RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO · Resistenza al fuoco delle strutture Mauro Madeddu DM 09/03/2007: “Prestazioni di resistenza al fuoco delle costruzioni nelle attività

Torino 13 Ottobre 2014

“SISTEMI DI CALCOLO DELLA RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE PORTANTI E SEPARANTI: ACCIAIO, LEGNO, MURATURA E CCA”

RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO FSC Engineering srl :Samuele Sassi

Pietro Crespi

COMPORTAMENTO CALCESTRUZZO 2

Resistenza al fuoco delle strutture

Pietro Crespi

ACCIAIO VS. CALCESTRUZZO 3


Pietro Crespi

4


LEGNO VS. CALCESTRUZZO

Pietro Crespi

PANORAMA NORMATIVO5

Resistenza al fuoco delle strutture Mauro Madeddu

Regolamento Prodotti da Costruzione n °°°°305/2011 (CPR) entrato in vigore dal 01/07/2013 (abbroga la direttiva europea 89/106/CEE – direttiva prodotti)

requisito essenziale 2: sicurezza in caso di incendio

D.P.R. 151/2011 “Regolamento recante semplificazione della disciplina dei procedimenti relativi alla prevenzione degli incendi, a norma dell'articolo 49, comma 4-quater, del decreto-legge 31 maggio 2010, n. 78, convertito, con modificazioni, dalla legge 30 luglio 2010, n. 122”.

D.M. 07/08/2012 “Disposizioni relative alle modalita' di presentazione delle istanze concernenti i procedimenti di prevenzione incendi e alladocumentazione da allegare, ai sensi dell'articolo 2, comma 7, del decreto del Presidente della Repubblica 1° agosto 2011, n. 151”.

NORME DI PREVENZINE INCENDI GENERALI E SEMPIFICALTE (DRAFT -APRILE 2014)

DM 16/02/2007: “Classificazione di prodotti , elementi da costruzione e opere”


Pietro Crespi

PANORAMA NORMATIVO6

Resistenza al fuoco delle strutture Mauro Madeddu

DM 09/03/2007: “Prestazioni di resistenza al fuoco delle costruzioni nelle attività soggette al controllo del Corpo nazionale dei vigili del fuoco”

D.M. 14/01/2008 “ Norme Tecniche per le costruzioni”

EUROCODICI – EN 1990 1.2/ EN 1991.1.2/ EN 1992.1.2/ EN 1993.1.2/ EN 1994.1.2/ EN 1995.1.2/ EN 1996.1.2/ EN 1999.1.2

NORME DI PRODOTTO (EN 13381...)

NORME SPECIFICHE DI PREVENZIONE INCENDI

NORMATIVA INTERNAZIONALE


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CERTIFICAZIONI DI RESISTENZA AL FUOCO - MODULISTICA7


In sintesi con l’aggiornamento della modulistica dal 1° maggio 2014 (art. 2 comma 11 D.M. 07/08/2012) per la certificazione al fuoco delle strutture si considerano i seguenti modelli:

Mod. Cert.REI 2012

Mod. Dich. Prod 2014 (sostituisce il modello Dich. Prod. 2012)

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RESISTENZA AL FUOCOCRITERI DI VERIFICA

Nel dominio del tempotempo collasso ≥ tempo di resistenza richiesto

Nel dominio della resistenzaresistenza a caldo al tempo richiesto ≥ Sollecitazione a caldo al tempo richiesto

Nel dominio della temperaturatemperatura di collasso ≥ della temperatura del materiale al tempo richiesto

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RESISTENZA AL FUOCOAZIONE - RISPOSTA

Resistenza al fuoco > Gravità Incendio

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VERIFICHE DI RESISTENZA AL FUOCO


- VERIFICHE SEZIONALI- VERIFICHE DI SISTEMA

Pietro Crespi11


RESISTENZA AL FUOCOVERIFICHE SPERIMENTALI– ALLEGATO B (D.M. 16/02/2007)

-RAPPORTI DI PROVA

-RAPPORTI DI CLASSIFICAZIONE (CAMPO DI APPLICAZIONE DIRETTA E CAMPO DI APPLICAZIONE ESTESA)

-FASCICOLO TECNICO

Pietro Crespi12


RESISTENZA AL FUOCOVERIFICHE ANALITICHE– ALLEGATO C (D.M. 16/02/2007)

C.1 I metodi di calcolo della resistenza al fuoco….anche prendendo in considerazione i collegamenti e le mutue interazioni con altri elementi, sotto specifiche condizioni di esposizione……”

“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.”

E’ cioè possibile impiegare la modellazione più congruente e realistica con la attesa dinamica dell’incendio: la modellazione di fuoco avanzata è giustificata solo se la verifica è “di sistema ” e non “sezionale ”.

