RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO

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1 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 Torino 13 Ottobre 2014

2 COMPORTAMENTO CALCESTRUZZO 2 Resistenza al fuoco delle strutture

3 ACCIAIO VS. CALCESTRUZZO 3 Resistenza al fuoco delle strutture

4 LEGNO VS. CALCESTRUZZO 4 Resistenza al fuoco delle strutture

5 PANORAMA NORMATIVO 5 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 D.M. 07/08/2012 Disposizioni relative alle modalita' di presentazione delle istanze concernenti i procedimenti di prevenzione incendi e alla documentazione da allegare, ai sensi dell'articolo 2, comma 7, del decreto del Presidente della Repubblica 1 agosto 2011, n NORME DI PREVENZINE INCENDI GENERALI E SEMPIFICALTE (DRAFT - APRILE 2014) DM 16/02/2007: Classificazione di prodotti, elementi da costruzione e opere Resistenza al fuoco delle strutture Mauro Pietro Madeddu Crespi

6 PANORAMA NORMATIVO 6 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 / EN / EN / EN / EN / EN / EN / EN NORME DI PRODOTTO (EN ) NORME SPECIFICHE DI PREVENZIONE INCENDI NORMATIVA INTERNAZIONALE Resistenza al fuoco delle strutture Mauro Pietro Madeddu Crespi

7 7 CERTIFICAZIONI DI RESISTENZA AL FUOCO - MODULISTICA 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) Resistenza al fuoco delle strutture

8 RESISTENZA AL FUOCO CRITERI DI VERIFICA Nel dominio del tempo tempo collasso tempo di resistenza richiesto Nel dominio della resistenza resistenza a caldo al tempo richiesto Sollecitazione a caldo al tempo richiesto Nel dominio della temperatura temperatura di collasso della temperatura del materiale al tempo richiesto Resistenza al fuoco delle strutture 8

9 RESISTENZA AL FUOCO AZIONE - RISPOSTA Resistenza al fuoco > Gravità Incendio Resistenza al fuoco delle strutture 9

10 VERIFICHE DI RESISTENZA AL FUOCO - VERIFICHE SEZIONALI - VERIFICHE DI SISTEMA Resistenza al fuoco delle strutture

11 RESISTENZA AL FUOCO VERIFICHE SPERIMENTALI ALLEGATO B (D.M. 16/02/2007) -RAPPORTI DI PROVA -RAPPORTI DI CLASSIFICAZIONE (CAMPO DI APPLICAZIONE DIRETTA E CAMPO DI APPLICAZIONE ESTESA) Resistenza al fuoco delle strutture -FASCICOLO TECNICO 11

12 RESISTENZA AL FUOCO VERIFICHE 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) Resistenza al fuoco delle strutture 12

13 RESISTENZA AL FUOCO AZIONE ECCEZIONALE D.M. 14/01/2008 Nelle situazioni di incendio, le azioni di progetto devono essere così combinate: dove: F fi,d = γ G,A G K + ψ 1,1 Q K,1 + Σ ψ 2,i Q K,i + Σ A d (t) G K è il valore caratteristico delle azioni permanenti; Q K,1 è il valore caratteristico dell azione variabile considerata come principale; Q K,i è il valore caratteristico delle altre azioni variabili; A d (t) sono i valori di progetto delle azioni derivanti dalla esposizione all incendio; γ G,A è il coefficiente parziale di sicurezza per le azioni permanenti per situazioni eccezionali (in caso di incendio γ G,A è posto pari a 1); ψ 1,1 è il coefficiente di combinazione relativo alla azione variabile considerata come principale; ψ 2,i è il coefficiente di combinazione generico delle azioni variabili considerate come secondarie. Èammesso non tenere conto delle azioni sismiche e di quelle di natura dinamica, ragionevolmente non presenti durante l incendio. Resistenza al fuoco delle strutture 13

14 RESISTENZA AL FUOCO AZIONE ECCEZIONALE D.M. 14/01/2008 Resistenza al fuoco delle strutture 14

15 RESISTENZA AL FUOCO AZIONE ECCEZIONALE D.M. 14/01/2008 In via approssimata gli effetti delle azioni permanenti e variabili possono essere ricavati dai corrispondenti effetti a temperatura ordinaria mediante la seguente espressione: E d,fi = η fi E d η fi < 1!! E d èl'effetto delle azioni di calcolo allo stato limite ultimo utilizzando la combinazione fondamentale in condizioni di temperatura ambiente; η fi èun fattore di riduzione, che vale: η fi = (γ G,A + ψ 1,1 ξ) / (γ G + γ Q ξ) dove : ξ= Q K,i / G K,1 γ G,A = 1 γ G èil coefficiente parziale di sicurezza per le azioni permanenti a temperatura ordinaria. da Eurocodice Resistenza al fuoco delle strutture 15

