strato carbonizzato

Sezioni massicce (bassi fattori di sezione)

DIFETTI

Combustibilit

RISCALDAMENTO

Temperatura (C) Cosa accade

1000



800

700

600

500

400

300

< 200 E

la temperatura del legno non carbonizzato

SEZIONE RESIDUA

SEZIONE RESIDUA

DANNEGGIAMENTO TIPICO DELLE STRUTTURE IN LEGNO

LE STRUTTURE IN METALLO (acciaio ed alluminio)


Incombustibilit

Assenza di acqua nel materiale

DIFETTI

Alta conducibilit

Sezioni snelle (alti fattori di sezione)

RI

S

C

A

L

D

A

M

E

N

T

O Temperatura (C) Cosa accade

1000



800

700

600

500 Perdita della capacit

portante

400

300

200

400

Acciaio

Alluminio

DANNEGGIAMENTI TIPICI DELLE STRUTTURE METALLICHE

2 LE METODOLOGIE PER LA

VERIFICA AL FUOCO DI ELEMENTI STRUTTURALI

CAMPO DI APPLICAZIONEIl D.M. 16/2/07 si applica ai prodotti ed agli elementi costruttivi incorporati permanentemente in opere civili e per i quali

richiesto il requisito di resistenza al

fuoco.

La prestazione nei confronti della resistenza al fuoco di un prodotto o di un elemento costruttivo pu essere effettuata mediante:

VALUTAZIONE DELLA PRESTAZIONE

PROVE SPERIMENTALI CALCOLI ANALITICI CONFRONTO CON TABELLE

LA CLASSIFICAZIONE DI RESISTENZA AL FUOCO

Simbolo Significato Campo di applicazione Simbolo Significato Campo di applicazione

R Capacit

portante Muri, solai, tetti, travi, colonne, balconi, scale, passerelle, controsoffitti, pavimenti sopraelevati.P

PHContinuit

di corrente o capacit

di segnalazione.

Cavi elettrici e loro sistemi di protezione dal

fuoco

E TenutaMuri, solai, tetti, controsoffitti, facciate continue, pavimenti

sopraelevati, sistemi di sigillatura, porte, canalizzazioni, condotte di ventilazione, serrande tagliafuoco, condotti di

estrazione del fumo.G

Resistenza allincendio della

fuliggine.Camini

I IsolamentoMuri, solai, tetti, controsoffitti, facciate continue, pavimenti

sopraelevati, sistemi di sigillatura, porte, canalizzazioni, condotte di ventilazione, serrande tagliafuoco, condotti di

estrazione del fumo.K Capacit

di protezione al fuoco.

Rivestimenti per pareti e soffitti

W Irraggiamento Muri, facciate continue, porte, chiusure. DDurata della stabilit

a temperatura costante.

M Azione meccanica Muri. DHDurata della stabilit

lungo la curva standard temperatura

tempo.

CDispositivo

automatico di chiusura

Porte, chiusure di passaggi. FFunzionalit

degli evacuatori motorizzati

di fumo e calore.

Evacuatori di fumo motorizzati

S Tenuta al fumo Serrande tagliafuoco, condotti di estrazione del fumo. BFunzionalit

degli evacuatori naturali di

fumo e calore.

Evacuatori di fumo naturali

Classi: 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240, 360 minuti

IL FOCUS SUL METODO ANALITICOAllegato C

Modalit

per la classificazione in base ai risultati di calcoli

C.1 I metodi di calcolo della resistenza al fuoco hanno l'obiettivo di consentire la progettazione di elementi costruttivi portanti, separanti o non separanti, resistenti al fuoco anche prendendo in considerazione i collegamenti e le mutue interazioni con altri elementi, sotto specifiche condizioni di esposizione al fuoco e attraverso il rispetto di criteri prestazionali e l'adozione di particolari costruttivi.

C.2 Le condizioni di esposizione al fuoco sono definite in specifici regolamenti e basate sugli scenari di incendio in essi prescritti o su quelli attesi. Nei medesimi regolamenti sono definite le combinazioni di carico da considerare agenti

insieme all'azione del fuoco e i coefficienti di sicurezza sui materiali e sui modelli.

Condizioni di esposizione al fuoco (ossia incendi di progetto):

Definiti nelle regole tecniche di prevenzione incendi o nel DM 9

marzo 2007

Definiti nel DM 14 gennaio 2008 (NTC) per le attivit

non soggette ai controlli VF in base al DPR 151/2011

Combinazioni di carico e coefficienti di sicurezza

Definiti nel DM 14 gennaio 2008 (NTC)

RIASSUMENDO IL QUADRO NORMATIVO

S NO

APPROCCIO PRESCRITTIVO (classe R/REI imposta dal

D.M. xxxx)

S

S

CLASSE R/REI IN FUNZIONE DEL LIVELLO DI

PRESTAZIONE IMPOSTO

NO

VERIFICA PER TUTTA LA DURATA DELLINCENDIO

(ed anche con classe R/REI ridotta)

NO

CLASSE R/REI IN FUNZIONE DEL LIVELLO DI

PRESTAZIONE IMPOSTO

S

ATTIVIT NORMATA DA SPECIFICHE DISPOSIZIONI DI

PREVENZIONE INCENDI (D.M. xxxx)

ATTIVIT SOGGETTA AI CONTROLLI VV.F. (D.M. 16/2/1982)

APPROCCIO PRESCRITTIVO (D.M. 9/3/2007)

APPROCCIO PRESCRITTIVO (D.M. 14/1/2008)

APPROCCIO PRESCRITTIVO =

APPROCCIO PRESTAZIONALE =

LEGENDA

DPR 151/2011

COMBINAZIONI DELLE AZIONI - D.M. 9/3/2007 punto 5

SUCCESSIVA- MENTE

ENTRARONO IN VIGORE LE

NTC 2008

NTC 2008 (D.M. 14/1/2008 in corso di revisione)

. . .