C.3 I metodi di calcolo utilizzabili sono quelli contenuti negli Eurocodici (sono stati publicati gli NPD)

Pietro Crespi13


RESISTENZA AL FUOCOAZIONE ECCEZIONALE – D.M. 14/01/2008

Nelle situazioni di incendio, le azioni di progetto devono essere così combinate:

Ffi,d = γG,A · GK + ψ1,1 · QK,1 + Σψ2,i · QK,i + Σ Ad (t)

dove:

GK è il valore caratteristico delle azioni permanenti;QK,1 è il valore caratteristico dell’azione variabile considerata come principale;QK,i è il valore caratteristico delle altre azioni variabili;Ad (t) sono i valori di progetto delle azioni derivanti dalla esposizione all’incendio;γG,A è il coefficiente parziale di sicurezza per le azioni permanenti per situazioni eccezionali (in caso di incendio γγγγG,A è posto pari a 1);ψ1,1 è il coefficiente di combinazione relativo alla azione variabile considerata come principale;ψ2,i è il coefficiente di combinazione generico delle azioni variabili considerate come secondarie.

È ammesso non tenere conto delle azioni sismiche e di quelle di natura dinamica, ragionevolmente non presenti durante l’incendio.

Pietro Crespi14



Pietro Crespi15



In via approssimata gli effetti delle azioni permanenti e variabili possono essere ricavati dai

corrispondenti effetti a temperatura ordinaria mediante la seguente espressione:

Ed,fi = ηηηηfi · Ed

ηηηηfi < 1 !!

Ed è l'effetto delle azioni di calcolo allo stato limite ultimo utilizzando la

combinazione fondamentale in condizioni di temperatura ambiente;

ηfi è un fattore di riduzione, che vale:

ηfi = (γG,A + ψ1,1 ·ξ) / (γG + γQ ·ξ) dove : ξ = QK,i / GK,1 γG,A = 1

γG è il coefficiente parziale di sicurezza per le azioni permanenti a temperatura

ordinaria.

da Eurocodice 2-1.2

Pietro Crespi16



Se tutti i carichi fossero permanenti si avrebbe, ponendo:

valore raccomandato dall’Eurocodice

γG = 1,4 ηfi = 1/ 1,4 = 0,714 ≅ 0,7

(valore che può essere assunto cautelativamente per tutte le combinazioni di carico).

Se i sovraccarichi fossero uguali ai pesi permanenti, si avrebbe ponendo:

γG = 1,4 γQ = 1,5 e Ψ1,1 = 0,5

ηfi = 1,5 / (1,4 + 1,5) = 0,51

Dall’analisi di questi due valori si può affermare che le azioni di calcolo in condizioni di incendio possono essere valutate almeno pari o inferiori al 70% di quelle agenti in condizioni ordinarie.

Copertura in legnopeso proprio 0,2 kN/m2

permanente 0,85 kN/m2

Gk = 1,05 kN/m2

Qk,1 = 1,3 kN/m2

ψ2,i = 0

γG,A = 1

Ff i,d = 1,05

γG = 1,3

γQ1 = 1,5

ξ = 1,24

ηf i = 0,32 << 0,7 !!

Pietro Crespi

COMPORTAMENTO IN CASO DI INCENDIOTIPOLOGIE STRUTTURALI

17


Pietro CrespiResistenza al fuoco delle strutture
























































Pietro Crespi

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Misura della sicurezza

Resistenza al fuocoResistenza al fuoco

Determinazione del livello di prestazione da richiedereDeterminazione del livello di prestazione da richiedere

Verifica del livello di prestazione posseduta

Verifica del livello di prestazione posseduta

Classe del compartimentoClasse del compartimento

Curva di incendioCurva di incendio

Azioni meccanicheAzioni meccaniche

TabelleTabelle

ProveProve

CalcoliCalcoli

D.M. 9 marzo 2007 e D.M. 9 maggio 2007 D.M. 16 Febbraio 2007

EUROPEOEN 1991 - 1.2INTERNAZIONALE API 2218NFPABS…

Civile EN 199X – 1.2Iindustriale?GASAFEULBS…


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0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180Tempo [min]

Tem

pera

tura

[°

C]

Curva nominale standard (ISO 834)

Curva nominale degli idrocarburi

Curva nominale esterna

Curve di incendio nominale

Curva Standard (ISO 834): θg = 20 + 345 log 10 (8t +1)

