RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE ANNESSI NAZIONALI DEGLI EUROCODICI. dott. ing. LUCA PONTICELLI C.N.VV.F. (Area V D.C.P.S.T.)

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1 RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE ANNESSI NAZIONALI DEGLI EUROCODICI dott. ing. LUCA PONTICELLI C.N.VV.F. (Area V D.C.P.S.T.) Seminario tecnico Parma, 18 settembre 2013

2 1 IL COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI MATERIALI DA COSTRUZIONE: ASPETTI GENERALI

3 DA UN PUNTO DI VISTA qualitativo, NEI CONFRONTI DELL INCENDIO: C.A. LEGNO METALLO

4 LE STRUTTURE IN C.A. Caratteristiche salienti: PREGI Incombustibilità Bassa conducibilità (1/50 dell acciaio c.a.) Sezioni molto spesse (bassi fattori di sezione ) DIFETTI Presenza di acqua nel materiale ( spalling dei cls HSC)

5 RISCALDAMENTO Temperatura ( C) Cosa accade In genere questa è la massima temperatura Perdita della capacità portante 500 Limite convenzionale per le sezioni resistenti Il cls assume colore rosato Possibili fenomeni di spalling

6 DANNEGGIAMENTI TIPICI DEL C.A.

7 LE STRUTTURE IN LEGNO Caratteristiche salienti: PREGI Bassa conducibilità dello strato carbonizzato Sezioni massicce (bassi fattori di sezione ) DIFETTI Combustibilità

8 SEZIONE RESIDUA SEZIONE RESIDUA RISCALDAMENTO Temperatura ( C) 1000 Cosa accade 900 In genere questa è la massima temperatura < 200 E la temperatura del legno non carbonizzato

9 DANNEGGIAMENTO TIPICO DELLE STRUTTURE IN LEGNO

10 LE STRUTTURE IN METALLO (acciaio ed alluminio) Caratteristiche salienti: PREGI Incombustibilità Assenza di acqua nel materiale DIFETTI Alta conducibilità Sezioni snelle (alti fattori di sezione )

11 Acciaio Alluminio RISCALDAMENTO Temperatura ( C) 1000 Cosa accade 900 In genere questa è la massima temperatura Perdita della capacità portante

12 DANNEGGIAMENTI TIPICI DELLE STRUTTURE METALLICHE

13 2 LE METODOLOGIE PER LA VERIFICA AL FUOCO DI ELEMENTI STRUTTURALI

14 CAMPO DI APPLICAZIONE Il D.M. 16/2/07 si applica ai prodotti ed agli elementi costruttivi incorporati permanentemente in opere civili e per i quali è richiesto il requisito di resistenza al fuoco. La prestazione nei confronti della resistenza al fuoco di un prodotto o di un elemento costruttivo può essere effettuata mediante: VALUTAZIONE DELLA PRESTAZIONE PROVE SPERIMENTALI CALCOLI ANALITICI CONFRONTO CON TABELLE

15 LA CLASSIFICAZIONE DI RESISTENZA AL FUOCO Simbolo Significato Campo di applicazione Simbolo Significato Campo di applicazione R Capacità portante Muri, solai, tetti, travi, colonne, balconi, scale, passerelle, controsoffitti, pavimenti sopraelevati. P PH Continuità di corrente o capacità di segnalazione. Cavi elettrici e loro sistemi di protezione dal fuoco E Tenuta Muri, solai, tetti, controsoffitti, facciate continue, pavimenti sopraelevati, sistemi di sigillatura, porte, canalizzazioni, condotte di ventilazione, serrande tagliafuoco, condotti di estrazione del fumo. G Resistenza all incendio della fuliggine. Camini I Isolamento Muri, solai, tetti, controsoffitti, facciate continue, pavimenti sopraelevati, sistemi di sigillatura, porte, canalizzazioni, condotte di ventilazione, serrande tagliafuoco, condotti di estrazione del fumo. K Capacità di protezione al fuoco. Rivestimenti per pareti e soffitti W Irraggiamento Muri, facciate continue, porte, chiusure. D M Azione meccanica Muri. DH Durata della stabilità a temperatura costante. Durata della stabilità lungo la curva standard temperatura tempo. C Dispositivo automatico di chiusura Porte, chiusure di passaggi. F Funzionalità degli evacuatori motorizzati di fumo e calore. Evacuatori di fumo motorizzati S Tenuta al fumo Serrande tagliafuoco, condotti di estrazione del fumo. B Funzionalità degli evacuatori naturali di fumo e calore. Evacuatori di fumo naturali Classi: 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240, 360 minuti