G

G

Q

G

MUTUE INTERAZIONI TRA GLI ELEMENTI

D.M. 9/3/2007 punto 5

QUINDI LANALISI STRUTTURALE CON CURVE NATURALI DI INCENDIO VA CONDOTTA, DI NORMA, SULLINTERA STRUTTURA!

APPROCCI ALLANALISI STRUTTURALE

ANALISI PER SINGOLI ELEMENTICOMODA ED USATA GENERALMENTE SE LINCENDIO MODELLATO CON CURVE

NOMINALI

ANALISI DI PARTI DI STRUTTURE O DELLINTERO COMPLESSO

DA USARE SE LINCENDIO

MODELLATO CON CURVE NATURALI

IL FOCUS SUL METODO ANALITICOC.3 I metodi di calcolo da utilizzare ai fini del presente decreto sono quelli contenuti negli Eurocodici di seguito indicati se completi delle appendici

contenenti i parametri

definiti a livello nazionale (NOPS

):

C.3.1 EN 1991-1-2 Azioni sulle strutture -

Parte 1-2: Azioni generali -

Azioni sulle strutture esposte al fuoco

C.3.2 EN 1992-1-2 Progettazione delle strutture di calcestruzzo -

Parte 1-2: Regole generali -

Progettazione strutturale contro l'incendio

C.3.3 EN 1993-1-2 Progettazione delle strutture di acciaio -

Parte 1-2 Regole generali -


C.3.4 EN 1994-1-2 Progettazione delle strutture miste acciaio calcestruzzo - Parte 1-2: Regole generali -


C.3.5 EN 1995-1-2 Progettazione delle strutture di legno -



C.3.6 EN 1996-1-2 Progettazione delle strutture di muratura -



C.3.7 EN 1999-1-2 (Progettazione delle strutture di alluminio -



GLI ANNESSI NAZIONALI DEGLI EUROCODICI E LA CIRCOLARE 4638 DEL 5 APRILE 2013

IL FOCUS SUL METODO ANALITICOC.4 In attesa della pubblicazione delle appendici nazionali degli Eurocodici,

possibile limitare l'impiego dei metodi di calcolo alla sola verifica della resistenza al fuoco degli elementi costruttivi portanti, con riferimento agli Eurocodici indicati in C.3.2, C.3.3, C.3.4 e C.3.5 con i valori dei parametri da definire a li-vello nazionale presenti nelle norme stesse come valori di riferimento ovvero con riferimento alle norme UNI di seguito indicate:

C.4.1 UNI 9502 Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costrut-tivi di conglomerato cementizio armato, normale e precompresso

C.4.2 UNI 9503 Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costrut-tivi di acciaio

CA.3 UNI

9504 Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costrut-tivi di legno

POSSIBILIT CESSATA

IL FOCUS SUL METODO ANALITICOC.5 I metodi di calcolo di cui in C.3 e C.4 possono necessitare della determinazione, al variare delle temperature, dei parametri termofisici dei sistemi protettivi eventualmente presenti sugli elementi costruttivi portanti. In questi casi i valori che assumono detti parametri vanno determinati esclusivamente attraverso le prove indicate all'articolo 2 comma 4 del presente decreto ed elencate nella tabella A.3 dell'allegato A. (Norme EN n.d.r.)

I valori dei parametri presenti nelle norme citate in C.4 possono essere ancora utilizzati purch

il produttore, sulla base di idonee esperienze sperimentali, dichiari

sotto la propria responsabilit, che il sistema protettivo garantisca le prestazioni definite in suddette norme, nonch

aderenza e coesione per tutto il tempo

necessario e ne fornisca le indicazioni circa i cicli di posa o di installazione. Tale possibilit

decade con l'obbligo della marcatura CE dei sistemi protettivi,

prevista in

conformit

alla pertinenti specificazioni tecniche ovvero dopo 3 anni dall'entrata in vigore del presente decreto (possibilit decaduta n.d.r.).

Elaborazioni numeriche dei valori di detti parametri, che esulano dall'ambito delle prove indicate all'articolo 2 comma 4 del presente decreto o dalle norme citate in C.4 sotto le condizioni suddette, non sono valide ai fini della verifica della resistenza al fuoco degli elementi costruttivi portanti (si seguono esclusivamente le norme di prova n.d.r.).

IL METODO TABELLARE

LUNICO METODO TABELLARE INTESO NEL

SENSO FORNITO DAL D.M. 4 maggio 1998 QUELLO DEL D.M. 16 febbraio 2007 !!!

IPOTESI DI BASE:

IL METODO TABELLARE

UN METODO RIGIDO:

NON SONO AMMESSE INTERPOLAZIONI O ESTRAPOLAZIONI

GLI ELEMENTI TRUTTURALI SONO ESPOSTI ALLINCENDIO STANDARD

SONO ESCLUSI I PROFILATI DI CLASSE 4

SI CONSIDERANO TRAVI APPOGIATE, COLONNE E TIRANTI

IL PRODUTTORE DEI RIVESTIMENTI DEVE DICHIARARNE LIDONEITA

LA POSSIBILITA

DI RICORRERE ALLE TABELLE DELLACCIAIO E

DECADUTA IL 25/9/2010.

