COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI SISTEMI STRUTTURALI LA VERIFICA AL FUOCO SECONDO GLI EUROCODICI E D.M LA VERIFICA DI SISTEMA

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Leo Franceschi
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1 Roma - 22 Maggio 2007 I nuovo approccio prestazionale della resistenza al fuoco delle strutture nella sicurezza antincendi COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI SISTEMI STRUTTURALI LA VERIFICA AL FUOCO SECONDO GLI EUROCODICI E D.M IL CONCETTO DI ROBUSTEZZA STRUTTURALE E LA VERIFICA DI SISTEMA Prof. Ing. Paolo Setti Dip. Ing. Strutturale Politecnico di Milano Resistenza al fuoco degli elementi costruttivi RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE PORTANTI RESISTENZA AL FUOCO DELLE COMPARTIMENTAZIONI Titolo 1

2 Comportamento al fuoco dei materiali costruttivi I materiali costruttivi modificano le loro caratteristiche con la temperatura e con il tempo di esposizione al fuoco Bisogna conoscere il comportamento al fuoco dei materiali, dei protettivi e l impatto l delle singole situazioni critiche sull elemento strutturale singolo, su una porzione o sull intera struttura Comportamento al fuoco dell acciaio Instabilità locale della sezione Formazione di meccanismo di collasso plastico Titolo 2

protettivi e l impatto l delle singole situazioni critiche sull elemento strutturale singolo, su una porzione o sull

3 Caratteristiche dei materiali Legame costitutivo acciaio in funzione della temperatura Legame costitutivo calcestruzzo in funzione della temperatura Comportamento al fuoco di solaio a lastre Titolo 3

costitutivo calcestruzzo in funzione della

4 Comportamento al fuoco di pilastro in calcestruzzo Fenomeno di spalling\ Titolo 4

5 Spalling L effetto spalling è un particolare comportamento degli elementi in calcestruzzo esposti all incendio che causa un distacco di porzioni di cemento dall elemento stesso e la loro caduta per gravità. I legami chimici fra le molecole di acqua all interno del cemento si rompono, distruggendo il reticolo molecolare che mantiene coeso il cemento L acqua contenuta nel cemento si trasforma in vapore con un coefficiente di espansione di 1:1.700, quindi la tensione cui è sottoposta la faccia calda di una struttura in cemento armato esposta al fuoco è enorme. La pressione sull acqua vaporizzata sugli strati di cemento indebolito è una delle cause principali dell effetto spalling 2 diverse linee normative Resistenza al fuoco Resistenza al fuoco Determinazione del livello di di prestazione da da richiedere Verifica del livello di di prestazione posseduta Classe del compartimento Classe del compartimento Prove Curva di incendio Curva di incendio Tabelle Azioni meccaniche Azioni meccaniche Calcoli Titolo 5

I legami chimici fra le molecole di acqua all interno del cemento si rompono, distruggendo il reticolo molecolare che mantiene coeso il cemento L acqua contenuta nel cemento si trasforma in vapore

6 Art.4 Azioni Accidentali Art Incendio Fermo restando il rispetto delle presenti disposizioni per tutte le costruzioni, per le attività soggette al controllo del Corpo nazionale dei Vigili del fuoco si applicano anche le specifiche regolamentazioni emesse ai sensi del Decreto del Presidente della Repubblica 29 luglio 1982 n. 577 e successive modifiche e integrazioni ovvero i criteri generali di prevenzione incendi di cui all art. 3 dello stesso Decreto. La parte relativa all incendio è stata compilata sulla base del: - Documento interpretativo per il requisito essenziale n. 2 - Bollettino CNR 28 dicembre 1999 n Eurocodice D.M. 16 febbraio 2007 D.M. 9 marzo 2007 UNI 9503/ ed. febbraio 2007 Calcolo della resistenza al fuoco degli elemnti strutturali Utilizzo delle norme UNI come previsto dai recenti D.M. sulla resistenza al fuoco La rilevazione dei dati termofisici dei materiali isolanti necessitano di una adeguata sperimentazione Si prevede l uso degli Eurocodici a partire dal Titolo 6

specifiche regolamentazioni emesse ai sensi del Decreto del Presidente della Repubblica 29 luglio 1982 n.

7 UNI 9503 febbraio 2007 Titolo 7

8 IL PROBLEMA ANALITICO DEL TRANSITORIO TERMICO La trasmissione del calore conduzione convezione irraggiamento La conduzione in un corpo dt( t) q = λa dx ( ) q = ha T t T ( ) 4 4 q = εσ T t T conservazione dell energia T T T T λ λ λ Q ρ cp x + + y z + = x x y y z z t Le condizioni al contorno coefficienti di scambio convettivo emissività / assorbitività curva d incendio La normativa Comunitaria Già disponibili e utilizzabili gli EUROCODICI Una serie di norme tecniche SPERIMENTALI che costituiscono un alternativa armonizzata, più completa e dettagliata, alle norme UNI NOVITA Introduzione di differenti azioni termiche di riferimento, oltre alla tradizionale curva di incendio da cellulosa (ISO 834): Curva di incendio da esterni Curva di incendio da idrocarburi Curve parametriche Titolo 8

Comunitaria Già disponibili e utilizzabili gli EUROCODICI Una serie di norme tecniche SPERIMENTALI che costituiscono un alternativa armonizzata, più completa e dettagliata, alle norme UNI