16 IL FOCUS SUL METODO ANALITICO Allegato C Modalità 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 attività 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)

17 RIASSUMENDO IL QUADRO NORMATIVO ATTIVITÀ NORMATA DA SPECIFICHE DISPOSIZIONI DI PREVENZIONE INCENDI (D.M. xxxx) = LEGENDA APPROCCIO PRESCRITTIVO = APPROCCIO PRESTAZIONALE SÌ NO APPROCCIO PRESCRITTIVO (classe R/REI imposta dal D.M. xxxx) ATTIVITÀ SOGGETTA AI CONTROLLI VV.F. (D.M. DPR 16/2/1982) 151/2011 SÌ NO APPROCCIO PRESCRITTIVO (D.M. 9/3/2007) APPROCCIO PRESCRITTIVO (D.M. 14/1/2008) SÌ NO SÌ CLASSE R/REI IN FUNZIONE DEL LIVELLO DI PRESTAZIONE IMPOSTO VERIFICA PER TUTTA LA DURATA DELL INCENDIO (ed anche con classe R/REI ridotta) CLASSE R/REI IN FUNZIONE DEL LIVELLO DI PRESTAZIONE IMPOSTO

18 COMBINAZIONI DELLE AZIONI - D.M. 9/3/2007 punto 5 SUCCESSIVA- MENTE ENTRARONO IN VIGORE LE NTC 2008

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

20 MUTUE INTERAZIONI TRA GLI ELEMENTI D.M. 9/3/2007 punto 5 QUINDI L ANALISI STRUTTURALE CON CURVE NATURALI DI INCENDIO VA CONDOTTA, DI NORMA, SULL INTERA STRUTTURA!

21 APPROCCI ALL ANALISI STRUTTURALE ANALISI PER SINGOLI ELEMENTI COMODA ED USATA GENERALMENTE SE L INCENDIO ÈMODELLATO CON CURVE NOMINALI ANALISI DI PARTI DI STRUTTURE O DELL INTERO COMPLESSO DA USARE SE L INCENDIO È MODELLATO CON CURVE NATURALI

22 IL FOCUS SUL METODO ANALITICO C.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 (NOP S ): C.3.1 EN «Azioni sulle strutture - Parte 1-2: Azioni generali - Azioni sulle strutture esposte al fuoco» C.3.2 EN «Progettazione delle strutture di calcestruzzo - Parte 1-2: Regole generali - Progettazione strutturale contro l'incendio» C.3.3 EN «Progettazione delle strutture di acciaio - Parte 1-2 Regole generali - Progettazione strutturale contro l'incendio» C.3.4 EN «Progettazione delle strutture miste acciaio calcestruzzo - Parte 1-2: Regole generali - Progettazione strutturale contro l'incendio» C.3.5 EN «Progettazione delle strutture di legno - Parte 1-2: Regole generali - Progettazione strutturale contro l'incendio» C.3.6 EN «Progettazione delle strutture di muratura - Parte 1-2: Regole generali - Progettazione strutturale contro l'incendio» C.3.7 EN «(Progettazione delle strutture di alluminio - Parte 1-2: Regole generali - Progettazione strutturale contro l'incendio»

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

24 IL FOCUS SUL METODO ANALITICO C.4 In attesa della pubblicazione delle appendici nazionali degli Eurocodici, è 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» POSSIBILITÀ CESSATA

25 IL FOCUS SUL METODO ANALITICO C.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 purché il produttore, sulla base di idonee esperienze sperimentali, dichiari sotto la propria responsabilità, che il sistema protettivo garantisca le prestazioni definite in suddette norme, nonché aderenza e coesione per tutto il tempo necessario e ne fornisca le indicazioni circa i cicli di posa o di installazione. Tale possibilità decade con l'obbligo della marcatura CE dei sistemi protettivi, prevista in conformità alla pertinenti specificazioni tecniche ovvero dopo 3 anni dall'entrata in vigore del presente decreto (possibilità 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.).

26 IL METODO TABELLARE L UNICO METODO TABELLARE INTESO NEL SENSO FORNITO DAL D.M. 4 maggio 1998 È QUELLO DEL D.M. 16 febbraio 2007!!!