3 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI

ELEMENTI IN ACCIAIO

ACCIAIO

METODI ANALITICI SEMPLIFICATI DELLEUROCODICE 3 PARTE 1-2

IL METODO DELLA temperatura critica

Nellipotesi di distribuzione uniforme della temperatura la condizione di collasso si verifica quando leffetto dei carichi (eventualmente ridotti a seguito di ridistribuzione) eguaglia la resistenza della membratura:

Efi,d = Rfi,d(cr) Nellipotesi che la resistenza a caldo si possa esprimere come aliquota di quella ad inizio incendio mediante il coefficiente di riduzione della tensione di snervamento (e dunque NON NEL CASO DI VEIRFICHE DI STABILIT):

Efi,d = k(cr)Rfi,d,0 Introdotto il coefficiente di utilizzazione ad inizio incendio 0

:d,0fi,

dfi,0 R

E=La condizione di collasso diviene:

da cui si deduce la cr0 = ky,cr

(1)

(2)

(3)

(4)Per le sezioni

snelle

in

acciaio cr,a

= 350C

ESPRESSIONE DELLA TEMPERATURA CRITICA

LANALISI TERMICA

( )t

VA

cK

a

g =

a

Analisi semplificata

Modellazione dellincendio

Propriet del materiale

Analisi F.E.M.

materiale non protetto

Fattoredi sezione

K(g ) dt A = Q = dU = V ca d

LANALISI TERMICA

Modellazione dellincendio

Fattoredi sezione

Propriet del protettivo

materiale protetto VA

dcc p

paa

pp =

g,t10a,tg,tp

aap

pa,t 1e-t

31

VA

cd

+=

Propriet del materiale

LE PROPRIET

DEI PROTETTIVI DELLACCIAIO

Si valutano in base alle due norme europee:

EN 13381-4 reattivi e passivi

EN 13381-8 reattivi

di fondamentale importanza la definizione del fattore di sezione A/V.

LE CURVE DI

RISCALDAMENTO

Per gli elementi protetti, queste curve possono essere costruite solo se sono noti i valori dei parametri termofisici dei protettivi in base alle norme EN 13381-4 e EN 13381-8.

00 ===

VA

dcc

c ppaa

ppp Si trascura lassorbimento

del protettivo

UN ESEMPIO APPLICATIVO PROGETTO DI

UNA TRAVE INFLESSA R30

qfi,d

= 20,0kN/m

L = 6,0 m

Mfi,d

= qfi,d

xL2/8= 90 kNm

Mr,d,0

= Wxfy

/a

= 642550x235/1,0 = 151 kNm

(a

= 1,0 in base al N.A.D.)

0

= Mfi,d

/Mr,d,0

= 90/151 = 0,6

HE200B (A/V aderente = 156 m-1)

CALCOLO DELLA TEMPERATURA CRITICA

a,cr

(0,6) = 554C

CALCOLO DELLA TEMPERATURA DELLA TRAVE NON PROTETTA DOPO 30 minuti

760C > 554C

LA TRAVE DEVE ESSERE PROTETTA

A/V = 156 m-1

PROGETTO DEL PROTETTIVOSi sceglie un protettivo di tipo reattivo applicato a pennello sulla trave testato in base alla EN 13381-4. Dal rapporto di valutazione emesso da un laboratorio abilitato si evince che servono 400 m di protettivo per tenere il profilo al di sotto della

temperatura critica

R30

350C

400C

450C

500C

550C600C

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 50 100 150 200 250 300

Am/V (m-1)

S

p

e

s

s

o

r

e

d

i

p

r

o

t

e

t

t

i

v

o

(

m

)

UN ESEMPIO APPLICATIVO VERIFICA DI UNA COLONNA COMPRESSA

HEA 200

A = 5380 mm2

p = 1136 mm

Acciaio S355

H = 3m

Nfi,d

= 400 kN Esposizione: 15 minuti allincendio ISO 834 sui quattro lati

La verifica

soddisfatta se:

Nfi,d < Nb,fi,,r,d

m,fi

yy,fidR,,b,fi,

fkAN

== 1,0

MEMO

Relazione valida solo per profilati di classe 1, 2 e 3. Per i profilati di classe 4 la cr

di 350 C.

1. DETERMINAZIONE DELLA TEMPERAURA DEL PROFILATO (a

)

Am

/V = p/A = 1136/5380 = 0,211 mm-1

= 211 m-1

a

620 C

2. CALCOLO DELLA TENSIONE DI SNERVAMENTO DI PROGETTO A CALDO (fy,,d

)

fy,,d

= fy

ky, / m,fi

=

= 355

0,42 / 1,0 =

= 150 N/mm2

620 C

ky,620 = 0,42

kE,620 = 0,27

a = 620C

3. CALCOLO DEL COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA PLASTICA (fi

)

Parametri Formulazione a freddo Formulazione a caldo

; fi 22 1

+

2

2

1

+

; 0,5[1++ 2] 0,5[1++ 2]

; = ( -0,2) =

; Valore tabellato (0,13 0,76) y

f2350,65 =

; cr

y

NfA

=

E,

y,

E,

y,

cr

y k

k

kk

NfA

==

Snellezza adimensionalizzata

Parametro di imperfezione

3. CALCOLO DEL COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA PLASTICA (fi

)

3077kN3000

13360000210000L

EIN 22

2

2

cr ===

0,7883077000

3555380N

fA

cr

y ===

0,9830,270,420,788

kk

kk

NfA

E,

y,

E,

y,

cr

y ===

=

0,5293552350,65

f2350,65

y ===

0,5200,9830,529 ===

0,500,9831,2431,243

1

1222

2

fi =+=

+=

= 0,5[1+

+2]=0,5(1+0,520+0,9832) = 1,243

3 m

4. VERIFICA A CALDO

KN 4001,0

3550,4253800,50fk

ANm,fi

yy,fidR,,b,fi, ==

=

La verifica soddisfatta.