Curva da Idrocarburi: θg= 1080(1-0,325 e-0,167t – 0,675 e-2,5t)+20

Curva da Esterni: θg = 660 (1-0,687 e-0,32t – 0,313 e-3,8t)+20


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CURVE NATURALI

Nel caso in cui il progetto sia condotto con un approccio prestazionale, la capacità portante e/o la capacità di compartimentazione può essere verificata rispetto all ’ azione termica della curva naturale di incendio,applicata per l’intervallo di tempo necessario al ritorno alla temperatura ordinaria, da determinarsi attraverso:

� modelli di incendio sperimentali oppure,� modelli di incendio numerici semplificati oppure,� modelli di incendio numerici avanzati

Le curve di incendio naturale dovranno essere determinate per lo specifico compartimento e facendo riferimento al carico di incendio specifico di progetto ponendo pari ad 1 i coefficienti δni relativi alle misure di protezione che si intende modellare


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I metodi semplificati di tipo parametrico danno lo sviluppo della temperatura media del compartimento in funzione del carico di incendio, della ventilazione, dell’area in pianta e delle caratteristiche termofisiche delle pareti.

Le curve di tipo parametrico sono valide per compartimenti antincendio fino a 500 mq, di altezza massima 4 m e con aperture solo sulle pareti laterali (EN 1991-1.2 – Appendice A).

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1200

0 30 60 90 120 150 180 210 240

Tempo [min]

Tem

pera

tura

[°

C]

Curva nominale standard (ISO 834)

qf=200 MJ/mq

qf=400 MJ/mq qf=900 MJ/mq

qf=1200 MJ/mq

qf=1800 MJ/mq


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FIAMME NATURALI


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INCENDIO LOCALIZZATO

Convezione naturale delle fiamme

Iterazione con aria ambiente (vento, soffitto,

ecc.)

Fuel Type

Fuel Spill Area or Dike Area Adike = 50.00 m2

Mass Burning Rate of Fuel m" = 0.035 kg/m2·

sec

Effective Heat of Combustion

of Fuel∆Hc,eff = 39700 kJ/kg

Fuel Density ρ = 970 kg/m3

Empirical Constant kβ = 1.7 m-1

Ambient Air Temperature Ta = 20 °C = 293 K

Ambient Air Density ρa = 1.20 kg/m3

Gravitational Acceleration g = 9.81 m/sec2

Pool Fire Diameter D = 7.98 m

Heat Release Rate Q = 69475 kW

Convective Energy Release Rate Qc = 55580 kW

Qr = 20842 kW

Regression Rate v = 0.000036 m/sec

Fire Burning Duration tb = 1662.9 sec

Virtual Origin z0 = -0.96 m

Pool Fire Mean Flame Height Hf = 12.18 m

The Heskestad Plume

Fuel Oil, Heavy

Pool Fire


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due zone(crescita)

una zona(completo sviluppo)

curva d’incendio verifica dielementi in acciaio

flashover

Tup > 500°C

hup > 80% h

modelli avanzati - a una o due zone


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viene usato per calcolare

la composizione, la dinamica e

la temperatura dei fumi

e dei gas nella fase

che precede il flashover

volumi: 1-1000 m3

fino a 30 comparti interconnessi

considera la presenza di sprinklers

più indicato per la verifica

della sicurezza degli occupanti

e dell’efficacia dei sistemi

di controllo attivo

che per il calcolo strutturale

modelli avanzatimodello a due zone per più comparti interconnessi

Corso specializzazione sulla resistenza al fuoco - Firenze 2008


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divisione del comparto in celle

soluzione numericadelle equazioni differenziali

vengono fornite in ogni puntole variabili termodinamichee aerodinamiche

equazioni di conservazione

della massadella quantità di motodell’energia

modelli avanzatiComputational Fluid Dynamics


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ESEMPI PRATICIBRESCIA SKYLINE 18


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ESEMPI PRATICITorre Regione Piemonte

Indicazione degli elementi di sostegno delle facciate analizzati nella modellazione – Scenario 1

Figura 17 – Temperature massime raggiunte dagli elementi orizzontali Est e Sud della facciata esterna V3 e degli elementil

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t [min]

Max Temperature Steel towards

roomMax Temperature Steel window

SouthMax Temperature Steel window East

Max Temperature Steel beams

SouthMax Temperature Steel beams East

15 min

l


Pietro Crespi

g

igura 4 – Modello CF D e ubi cazione delle fiamme al l’interno de l Li vello 23 . La su per fic ie ev idenziata in bl u ra ppr ese nta la

Facciata tra Uffici e Grande Vuoto (V6)

ESEMPI PRATICITorre Regione Piemonte

a

Façade 1 Façade 2

o

Façade 1 Façade 2


Pietro Crespi

ESEMPI PRATICITorre Intesa San Paolo (Torino)

Greenhouse


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