27 IPOTESI DI BASE: IL METODO TABELLARE È UN METODO RIGIDO: NON SONO AMMESSE INTERPOLAZIONI O ESTRAPOLAZIONI GLI ELEMENTI TRUTTURALI SONO ESPOSTI ALL INCENDIO STANDARD SONO ESCLUSI I PROFILATI DI CLASSE 4 SI CONSIDERANO TRAVI APPOGIATE, COLONNE E TIRANTI IL PRODUTTORE DEI RIVESTIMENTI DEVE DICHIARARNE L IDONEITA LA POSSIBILITA DI RICORRERE ALLE TABELLE DELL ACCIAIO E DECADUTA IL 25/9/2010.

28 3 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN ACCIAIO

29 ACCIAIO METODI ANALITICI SEMPLIFICATI DELL EUROCODICE 3 PARTE 1-2

30 IL METODO DELLA temperatura critica Nell ipotesi di distribuzione uniforme della temperatura la condizione di collasso si verifica quando l effetto dei carichi (eventualmente ridotti a seguito di ridistribuzione) eguaglia la resistenza della membratura: E fi,d = R fi,d (θ cr ) Nell ipotesi 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 STABILITÀ): (1) E fi,d = k(θ cr ) R fi,d,0 Introdotto il coefficiente di utilizzazione ad inizio incendio μ 0 : La condizione di collasso diviene: da cui si deduce la θ cr μ 0 = k y,θcr (2) (4) μ 0 = E R fi,d fi,d,0 (3) Per le sezioni snelle in acciaio θ cr,a = 350 C

31 ESPRESSIONE DELLA TEMPERATURA CRITICA

32 Analisi semplificata L ANALISI TERMICA materiale non protetto K (θ g θ) dt A = δq = du= ρ V c a dθ Analisi F.E.M. Δθ = K ( θ θ ) ρ a g c a A V Δt Modellazione dell incendio Proprietà del materiale Fattore di sezione

33 L ANALISI TERMICA Modellazione dell incendio Fattore di sezione Proprietà del protettivo materiale protetto V A d ρ c ρ c p p a a p p = φ g,t 10 a,t g,t p a a p p a,t θ 1 e - t 3 1 θ θ V A ρ c d λ θ + = φ φ Proprietà del materiale

34 LE PROPRIETÀ DEI PROTETTIVI DELL ACCIAIO Si valutano in base alle due norme europee: EN reattivi e passivi EN reattivi È di fondamentale importanza la definizione del fattore di sezione A/V.

35 LE CURVE DI RISCALDAMENTO c p cp ρp Ap = 0 φ = dp = 0 c ρ V a Si trascura l assorbimento del protettivo a 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 e EN

36 UN ESEMPIO APPLICATIVO PROGETTO DI UNA TRAVE INFLESSA R30 q fi,d = 20,0kN/m HE200B (A/V aderente = 156 m -1 ) L = 6,0 m M fi,d = q fi,d xl 2 /8= 90 knm M r,d,0 = Wxf y /γ a = x235/1,0 = 151 knm (γ a = 1,0 in base al N.A.D.) μ 0 = M fi,d /M r,d,0 = 90/151 = 0,6

37 CALCOLO DELLA TEMPERATURA CRITICA θ a,cr (0,6) = 554 C

38 CALCOLO DELLA TEMPERATURA DELLA TRAVE NON PROTETTA DOPO 30 minuti 760 C > 554 C A/V = 156 m -1 LA TRAVE DEVE ESSERE PROTETTA

39 PROGETTO DEL PROTETTIVO Si sceglie un protettivo di tipo reattivo applicato a pennello sulla trave testato in base alla EN Dal rapporto di valutazione emesso da un laboratorio abilitato si evince che servono 400 μm di protettivo per tenere il profilo al di sotto della temperatura critica R C 2500 Spessore di protettivo (μm) C 450 C 500 C C 600 C A m/ V (m -1 )

40 UN ESEMPIO APPLICATIVO VERIFICA DI UNA COLONNA COMPRESSA N fi,d = 400 kn Esposizione: 15 minuti all incendio ISO 834 sui quattro lati HEA 200 A = 5380 mm 2 p = 1136 mm Acciaio S355 H = 3m La verifica è soddisfatta se: N fi,d < N b,fi,θ,r,d MEMO N b,fi,θ,r,d = χ fi A k y,θ γ f m,fi y = 1,0 Relazione valida solo per profilati di classe 1, 2 e 3. Per i profilati di classe 4 la θ cr èdi 350 C.