La temperatura di 620C

la temperatura critica del profilato in quanto la resistenza eguaglia lazione corrispondente.

Qualora la verifica non fosse stata soddisfatta, sarebbe stato necessario proteggere opportunamente il profilato per

ritardarne il riscaldamento.

APPLICANDO brutalmente IL METODO DELLA TEMPERATURA CRITICA:

NEL CASO DI VERIFICHE DI STABILITA IL METODO DELLA TEMEPRATURA CRITICA NON RISULTA CONSERVATIVO

d,0fi,

dfi,0 R

E=

Efi,d

= 400 kN

KN 16421,0

3551,053800,86fk

ANRm,fi

yy,fidR,b,fi,20,d,0fi, ==

==

0

= 400/1642 = 0,24 (coefficiente di utilizzazione)

= 697 C > 620 C !!!

CALCOLO DELLA RESISTENZA AD INIZIO INCENDIO

3077kN3000

13360000210000L

EIN 22

2

2

cr ===

0,7883077000

3555380N

fA

cr

y ===

0,5293552350,65

f2350,65

y ===

0,4170,7880,529 ===

0,860,7880,8480,848

1

1222

2

fi =+=

+=

= 0,5[1+

+2]=0,5(1+0,417+0,5292) = 0,848

5. CLASSIFICAZIONE DELLA SEZIONE A CALDO

0,6923552350,85

f2350,85

y===

A caldo:

ANIMA

20,66,5134

tc

w==

ALI

8,21082

tc

f==

LA SEZIONE DI CLASSE 3

un decalogo per ricapitolare

1) Dallo schema strutturale (isostatico o iperstatico per la ridistribuzione delle azioni).2) Dalle azioni agenti in condizioni di incendio (per il calcolo coefficiente di utilizzazione 0 )3) Dalle propriet meccaniche del materiale4) Dalle propriet

termiche del materiale 5) Dalla modellazione dellincendio (curve nominali, curve naturali).6) Dalla presenza di rivestimenti protettivi (lastre, vernici ).7) Dalla classificazione delle sezioni e dalla loro forma8) Dal fattore di sezione che influisce sulla velocit

di riscaldamento della stessa (A/V).

ed

inoltre:

9) Dalla corretta esecuzione ad opera di personale specializzato10) Dalla corretta manutenzione delle strutture

La resistenza al fuoco di una costruzione, in generale, dipende:


ELEMENTI IN CLS ARMATO

CEMENTO ARMATO

METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELLEUROCODICE

2 PARTE 1-2

IL METODO DELLISOTERMA A 500C (EC2 1-2)

H

B

beff

heff

Isoterma a 500C

Barra reagente alla temperatura s

Sezione di cls reagente a 20C

ESEMPIO CALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTE DI UNA SOLETTA

IN C.A. DOPO UNESPOSIZIONE ALLINCENDIO STANDARD DI 60 minuti SECONDO EC2 1-2

B = 100 cm

H = 25 cm

Copriferro netto: 2 cmBarre 10/10

a

=

2

,

5

c

m

Calcestruzzo: fcd

= fck

/c,fi

= 25/1,0 = 25,0 N/mm2Acciaio: fyd

= fyk

/s,fi

= 440/1,0 = 440,0 N/mm2sy

= fyd

/Es

= 440/(1,0 x 200000) = 0,22%

I COEFFICIENTI PARZIALI DI SICUREZZA SONO RIPORTATI NEI N.A.D.

MAPPATURA TERMICA

s = 450C

>500C = 2 cm

CALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTE

fcd x

Ass

x

t = 60

T60

= 0,8As

fyd

= 0,810 102/4

440/1,00 = 276,5 kN

C60

= h

fcd

x

B

mm 13,810000,8

1,0251,0

276500Bf

Tx

cd

60 =

==

( ) ( ) 5,35%13,83,513,825-250

xxa-H cu3s ===

Mu,d,60

= C60

x (H

a

x/2) = 276,4 (250

25

0,813,8/2) = 60,7 kNm

< 25 -

2 = 23 cm

> sy

= 0,22%

PROGETTO DEL PROTETTIVONellipotesi che il momento di progetto della soletta sia superiore a

quello

resistente calcolato per lesposizione allincendio di 60 minuti (75kNm), si progetta lo spessore di protettivo da applicare per garantire la

resistenza

richiesta dopo il prefissato tempo di esposizione allincendio.

Si adottano i risultati di test condotti in base alla norma ENV 13381-3.

Md

= 75 kNm

Mr,d,60

= 60,7 kNm

Affinch

il momento resistente di progetto sia pari a 75 kNm,

necessario che aumenti lo sforzo di trazione delle barre di armatura, penalizzato dalla temperatura raggiunta (450C

k = 0,8). Lapplicazione del protettivo

raffredda

la sezione e ne incrementa la capacit

portante.

Procedendo per tentativi, si calcola lo sforzo di trazione delle

barre affinch

si raggiunga la richiesta resistenza. Tale sforzo

di 345 kN, ottenibile con una

tensione di snervamento non ridotta per effetti termici. In sostanza, lacciaio deve essere mantenuto ad una temperatura non superiore a 400C.

CALCOLO DEL COPRIFERRO DI

PROGETTO DELLACCIAIO

30 mm

CALCOLO DELLO SPESSORE DI PROTETTIVO DI

PROGETTO

Per garantire i 3 cm di copriferro,

necessario applicare uno spessore di protettivo allintradosso della soletta tale da risultare equivalente ai 5 mm di calcestruzzo mancanti per i 60 minuti di esposizione allincendio standard.

La norme ENV 13381-3 introduce il concetto di spessore equivalente.