9 Valutazione del comportamento al fuoco dell intera struttura e non più del singolo elemento Valutazione del comportamento strutturale degli elementi e dell influenza di questi sugli elementi adiacenti Valutazione degli allungamenti a caldo (e non solo a freddo) Verifica del danno probabile causato da una struttura collassata sulle strutture collegate Uno dei compiti principali del progettista è quello di avere sempre una visione d insiemed COMPORTAMENTO AL FUOCO DI UNA TRAVE ANALISI ELASTICA LINEARE T = 500 C Profilo HEB 300 L = 500 cm p =10000 kg/m fy = 3600 kg/cm^2 Md = kgm σ = 1959 kg/cm^2 σ = 1959kg/cm^2 l= 3,5 cm freccia = 1,8 cm Titolo 9

collassata sulle strutture collegate Uno dei compiti principali del progettista è quello di avere sempre una visione d insiemed COMPORTAMENTO AL FUOCO DI UNA TRAVE

10 COMPORTAMENTO AL FUOCO DI UNA TRAVE ANALISI ELASTICA NON LINEARE T = 500 C σ = 1959kg/cm^2 l l = 3,4 cm freccia = 3,3 cm ANALISI ANELASTICA T = 500 C 80% del carico σ = 1610 kg/cm^2 l= 0,5 cm freccia = 24,8 cm COMPORTAMENTO AL FUOCO TELAIO METALLICO Profili HEB 300 L = 500 cm H = 500 cm p =16500 kg/m fy = 3600 kg/cm^2 Titolo 10

carico σ = 1610 kg/cm^2 l= 0,5 cm freccia = 24,8 cm COMPORTAMENTO AL FUOCO TELAIO

11 COMPORTAMENTO AL FUOCO TELAIO METALLICO Analisi lineare con T T = 500 C Momento Flettente Azione assiale COMPORTAMENTO AL FUOCO TELAIO METALLICO Analisi lineare con T T = 500 C Mezzeria traverso superiore σ = 1688 kg/cm^2 freccia = 1,37 cm Estremi traverso σ = 1530 kg/cm^2 l= 1,7 5 cm Titolo 11

kg/cm^2 freccia = 1,37 cm Estremi traverso σ = 1530 kg/cm^2 l= 1,7 5 cm

12 COMPORTAMENTO TELAIO METALLICO Analisi non lineare con T T = 500 C Mezzeria traverso superiore σ = 1827 kg/cm^2 freccia = 2,81 cm Estremi traverso σ = 1400 kg/cm^2 l= 1,7 5 cm COMPORTAMENTO TELAIO METALLICO Analisi anelastica con T T = 500 C Mezzeria traverso superiore σ = 1737 kg/cm^2 freccia = 1,94 cm Estremi traverso σ = 1414 kg/cm^2 l= 0,42 cm Titolo 12

cm COMPORTAMENTO TELAIO METALLICO Analisi anelastica con T T = 500 C Mezzeria traverso

13 ANALISI LINEARE ANLISI ELASTICA NON LINEARE Utilizzo dei sistemi di calcolo UNI 9502 elementi in calcestruzzo Eurocodice Elementi in acciaio Titolo 13

14 Titolo 14

15 IL PROBLEMA ANALITICO DEL TRANSITORIO TERMICO La trasmissione del calore conduzione convezione irraggiamento La conduzione in un corpo dt( t) q = λa dx ( ) q = ha T t T ( ) 4 4 q = εσ T t T conservazione dell energia T T T T λ λ λ Q ρ cp x + + y z + = x x y y z z t Le condizioni al contorno coefficienti di scambio convettivo emissività / assorbitività curva d incendio Titolo 15

conservazione dell energia T T T T λ λ λ Q ρ cp x + + y z + = x x y y z z t Le condizioni al

16 Problemi di fissaggio dei pannelli Titolo 16

17 Eurocodice acciaio Titolo 17

18 Titolo 18

19 Titolo 19

20 Titolo 20

21 Titolo 21

22 Titolo 22

23 Titolo 23

24 Nomogramma Uno strumento semplice e di pratico utilizzo per il progettista Verifica della resistenza al fuoco al variare di pochi e definiti parametri Temperatura critica, fattore di massività e calcolo del coefficiente di isolamento termico dei materiali protettivi Titolo 24

25 NOMOGRAMMA Temperatura ( C) T fuoco (ISO 834) 200 HEB 200 sp. 10 mm di intonaco isolante HEB 200 sp. 20mm di intonaco isolante HEB 200 sp. 30 mm di intonaco isolante Tempo (min) Titolo 25

26 Comportamento al fuoco di elemento ligneo Comportamento al fuoco del legno Perdita della capacità portante a causa della variazione di sezione Valutazione della percentuale di umidità,, della velocità di carbonizzazione e della capacità portante residua Valutazione di giunti, collegamenti e dell utilizzo di elementi in acciaio nelle strutture lignee Titolo 26

27 Titolo 27

28 Degrado della capacità portante Travi principali 27x37 cm Momento resistente % Momento ammissibile Momento ultimo M sollecitante ipotesi A M sollecitante Ipotesi B Tempo (min) 1.80 Catena 202x14 cm Dominio M - N Azione flettente M - N tempo 0 minuti M - N tempo15 minuti M - N tempo 30 minuti M - N tempo 45 minuti Dominio Ipotesi A Dominio Ipotesi B Azione assiale Titolo 28

29 Grazie per l attenzionel Titolo 29

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