41 1. DETERMINAZIONE DELLA TEMPERAURA DEL PROFILATO (θ a ) A m /V = p/a = 1136/5380 = 0,211 mm -1 = 211 m -1 θ a 620 C

42 2. CALCOLO DELLA TENSIONE DI SNERVAMENTO DI PROGETTO A CALDO (f y,θ,d ) θ a = 620 C k y,620 = 0,42 k E,620 = 0,27 f y,θ,d = f y k y,θ / γ m,fi = = 355 0,42 / 1,0 = = 150 N/mm C

43 3. CALCOLO DEL COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA PLASTICA (χ fi ) Parametro di imperfezione Parametri Formulazione a freddo Formulazione a caldo 1 1 χ; χ fi 2 2 Φ + Φ λ Φ θ + Φ 2 θ λ 2 θ Φ; Φ θ 0,5[1+η+ λ 2 ] 0,5[1+η θ + λ θ 2 ] η; η θ η = α ( λ -0,2) η = α θ λ θ θ α; α θ Valore tabellato (0,13 0,76) λ ; λ θ λ = A f N cr y α = 0,65 θ cr E,θ 235 f A fy k y,θ λ θ = = λ N k y k k y,θ E,θ Snellezza adimensionalizzata

44 3. CALCOLO DEL COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA PLASTICA (χ fi ) 3 m N 2 2 π cr = = 2 π EI = 2 L λ = A f N cr y = = 0, kN A fy k y,θ k y,θ 0,42 λθ = = λ = 0,788 = 0,983 N k k 0,27 cr E,θ E,θ αθ = 0,65 = 0,65 = 0,529 f 355 y ηθ = αθ λθ = 0,529 0,983 = 0,520 Φ θ = 0,5[1+η θ +λ θ2 ]=0,5(1+0,520+0,983 2 ) = 1,243 χ 1 fi = = = Φθ + Φθ λθ 1, ,243 0, ,50

45 4. VERIFICA A CALDO k y,θ fy 0, Nb,fi, θ,r,d = χfi A = 0, = γ 1,0 m,fi 400 KN La verifica è soddisfatta. La temperatura di 620 C è la temperatura critica del profilato in quanto la resistenza eguaglia l azione corrispondente. Qualora la verifica non fosse stata soddisfatta, sarebbe stato necessario proteggere opportunamente il profilato per ritardarne il riscaldamento.

46 APPLICANDO brutalmente IL METODO DELLA TEMPERATURA CRITICA: μ 0 = E R fi,d fi,d,0 E fi,d = 400 kn k y,θ fy 1,0 355 Rfi, d,0 = Nb,fi,20,R,d = χfi A = 0, = 1642 KN γ 1,0 μ 0 = 400/1642 = 0,24 (coefficiente di utilizzazione) m,fi = 697 C > 620 C!!! NEL CASO DI VERIFICHE DI STABILITA IL METODO DELLA TEMEPRATURA CRITICA NON RISULTA CONSERVATIVO

47 CALCOLO DELLA RESISTENZA AD INIZIO INCENDIO N 2 2 π cr = = 2 π EI = 2 L kN λ θ = A f N cr y = = 0, αθ = 0,65 = 0,65 = 0,529 f 355 y ηθ = αθ λθ = 0,529 0,788 = 0,417 Φ θ = 0,5[1+η θ +λ θ2 ]=0,5(1+0,417+0,529 2 ) = 0,848 χ 1 fi = = = Φθ + Φθ λθ 0, ,848 0, ,86

48 5. CLASSIFICAZIONE DELLA SEZIONE A CALDO ALI ANIMA c t f 82 = = 8,2 10 ε = 0, f y A caldo: = 0, = 0,692 c t w 134 = = 20,6 6,5 LA SEZIONE È DI CLASSE 3