Se ne riporta un esempio:

dp

(mm) 30 min 60 min 90 min 120 min 180 min 240 min

d,pmin

(mm) 2,0 3,9 7,8 9,9 10,1 - -

p,dmax

(mm) 4,0 5,3 11,0 14,9 16,5 16,6 15,9

La norma ammette linterpolazione lineare. Dallesempio si vede che uno spessore di 2 mm di protettivo

sufficiente.

IN CASI PI

COMPLESSI (SI PU RICORRERE AI DOMINI DI INTERAZIONE N-M)

Dominio di interazione N-M colonna 40x40 in c.a. armata con 416(esposizione su 4 lati)

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000N (KN)

M

(

k

N

m

)

A freddo 30 min60 min90 min120 min180 min

Punto di progetto

Inizio incendio

CEMENTO ARMATO

IL METODO TABELLARE DEL D.M. 16/2/2007

ELEMENTI IN C.A. (R)TRAVI APPOGGIATE

Classe Combinazioni possibili di b e a bw

30 b = 80a = 25 120 / 20 160 / 15 200 / 15 80

60 b = 120a = 40 160 / 35 200 / 30 300 / 25 100

90 b = 150a = 55 200 / 45 300 / 40 400 / 35 100

120 b = 200a = 65 240 / 60 300 / 55 500 / 50 120

180 b = 240a = 80 300 / 70 400 / 65 600 / 60 140

240 b = 280a = 90 350 / 80 500 / 75 700 / 70 160

PILASTRI CIRCOLARI (b = ) O RETTANGOLARI (b = bmin )

Classe Esposti su pi

lati Esposti su un lato

30 b = 200 / a = 30 300 / 25 160 / 25

60 b = 250 / a = 45 350 /40 160 / 25

90 b = 350 / a = 50 450/40 160 / 25

120 b = 350 / a = 60 450 / 50 180 / 35

180 b = 450 / a = 70 - 230 / 55

240 - - 300 / 70

ClassePARETI PORTANTI PARETI NON PORTANTI

Esposte su un lato Esposte su due lati Esposte su un lato

30 s = 120 / a = 10 120 / 10 s = 60

60 s = 130 / a = 10 140 / 10 s = 80

90 s = 140 / a = 25 170 / 25 S = 100

120 s = 160 / a = 35 220 / 35 S = 120

180 s = 210 / a = 50 270 / 55 S = 150

240 s = 270 / a = 60 350 / 60 S = 180

I valori di a devono essere non inferiori ai minimi di regolamento per le opere di c.a. e c.a.p.

In caso di armatura pre-tesa aumentare i valori di a di 15 mm. In presenza di intonaco i valori di b e a ne devono tenere conto nella maniera indicata nella tabella relativa ai solai in c.a. e

c.a.p.

Per ricoprimenti di calcestruzzo superiori a 50 mm prevedere una armatura diffusa aggiuntiva che assicuri la stabilit

del ricoprimento.

b b b

bw

COLONNE O PARETI ESPOSTE

Hmax 6,0m

Hmax 4,5 mCOLONNE O

PARETI ESPOSTE

Hmax 6,0m

Hmax 4,5 m


ELEMENTI IN LEGNO

LEGNO

METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELLEUROCODICE

5 PARTE 1-2

Perimetro iniziale

Linea di carbonizzazione

Spessore carbonizzato

Zona carbonizzataZona di pirolisi

Zoom

DETERMINAZIONE DELLA VELOCIT

DI CARBONIZZAZIONE

IL METODO DELLA SEZIONE RESIDUA (EC5 1-2)

SEZIONE RIDOTTA

SEZIONE INIZIALE

ELEMENTI NON PROTETTI ED ELEMENTI PROTETTI CON MATERIALI AVENTI

tch 20 min

ELEMENTI PROTETTI CON MATERIALI

AVENTI tch> 20 min

t (min) t (min)

PERIMETRO DELLA SEZIONE

RIDOTTA


RESIDUA

SPESSORE CARBONIZZATO

n tSPESSORE IN

FASE DI CARBONIZZAZIONE

SEZIONE RIDOTTA

SEZIONE INIZIALE

ELEMENTI NON PROTETTI ED ELEMENTI PROTETTI CON MATERIALI AVENTI

tch 20 min

ELEMENTI PROTETTI CON MATERIALI

AVENTI tch> 20 min

t (min) t (min)


RIDOTTA


RESIDUA

SPESSORE CARBONIZZATO

n tSPESSORE IN

FASE DI CARBONIZZAZIONE

ZONADI

PIROLISI

ESEMPIO METODO DELLA SEZIONE RESIDUA

12 cm

26 cm

sezione residua

hfi

bfi sezione iniziale

2fi,M

20modfi,d mm

N0,300,1

0,2425.10,1f

kf ===

322

fififi cm 9,5066

9,228,56hb

W ===fi,d2

fi

fifi fmm

N8,13506900

7000000WM


ELEMENTI IN MURATURA

MURATURA

IL METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELLEUROCODICE

6 PARTE 1-2

IL METODO DELLA SEZIONE RESIDUA (EC6 1-2)

Si mappa termicamente lelemento strutturale esposto allincendio standard, si elimina la porzione di materiale ritenuta inefficace ai fini della resistenza e si verifica la membratura caratterizzata dalla porzione di materiale resistente con i metodi ordinari della tecnica delle costruzioni e le regole della parte generale dellEurocodice 6.La resistenza al compressione di progetto per una parete o una colonna esposta allincendio standard

data dalla seguente espressione:

1

e 2

(con 1

< 2

) sono temperature che individuano tre porzioni di sezione trasversale dellelemento:-il materiale a temperatura fino a 1

considerato pienamente resistente-il materiale a temperatura superiore a 2

considerato inefficace-il materiale a temperatura intermedia tra 1

e 2

considerato parzialmente resistente (???).