16 RESISTENZA AL FUOCO AZIONE ECCEZIONALE D.M. 14/01/2008 Se tutti i carichi fossero permanenti si avrebbe, ponendo: valore raccomandato dall Eurocodice γ G = 1,4 η fi = 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: γ G = 1,4 γ Q = 1,5 e Ψ 1,1 = 0,5 η fi = 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. Resistenza al fuoco delle strutture Copertura in legno peso proprio 0,2 kn/m 2 permanente 0,85 kn/m 2 Gk = 1,05 kn/m 2 Qk,1 = 1,3 kn/m 2 ψ2,i = 0 γg,a = 1 Ffi,d = 1,05 γg = 1,3 γq1 = 1,5 ξ = 1,24 ηfi = 0,32 << 0,7!! 16

17 COMPORTAMENTO IN CASO DI INCENDIO TIPOLOGIE STRUTTURALI 17 Resistenza al fuoco delle strutture

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74 74 Resistenza al fuoco Resistenza al fuoco D.M. 9 marzo 2007 e D.M. 9 maggio 2007 D.M. 16 Febbraio 2007 Determinazione del del livello di di prestazione da da richiedere Verifica del del livello di di prestazione posseduta Classe del compartimento Classe del compartimento Tabelle Curva di incendio Curva di incendio Prove Azioni meccaniche Azioni meccaniche EUROPEO EN INTERNAZIONALE API 2218 NFPA BS Calcoli Civile EN 199X 1.2I industriale? GASAFE UL BS Misura Resistenza della al sicurezza fuoco delle strutture

75 Curve di incendio nominale Curva Standard (ISO 834): θ g = log 10 (8t +1) Curva da Idrocarburi: θ g = 1080(1-0,325 e -0,167t 0,675 e -2,5t )+20 Curva da Esterni: θ g = 660 (1-0,687 e -0,32t 0,313 e -3,8t ) Temperatura [ C] Curva nominale standard (ISO 834) Curva nominale degli idrocarburi Curva nominale esterna Tempo [min] Resistenza al fuoco delle strutture

76 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 δ ni relativi alle misure di protezione che si intende modellare Resistenza al fuoco delle strutture

77 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 Appendice A) Temperatura [ C] Tempo [min] 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 Resistenza al fuoco delle strutture

78 FIAMME NATURALI Resistenza al fuoco delle strutture

79 INCENDIO LOCALIZZATO Convezione naturale delle fiamme Iterazione con aria ambiente (vento, soffitto, ecc.) Fuel Type Fuel Spill Area or Dike Area A dike = m 2 Mass Burning Rate of Fuel Effective Heat of Combustion of Fuel Fuel Oil, Heavy m" = kg/m 2 sec H c,eff = kj/kg Fuel Density ρ = 970 kg/m 3 Empirical Constant kβ = 1.7 m -1 Ambient Air Temperature T a = 20 C = 293 K Ambient Air Density ρ a = 1.20 kg/m 3 Gravitational Acceleration g = 9.81 m/sec 2 Pool Fire Pool Fire Diameter D = 7.98 m Heat Release Rate Q = kw Convective Energy Release Rate Q c = kw Q r = kw Regression Rate v = m/sec Fire Burning Duration t b = sec The Heskestad Plume Virtual Origin z 0 = m Pool Fire Mean Flame Height H f = m Resistenza al fuoco delle strutture

80 modelli avanzati - a una o due zone due zone (crescita) T up > 500 C flashover h up > 80% h una zona (completo sviluppo) curva d incendio verifica di elementi in acciaio Resistenza al fuoco delle strutture

81 modelli avanzati modello a due zone per più comparti interconnessi viene usato per calcolare la composizione, la dinamica e la temperatura dei fumi e dei gas nella fase che precede il flashover volumi: m 3 fino a 30 comparti interconnessi considera la presenza di sprinklers Corso specializzazione sulla resistenza al fuoco - Firenze 2008 più indicato per la verifica della sicurezza degli occupanti e dell efficacia dei sistemi di controllo attivo che per il calcolo strutturale Resistenza al fuoco delle strutture

82 modelli avanzati Computational Fluid Dynamics divisione del comparto in celle soluzione numerica delle equazioni differenziali vengono fornite in ogni punto le variabili termodinamiche e aerodinamiche equazioni di conservazione della massa della quantità di moto dell energia Resistenza al fuoco delle strutture

83 ESEMPI PRATICI BRESCIA SKYLINE 18 Resistenza al fuoco delle strutture

84 ESEMPI PRATICI Torre Regione Piemonte 15 min Max temperature [ C] Indicazione degli elementi di sostegno delle facciate analizzati nella modellazione Scenario 1 Max Temperature Steel towards room Max Temperature Steel window South Max Temperature Steel window East Max Temperature Steel beams South Max Temperature Steel beams East l t [min] Figura 17 Temperature lmassime raggiunte dagli elementi orizzontali Est e Sud della facciata esterna V3 e degli elementi Resistenza al fuoco delle strutture

85 ESEMPI PRATICI Torre Regione Piemonte Facciata tra Uffici e Grande Vuoto (V6) g igura 4 Modello F CD e ubi cazione delle l fiamme a l interno 3 dl Li vello 2. ula vs per fic ie e idenziata la in b u rppr ese nta la a o Façade 1 Façade 2 Façade 1 Façade 2 Resistenza al fuoco delle strutture

86 ESEMPI PRATICI Torre Intesa San Paolo (Torino) Greenhouse Resistenza al fuoco delle strutture