49 un decalogo per ricapitolare La resistenza al fuoco di una costruzione, in generale, dipende: 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 μ 0 ) 3) Dalle proprietà meccaniche del materiale 4) Dalle proprietà termiche del materiale 5) Dalla modellazione dell incendio (curve nominali, curve naturali). 6) Dalla presenza di rivestimenti protettivi (lastre, vernici ). 7) Dalla classificazione delle sezioni e dalla loro forma 8) Dal fattore di sezione che influisce sulla velocità di riscaldamento della stessa (A/V). ed inoltre: 9) Dalla corretta esecuzione ad opera di personale specializzato 10) Dalla corretta manutenzione delle strutture

50 4 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN CLS ARMATO

51 CEMENTO ARMATO METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELL EUROCODICE 2 PARTE 1-2

52 IL METODO DELL ISOTERMA A 500 C (EC2 1-2) Barra reagente alla temperatura θ s h eff H Sezione di cls reagente a 20 C b eff B Isoterma a 500 C

53 I COEFFICIENTI PARZIALI DI SICUREZZA SONO RIPORTATI NEI N.A.D. ESEMPIO CALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTE DI UNA SOLETTA IN C.A. DOPO UN ESPOSIZIONE ALL INCENDIO STANDARD DI 60 minuti SECONDO EC2 1-2 a = 2,5 cm B = 100 cm H= 25cm Copriferro netto: 2 cm Barre Ø 10/10 Calcestruzzo: f cd = f ck /γ c,fi = 25/1,0 = 25,0 N/mm 2 Acciaio: f yd = f yk /γ s,fi = 440/1,0 = 440,0 N/mm 2 ε sy = f yd /E s = 440/(1,0 x ) = 0,22%

54 MAPPATURA TERMICA δ >500 C = 2 cm θ s = 450 C

55 CALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTE x η f cd λ x t = 60 A s σ s T 60 = 0,8 As f yd = 0,8 10 π 10 2 /4 440/1,00 = 276,5 kn C 60 = h f cd λ x B T x = = = 13,8 mm f B 25 < 25-2 = 23 cm η cd λ 1,0 0, ,0 εcu3 3,5 εs = ( H - a x) = ( ,8) = 5,35% > ε x 13,8 sy = 0,22% M u,d,60 = C 60 x (H a λ x/2) = 276,4 ( ,8 13,8/2) = 60,7 knm

56 PROGETTO DEL PROTETTIVO Nell ipotesi che il momento di progetto della soletta sia superiore a quello resistente calcolato per l esposizione all incendio di 60 minuti (75kNm), si progetta lo spessore di protettivo da applicare per garantire la resistenza richiesta dopo il prefissato tempo di esposizione all incendio. Si adottano i risultati di test condotti in base alla norma ENV M d = 75 knm M r,d,60 = 60,7 knm Affinchè il momento resistente di progetto sia pari a 75 knm, è necessario che aumenti lo sforzo di trazione delle barre di armatura, penalizzato dalla temperatura raggiunta (450 C k = 0,8). L applicazione del protettivo raffredda la sezione e ne incrementa la capacità portante. Procedendo per tentativi, si calcola lo sforzo di trazione delle barre affinché si raggiunga la richiesta resistenza. Tale sforzo è di 345 kn, ottenibile con una tensione di snervamento non ridotta per effetti termici. In sostanza, l acciaio deve essere mantenuto ad una temperatura non superiore a 400 C.

57 CALCOLO DEL COPRIFERRO DI PROGETTO DELL ACCIAIO 30 mm

58 CALCOLO DELLO SPESSORE DI PROTETTIVO DI PROGETTO Per garantire i 3 cm di copriferro, è necessario applicare uno spessore di protettivo all intradosso della soletta tale da risultare equivalente ai 5 mm di calcestruzzo mancanti per i 60 minuti di esposizione all incendio standard. La norme ENV introduce il concetto di spessore equivalente. Se ne riporta un esempio: d p (mm) 30 min 60 min 90 min 120 min 180 min 240 min ε d,pmin (mm) 2,0 3,9 7,8 9,9 10,1 - - ε p,dmax (mm) 4,0 5,3 11,0 14,9 16,5 16,6 15,9 La norma ammette l interpolazione lineare. Dall esempio si vede che uno spessore di 2 mm di protettivo è sufficiente.