( )22,d11,d)i(fi,d,R AfAfN +=

ESEMPIO METODO DELLA SEZIONE RESIDUA

B

B

Isoterma 2

Isoterma 1

tFr

Sezione residua

Pilastro murario 50x50 cmxcm

alto 3 m realizzato in

blocchi di laterizio pieni ed esposto allincendio standard sui quattro lati per 90 minuti.

Lallegato C di EN 1996 1-2 stabilisce le seguenti due temperature limite per la muratura in esame:1

= 100C;2

= 600C.

Dalla mappatura termica riportata nella figura C3

dellEurocodice EN 1996 1-2, si ricava che lo spessore di muratura a temperatura superiore a 600C

di 2,5 cm e lo

spessore di muratura a temperatura superiore a 100C

di 10,0 cm.Per tale motivo, il lato della sezione residua di muratura da considerare nel calcolo

pari a 30 cm e tFR

pari a 45 cm. Lincremento di eccentricit

dei carichi

in quanto il cimento termico

simmetrico. Si trascura il materiale oltre i 100C

MURATURA

IL METODO TABELLARE DEL D.M. 16/2/2007 E DELLA

CIRCOLARE M.I. 15/2/2008

MURATURE NON PORTANTI (EI)BLOCCHI DI LATERIZIO

Classe

Blocco con percentuale di foratura > 55 %

Blocco con percentuale di foratura < 55 %

Intonaco normale

Intonaco protettivo

antincendio

Intonaco normale

Intonaco protettivo

antincendio

30 s = 120 80 100 80

60 s = 150 100 120 80

90 s = 180 120 150 100

120 s = 200 150 180 120

180 s = 250 180 200 150

240 s = 300 200 250 180

Intonaco normale: intonaco tipo sabbia e cemento, sabbia

cemento e calce, sabbia calce e gesso e simili caratterizzato da

una massa volumica compresa tra 1000 e 1400 kg/m3Intonaco protettivo antincendio: Intonaco tipo gesso, vermiculite o argilla espansa e cemento o gesso, perlite e gesso e simili

caratterizzato da una massa volumica compresa tra 600 e 1000 kg/m3

Classe

BLOCCHI DI CALCESTRUZZO NORMALE CLS ALLEGGERITO

Blocco con fori

monocamera

Blocco con fori

multicamera o pieno

Blocco con fori mono o multicamera o pieno

Blocco con fori monocamera

Blocco con fori

multicamera o pieno

Intonaco normale

Intonaco protettivo

antincendio

30 s = 120 100 (*) 100 (*) 80 (*) s = 100 80 (*)

60 s = 150 120 (*) 120 (*) 100 (*) s = 120 80 (*)

90 s = 180 150 150 120 (*) s = 150 100 (*)

120 s = 240 180 200 150 s = 200 150

180 s = 280 240 250 180 s = 240 200

240 s = 340 300 300 200 s = 300 240

(*) Solo blocchi pieni (percentuale foratura < 15%)

BLOCCHI DI PIETRA SQUADRATA

Classe Blocco pieno

30 S = 150

60 S = 150

90 S = 250

120 S = 250

180 S = 360

240 S = 360H

4

m

ISO 834

su un lato !!!

MURATURE PORTANTI (REI)Materiale Tipo blocco 30 60 90 120 180 240

Laterizio (*) Pieno (foratura

15%) 120 150 170 200 240 300

Laterizio (*)

Semipieno e forato (15% < foratura

55 %) 170 170 200 240 280 330

Calcestruz

zo

Pieno, semipieno e forato (foratura

55 %) 170 170 170 200 240 300

Calcestruz

zo leggero (**)

Pieno, semipieno e forato (foratura

55 %) 170 170 170 200 240 300

Pietra squadrata Pieno (foratura

15 %) 170 170 250 280 360 400

(*) presenza di 10 mm di intonaco su ambedue le facce ovvero di

20 mm sulla sola faccia esposta al fuoco; i valori in tabella si riferiscono agli

elementi di laterizio sia normale che alleggerito in pasta

(**) massa volumica netta non superiore a 1700 kg/m3

H

8

m

h/s

20

7 LA VERIFICA AL FUOCO DI

SOLAI

SOLAI

IL METODO TABELLARE DEL D.M. 16/2/2007

SOLAI IN C.A. E C.A.P. (R)

TIPOLOGIA 30 60 90 120 180 240

Solette piene con armatura

monodirezionale

H = 80a = 10

H = 120a = 20

H = 120a = 30

H = 160a = 40

H = 200a = 55

H = 240a = 65

Solai misti di lamiera di acciaio (cassero) con riempim. in cls

Hm = 80a = 10

Hm

=

120a = 20

Hm

=

120a = 30

Hm

=

160a = 40

Hm

=

200a = 55

Hm

=

240a = 65

Solai a travetti con alleggerimento

H = 160a = 15

H = 200a = 30

H = 240a = 35

H = 240a = 45

H = 300a = 60

H = 300a = 75

Solai a lastra con alleggerimento

H = 160a = 15

H = 200a = 30

H = 240a = 35

H = 240a = 45

H = 300a = 60

H = 300a = 75

Valori minimi per il requisito R. Le misure sono espresse in mm. H

rappresenta lo spessore della soletta, a

rappresenta la distanza dallasse delle barre di armatura dalla superficie esposta allincendio

STANDARD. La tabella va letta con le indicazioni fornite nel D.M. 16/2/2007.