59 IN CASI PIÙ COMPLESSI (SI PUÒ RICORRERE AI DOMINI DI INTERAZIONE N-M) 250 Dominio di interazione N-M colonna 40x40 in c.a. armata con 4Ø16 (esposizione su 4 lati) M (knm) Punto di progetto min 120 min N (KN) min 60 min A freddo 30 min Inizio incendio

60 CEMENTO ARMATO IL METODO TABELLARE DEL D.M. 16/2/2007

61 ELEMENTI IN C.A. (R) TRAVI APPOGGIATE Classe Combinazioni possibili di b e a b w 30 b = 80 a = / / / b w b = 120 a = 40 b = 150 a = / / / / / / b b b 120 b = 200 a = / / / PILASTRI CIRCOLARI (b = Ø) O RETTANGOLARI (b = b min ) b = 240 a = 80 b = 280 a = / / / / / / Classe Esposti su più lati Esposti su un lato 30 b = 200 / a = / / b = 250 / a = / / 25 Classe PARETI PORTANTI PARETI NON PORTANTI Esposte su un lato Esposte su due lati Esposte su un lato 90 b = 350 / a = / / b = 350 / a = / / b = 450 / a = / s = 120 / a = / 10 s = / s = 130 / a = / 10 s = s = 140 / a = / 25 S = s = 160 / a = / 35 S = s = 210 / a = / 55 S = s = 270 / a = / 60 S = 180 COLONNE O PARETI ESPOSTE H max 4,5 m 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 stabilità del ricoprimento. H max 6,0m

62 5 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN LEGNO

63 LEGNO METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELL EUROCODICE 5 PARTE 1-2

64 DETERMINAZIONE DELLA VELOCITÀ DI CARBONIZZAZIONE Spessore carbonizzato Perimetro iniziale Zoom Linea di carbonizzazione Zona carbonizzata Zona di pirolisi

65 IL METODO DELLA SEZIONE RESIDUA (EC5 1-2) SEZIONE RIDOTTA SPESSORE CARBONIZZATO β n t ZONA SPESSORE IN DI FASE DI CARBONIZZAZIONE PIROLISI SEZIONE INIZIALE ELEMENTI NON PROTETTI ED ELEMENTI PROTETTI CON MATERIALI AVENTI t ch 20 min ELEMENTI PROTETTI CON MATERIALI AVENTI t ch >20 min PERIMETRO DELLA SEZIONE RESIDUA PERIMETRO DELLA SEZIONE RIDOTTA t (min) t (min)

66 ESEMPIO METODO DELLA SEZIONE RESIDUA M fi,d = 7 knm Legno C24 β n = 0,8 mm/min 26 cm h fi Verifica R30 sezione iniziale b fi 12 cm sezione residua Il frattile al 20% della resistenza è pari a k fi f k = 1,25 24,0 = 30 N/mm 2 Il coefficiente k mod è posto pari a 1,0. f La resistenza di progetto del legname è pari a: ,0 20 f d,fi = k mod = 1,0 = γ M,fi 1,0 Dopo 30 minuti di esposizione all incendio, lo spessore carbonizzato è pari a: d ef = d char,n + k 0 d 0 = 0, ,0 7 = 31,0 mm La sezione residua avrà le seguenti dimensioni: b fi = ,1 = 5,8 cm h fi = 26 3,1 = 22,9 cm Il modulo di resistenza ridotto della trave vale: La massima tensione normale nel legno vale pertanto: b h 5,8 22, fi fi W fi = = = 6 σ fi = M W fi fi = = ,0 N mm 506,9 cm N 13,8 mm < f d,fi

67 6 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN MURATURA

68 MURATURA IL METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELL EUROCODICE 6 PARTE 1-2

69 IL METODO DELLA SEZIONE RESIDUA (EC6 1-2) Si mappa termicamente l elemento strutturale esposto all incendio 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 dell Eurocodice 6. La resistenza al compressione di progetto per una parete o una colonna esposta all incendio standard è data dalla seguente espressione: N R,d,fi( θi) = φ ( f A + f A ) d, θ1 θ1 d, θ2 θ2 θ 1 e θ 2 (con θ 1 < θ 2 ) sono temperature che individuano tre porzioni di sezione trasversale dell elemento: -il materiale a temperatura fino a θ 1 è considerato pienamente resistente -il materiale a temperatura superiore a θ 2 è considerato inefficace -il materiale a temperatura intermedia tra θ 1 e θ 2 è considerato parzialmente resistente (???).