PER I REQUISITI EI

DEI SOLAI:

Classe 30 60 90 120 180 240

Tutte le tipologie h = 60 / d = 40 60 / 40 100 / 50 100 / 50 150 / 60 150 / 60

In presenza di intonaco i valori di h e di a ne possono tenere conto nella maniera indicata nella tabella D.5.1. In ogni caso a non deve mai essere inferiore a 40 mm.In presenza di strati superiori di materiali di finitura incombustibile (massetto, malta di allettamento, pavimentazione, etc.) i valori di h ne possono tener conto

Per garantire i requisiti di tenuta e isolamento i solai di cui alla tabella D.5.1 devono presentare uno strato pieno di materiale isolante, non combustibile e con conducibilit

termica non superiore a quella del calcestruzzo, di cui almeno

una parte in calcestruzzo armato. La tabella seguente riporta i valori minimi (mm) dello spessore h dello strato di materiale isolante e della parte d di c.a., sufficienti a garantire i requisiti EI per le classi indicate.

UN ESEMPIO:a = 6,0 + 0,6 = 6,6 cm (copriferro lordo)

H = 6,0 + 15,0 + 5,0 = 26,0 cm (altezza strutturale)R 120

h = 6,0 + 5,0 + 4,0 = 15,0 cm (strato isolante continuo)

H = 6,0 + 5,0 = 11,0 cm (spessore di cls continuo nello strato isolante)

EI 240

6

15

5

barre 12

4

Pavimento incombustibile + massetto

predalla

Alleggerimento (es. polistirolo)

SOLAIO REI 120 !!!

SOLAI

IL METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELLEUROCODICE

4 PARTE 1-2

120

ESEMPIO VERIFICA DI

UN SOLAIO MISTO

ACCIAIO-CLS

Il requisito di tenuta E

si assume che sia sempre soddisfatto(cfr. par. 4.3.2 (6) di EN 1994 1-2)

VERIFICA DEL REQUISITO Ih1

= 120-58 = 62 mm

h2

= 58 mm

h3

= 0 mm (nessun massetto)

l1

= 101 mm

l2

= 62 mm

l3

= 207-101 = 106 mm

Limite Valore del parametro Verifica

50,0

h1

125,0 mm h1

= 62 mm OK

50,0

h2

100,0 mm h2

= 58 mm OK

80,0

l1

155,0 mm l1

= 101 mm OK

32,0

l2

132,0 mm l2

= 62 mm OK

40,0

l3

115,0 mm l3

= 106 mm OK

3r5

34

r32110i l

1LAa

l1a

LAaahaat +++++=

V

E

R

I

F

I

C

A

D

I

A

P

P

L

I

C

A

B

I

L

I

T

D

E

L

M

E

T

O

D

O

tempo di superamento

del requisito

I

2212

22

212

r

2ll

h2l

2ll

h

LA

++

+=

3

2212

2

221

322

l2

llh

2ll

lh

+

++=

1fattore di sezione del dente

fattore di configurazione della flangia superiore

=

dalla

norma

VERIFICA DEL REQUISITO R

243

r2

310a bbL

Abl1bb ++++=

354

r32

2

310s l

1ccLAczc

hu

cc +++++=

( ) fi,d,cpl31slabi fzllF += Equilibrio alla traslazione in condizioni di plasticizzazione

Temperatura

lamiera

Temperatura

barre

di armatura

lato

acciaio lato

cls

dalla

norma

8 LEGHE DI

ALLUMINIO

LEGHE DI ALLUMINIO

IL METODO ANALITICO SEMPLIFICATO

DELLEUROCIDICE 9 PARTE 1-2

SI TRATTANO IN ANALOGIA CON LACCIAIO

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 100 200 300 400 500

Temperature (C)

k

0

,

2

EN AW-5052 OEN AW-5052 H34EN AW-5083 OEN AW-5083 H113EN AW-5454 OEN AW-5454 H32EN AW-6061 T6EN AW-6063 T6EN AW-6082 T6

Per le sezioni

snelle

in lega di alluminio cr,aL

= 170C

0 = k0,2,cr

9 IL METODO SPERIMENTALE

NORMATIVA

-

I rapporti di prova emessi entro il 31/12/1985 decadranno il 25/9/2008.-

I rapporti di prova emessi entro il 31/12/1995 decadranno il 25/9/2010.-

I rapporti di prova emessi entro il 30/09/2007 decadranno il 25/9/2012.

Le prove si effettuano accoppiando alla norma EN 13501 (valida in generale per tutte le prove di resistenza al fuoco) le norme di prodotto specifiche.

A lato un esempio di marcatura CE di una trave prefabbricata.

PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI MURO RESISTENTE AL FUOCO

PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI SOLAIO MISTO ACCIAIO-CALCESTRUZZO

PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI TRAVE DI ACCIAIO

PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI PANNELLO LEGGERO

PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI CONTROSOFFITTO A MEMBRANA AUTOPORTANTE

PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI PORTONE SCORREVOLE METALLICO

PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI CHIUSURA COMPLESSA VETRATA

PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI CAMPIONE DI SIPARIO DI SICUREZZA

PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI SERRANDE TAGLIAFUOCO

PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI ATTRAVERSAMENTI SOLAIO

9 RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

Fire Safety Engineering Design of Structures

di J. A. PurkissPubblicato da Butterworth

& Heinemann

(2007)

Resistenza al fuoco delle costruzionidi Luca Ponticelli e Mauro Caciolai

a cura di Claudio De AngelisPubblicato da UTET per il CNVVF (2008)

Resistenza al fuoco delle strutturedi Roberto LenziE.P.C.

(2004)

Progettazione di strutture in acciaio e composte acciaio-

calcestruzzo in caso di incendiodi E. Nigro, S. Pustorino,

G. Cefarelli, P. PrinciPubblicato da Hoepli (2010)

Reazione e resistenza al fuocodi Lamberto Mazziotti, Giuseppe Paduano

e Saverio La MendolaPubblicato da EPC (2010)

Structural Design for Fire Safety

di Andrew Hamilton BuchananPubblicato da Wiley

& Sons

(2001)

TraduzioneP. Gambarova

e R. Felicetti

(2009) HOEPLI

GRAZIE DELLATTENZIONE

DOTT. ING. LUCA PONTICELLI

RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTUREANNESSI NAZIONALI DEGLI EUROCODICI1IL COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI MATERIALI DA COSTRUZIONE:ASPETTI GENERALIDA UN PUNTO DI VISTA qualitativo,NEI CONFRONTI DELLINCENDIO: LE STRUTTURE IN C.A.RISCALDAMENTODANNEGGIAMENTI TIPICI DEL C.A.LE STRUTTURE IN LEGNORISCALDAMENTODANNEGGIAMENTO TIPICO DELLE STRUTTURE IN LEGNOLE STRUTTURE IN METALLO(acciaio ed alluminio)RISCALDAMENTODANNEGGIAMENTI TIPICI DELLE STRUTTURE METALLICHE2LE METODOLOGIE PER LA VERIFICA AL FUOCO DI ELEMENTI STRUTTURALICAMPO DI APPLICAZIONELA CLASSIFICAZIONE DI RESISTENZA AL FUOCOIL FOCUS SUL METODO ANALITICORIASSUMENDO IL QUADRO NORMATIVOSlide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21IL FOCUS SUL METODO ANALITICOSlide Number 23IL FOCUS SUL METODO ANALITICOIL FOCUS SUL METODO ANALITICOIL METODO TABELLAREIPOTESI DI BASE:3LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN ACCIAIOACCIAIOIL METODO DELLA temperatura criticaESPRESSIONE DELLA TEMPERATURA CRITICALANALISI TERMICA LANALISI TERMICA LE PROPRIET DEI PROTETTIVI DELLACCIAIO LE CURVE DI RISCALDAMENTOUN ESEMPIO APPLICATIVOPROGETTO DI UNA TRAVE INFLESSA R30CALCOLO DELLA TEMPERATURA CRITICACALCOLO DELLA TEMPERATURA DELLA TRAVE NON PROTETTA DOPO 30 minutiPROGETTO DEL PROTETTIVOUN ESEMPIO APPLICATIVOVERIFICA DI UNA COLONNA COMPRESSA1. DETERMINAZIONE DELLA TEMPERAURA DEL PROFILATO (qa)2. CALCOLO DELLA TENSIONE DI SNERVAMENTO DI PROGETTO A CALDO (fy,q,d)3. CALCOLO DEL COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA PLASTICA (cfi)3. CALCOLO DEL COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA PLASTICA (cfi)4. VERIFICA A CALDOAPPLICANDO brutalmente IL METODO DELLA TEMPERATURA CRITICA: CALCOLO DELLA RESISTENZA AD INIZIO INCENDIO5. CLASSIFICAZIONE DELLA SEZIONE A CALDO un decalogo per ricapitolare 4LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN CLS ARMATOCEMENTO ARMATOIL METODO DELLISOTERMA A 500C (EC2 1-2)ESEMPIOCALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTE DI UNA SOLETTA IN C.A. DOPO UNESPOSIZIONE ALLINCENDIO STANDARD DI 60 minuti SECONDO EC2 1-2MAPPATURA TERMICACALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTEPROGETTO DEL PROTETTIVOCALCOLO DEL COPRIFERRO DI PROGETTODELLACCIAIOCALCOLO DELLO SPESSORE DI PROTETTIVO DI PROGETTOIN CASI PI COMPLESSI(SI PU RICORRERE AI DOMINI DI INTERAZIONE N-M)CEMENTO ARMATOELEMENTI IN C.A. (R)5LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN LEGNOLEGNODETERMINAZIONE DELLA VELOCIT DI CARBONIZZAZIONEIL METODO DELLA SEZIONE RESIDUA (EC5 1-2)ESEMPIOMETODO DELLA SEZIONE RESIDUA6LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN MURATURAMURATURAIL METODO DELLA SEZIONE RESIDUA (EC6 1-2)ESEMPIOMETODO DELLA SEZIONE RESIDUAMURATURAMURATURE NON PORTANTI (EI)MURATURE PORTANTI (REI)7LA VERIFICA AL FUOCO DI SOLAISOLAISOLAI IN C.A. E C.A.P. (R)PER I REQUISITI EI DEI SOLAI:UN ESEMPIO:SOLAISlide Number 80Slide Number 81Slide Number 828LEGHE DI ALLUMINIOLEGHE DI ALLUMINIOSI TRATTANO IN ANALOGIA CON LACCIAIO9IL METODO SPERIMENTALENORMATIVASlide Number 88PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATISOLAIO MISTO ACCIAIO-CALCESTRUZZOPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATITRAVE DI ACCIAIOPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATIPANNELLO LEGGEROPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATICONTROSOFFITTO A MEMBRANA AUTOPORTANTEPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATIPORTONE SCORREVOLE METALLICOPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATICHIUSURA COMPLESSA VETRATAPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATICAMPIONE DI SIPARIO DI SICUREZZAPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATISERRANDE TAGLIAFUOCOPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATIATTRAVERSAMENTI SOLAIO9RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICISlide Number 99Slide Number 100

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Metodi Analitici Di Verifica Di Resistenza Al Fuoco Ed Annessi Nazionali Degli Eurocodici