70 Dalla mappatura termica riportata nella figura C3 dell Eurocodice EN , si ricava che lo spessore di muratura a temperatura superiore a 600 C è di 2,5 cm e lo spessore di muratura a temperatura superiore a 100 C è di 10,0 cm. Per tale motivo, il lato della sezione residua di muratura da considerare nel calcolo è pari a 30 cm e t FR è pari a 45 cm. L incremento di eccentricità dei carichi è in quanto il cimento termico è simmetrico. Si trascura il materiale oltre i 100 C ESEMPIO METODO DELLA SEZIONE RESIDUA B t Fr Isoterma θ 2 Pilastro murario 50x50 cmxcm alto 3 m realizzato in blocchi di laterizio pieni ed esposto all incendio standard sui quattro lati per 90 minuti. Sezione residua B Isoterma θ 1 L allegato C di EN stabilisce le seguenti due temperature limite per la muratura in esame: θ 1 = 100 C; θ 2 = 600 C.

71 MURATURA IL METODO TABELLARE DEL D.M. 16/2/2007 E DELLA CIRCOLARE M.I. 15/2/2008

72 MURATURE NON PORTANTI (EI) BLOCCHI DI LATERIZIO BLOCCHI DI CALCESTRUZZO NORMALE CLS ALLEGGERITO Classe Blocco con percentuale di foratura > 55 % Intonaco normale Intonaco protettivo antincendio Blocco con percentuale di foratura < 55 % Intonaco normale Intonaco protettivo antincendio 30 s = s = s = s = s = s = 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/m 3 Intonaco 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/m 3 Classe Blocco con fori monocamera Blocco con fori multicamera o pieno Blocco con fori mono o multicamera o pieno Intonaco normale Intonaco protettivo antincendio Blocco con fori monocamera Blocco con fori multicamera o pieno 30 s = (*) 100 (*) 80 (*) s = (*) 60 s = (*) 120 (*) 100 (*) s = (*) 90 s = (*) s = (*) 120 s = s = s = s = s = s = BLOCCHI DI PIETRA SQUADRATA Classe (*) Solo blocchi pieni (percentuale foratura < 15%) Blocco pieno ISO 834 su un lato!!! 30 S = S = S = S = S = S = 360 H 4m

73 MURATURE PORTANTI (REI) Materiale Tipo blocco Laterizio (*) Laterizio (*) Calcestruz zo Calcestruz zo leggero (**) Pieno (foratura 15%) Semipieno e forato (15% < foratura 55 %) Pieno, semipieno e forato (foratura 55 %) Pieno, semipieno e forato (foratura 55 %) H 8m h/s 20 Pietra squadrata Pieno (foratura 15 %) (*) 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/m 3

74 7 LA VERIFICA AL FUOCO DI SOLAI

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

76 SOLAI IN C.A. E C.A.P. (R) TIPOLOGIA Solette piene con armatura monodirezionale H = 80 a = 10 H = 120 a = 20 H = 120 a = 30 H = 160 a = 40 H = 200 a = 55 H = 240 a = 65 Solai misti di lamiera di acciaio (cassero) con riempim. in cls H m = 80 a = 10 H m = 120 a = 20 H m = 120 a = 30 H m = 160 a = 40 H m = 200 a = 55 H m = 240 a = 65 Solai a travetti con alleggerimento H = 160 a = 15 H = 200 a = 30 H = 240 a = 35 H = 240 a = 45 H = 300 a = 60 H = 300 a = 75 Solai a lastra con alleggerimento H = 160 a = 15 H = 200 a = 30 H = 240 a = 35 H = 240 a = 45 H = 300 a = 60 H = 300 a = 75 Valori minimi per il requisito R. Le misure sono espresse in mm. H rappresenta lo spessore della soletta, a rappresenta la distanza dall asse delle barre di armatura dalla superficie esposta all incendio STANDARD. La tabella va letta con le indicazioni fornite nel D.M. 16/2/2007.

77 PER I REQUISITI EI DEI SOLAI: 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 conducibilità 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. Classe Tutte le tipologie h = 60 / d = / / / / / 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

78 UN ESEMPIO: a = 6,0 + 0,6 = 6,6 cm (copriferro lordo) H = 6,0 + 15,0 + 5,0 = 26,0 cm (altezza strutturale) 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) R 120 EI 240 Pavimento incombustibile + massetto Alleggerimento (es. polistirolo) barre Ø12 predalla SOLAIO REI 120!!!

79 SOLAI IL METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELL EUROCODICE 4 PARTE 1-2

80 ESEMPIO VERIFICA DI UN SOLAIO MISTO ACCIAIO-CLS 120 Il requisito di tenuta E si assume che sia sempre soddisfatto (cfr. par (6) di EN )

81 VERIFICA DEL REQUISITO I h 1 = = 62 mm h 2 = 58 mm h 3 = 0 mm (nessun massetto) l 1 = 101 mm l 2 = 62 mm l 3 = = 106 mm Limite Valore del parametro Verifica 50,0 h 1 125,0 mm h 1 = 62 mm OK 50,0 h 2 100,0 mm h 2 = 58 mm OK 80,0 l 1 155,0 mm l 1 = 101 mm OK 32,0 l 2 132,0 mm l 2 = 62 mm OK 40,0 l 3 115,0 mm l 3 = 106 mm OK 3 r r i l 1 L A a l 1 a L A a a h a a t + + Φ = VERIFICA DI APPLICABILITÀ DEL METODO tempo di superamento del requisito I r 2 l l h 2 l 2 l l h L A = l 2 l l h 2 l l l h Φ = 1 fattore di sezione del dente fattore di configurazione della flangia superiore = dalla norma

82 VERIFICA DEL REQUISITO R r a b b L A b l 1 b b Φ Φ = θ r s l 1 c c L A c z c h u c c α = θ ( ) fi c,d, pl 3 1 slab i f z l l F + = α Equilibrio alla traslazione in condizioni di plasticizzazione Temperatura lamiera Temperatura barre di armatura lato acciaio lato cls dalla norma

83 8 LEGHE DI ALLUMINIO

84 LEGHE DI ALLUMINIO IL METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELL EUROCIDICE 9 PARTE 1-2

85 SI TRATTANO IN ANALOGIA CON L ACCIAIO 1,0 0,9 0,8 k 0,2 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 EN AW-5052 O EN AW-5052 H34 EN AW-5083 O EN AW-5083 H113 EN AW-5454 O EN AW-5454 H32 EN AW-6061 T6 EN AW-6063 T6 EN AW-6082 T6 μ 0 = k 0,2,θcr 0,2 0,1 0, Temperature ( C) Per le sezioni snelle in lega di alluminio θ cr,al = 170 C

86 9 IL METODO SPERIMENTALE

87 NORMATIVA - I rapporti di prova emessi entro il 31/12/1985 decadranno il 25/9/ I rapporti di prova emessi entro il 31/12/1995 decadranno il 25/9/ I rapporti di prova emessi entro il 30/09/2007 decadranno il 25/9/2012. Le prove si effettuano accoppiando alla norma EN (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.

88 PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI MURO RESISTENTE AL FUOCO

89 PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI SOLAIO MISTO ACCIAIO-CALCESTRUZZO

90 PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI TRAVE DI ACCIAIO

91 PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI PANNELLO LEGGERO

92 PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI CONTROSOFFITTO A MEMBRANA AUTOPORTANTE

93 PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI PORTONE SCORREVOLE METALLICO

94 PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI CHIUSURA COMPLESSA VETRATA

95 PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI CAMPIONE DI SIPARIO DI SICUREZZA

96 PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI SERRANDE TAGLIAFUOCO

97 PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI ATTRAVERSAMENTI SOLAIO

98 9 RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

99 Structural Design for Fire Safety di Andrew Hamilton Buchanan Pubblicato da Wiley & Sons (2001) Traduzione P. Gambarova e R. Felicetti (2009) HOEPLI Resistenza al fuoco delle strutture di Roberto Lenzi E.P.C. (2004) Fire Safety Engineering Design of Structures di J. A. Purkiss Pubblicato da Butterworth & Heinemann (2007) Resistenza al fuoco delle costruzioni di Luca Ponticelli e Mauro Caciolai a cura di Claudio De Angelis Pubblicato da UTET per il CNVVF (2008) Progettazione di strutture in acciaio e composte acciaiocalcestruzzo in caso di incendio di E. Nigro, S. Pustorino, G. Cefarelli, P. Princi Pubblicato da Hoepli (2010) Reazione e resistenza al fuoco di Lamberto Mazziotti, Giuseppe Paduano e Saverio La Mendola Pubblicato da EPC (2010)

100 GRAZIE DELL ATTENZIONE DOTT. ING. LUCA PONTICELLI