I sistemi protettivi per le strutture Le norme EN13381

Transcript

1 Gli eurocodici strutturali per la progettazione antincendio Roma Istituto Superiore Antincendio 18 settembre 2008 I sistemi protettivi per le strutture Le norme EN13381 Mauro Caciolai 1

2 s ACCIAIO, CLS s LEGNO resistenza resistenza sollecitazioni sollecitazioni Crisi della sezione tempo Crisi della sezione tempo L aumento delle temperature riduce le caratteristiche meccaniche dei materiali ma lascia inalterata la geometria della sezione L aumento delle temperature lascia inalterate (o quasi) le caratteristiche meccaniche dei materiali ma riduce la geometria della sezione 2

3 RALLENTANDO IL RISCALDAMENTO DEI MATERIALI RITARDANDO L ACCENSIONE DEI MATERIALI (SE COMBUSTIBILI) Gli eurocodici prevedono principalmente di contrastare l attacco termico maggiorando adeguatamente le dimensioni trasversali dell elemento esposto nel caso in cui il materiale componente sia sufficientemente isolante (calcestruzzo, legno, laterizio) Nel caso di materiali costitutivi non isolanti (acciaio, alluminio) e in tutti i casi in cui la soluzione di aumentare le dimensioni trasversali dell elemento risulti antieconomica gli eurocodici prevedono il ricorso ai rivestimenti protettivi nel rispetto di precise indicazioni. 3

4 EN Strutture di calcestruzzo armato EN Strutture di acciaio EN Strutture composte acciaio-cls EN Strutture di legno EN Strutture murarie EN Strutture di alluminio Le proprietà e le prestazioni dei materiali per i rivestimenti protettivi dovrebbero essere valutate usando appropriate procedure di prova Le proprietà e le prestazioni dei materiali di protezione al fuoco usate nel progetto dovranno essere valutate usando le procedure di prova date in ENV , , Idem ma con riferimento alle seguenti norme ENV , , , Idem ma con riferimento alla norma ENV Vengono dati valori di riferimento da utilizzare liberamente per i seguenti protettivi: Lastre di gesso rivestito - Materassini di lana di roccia Spessori ridotti delle murature se rivestiti con 100 mm di intonaco di gesso conforme a EN o di altro tipo conforme a EN 998-1, purché di tipo LW (leggero) o T (isolante) Idem alle strutture di acciaio, ma non sono definite le norme di prova al momento non esistenti 4

5 D.M. 16 febbraio 2007 E fatto obbligo l utilizzo delle norme della serie ENV per la qualificazione dei rivestimenti protettivi E comunque consentito l impiego dei risultati di prove condotte, secondo le nuove norme EN, su singoli elementi strutturali protetti, nel rispetto del campo di applicazione diretta del risultato di prova In alternativa: E consentito utilizzare i risultati di prove condotte secondo la previgente normativa per un periodo massimo di 5 anni dall entrata in vigore del decreto E consentito utilizzare i valori degli spessori equivalenti al cls dei protettivi definiti in UNI 9502 e i valori delle grandezze termiche r, c, l, p dei protettivi definiti in UNI 9503 per un periodo massimo di 3 anni dall entrata in vigore del decreto E consentito utilizzare i valori degli spessori dei protettivi sulle strutture di acciaio contenuti nelle tabelle di cui all allegato D al decreto per un periodo massimo di 3 anni dall entrata in vigore dello stesso E consentito utilizzare i valori ridotti degli spessori per le strutture di c.a. e di muratura contenuti nelle tabelle di cui all allegato D al decreto, se presente uno strato di intonaco normale di 20 mm o di intonaco isolante di 10 mm. 5

6 Determinazione del contributo alla resistenza al fuoco di elementi strutturali Membrane protettive orizzontali Membrane protettive verticali Protezione applicata ad elementi di calcestruzzo Protezione applicata ad elementi di acciaio Protezione applicata ad elementi composti di acciaio/cls Protezione applicata a colonne cave di acciaio riempite di cls Protezione applicata ad elementi di legno Protezione reattiva applicata ad elementi di acciaio Norma di riferimento TS ENV ENV ENV ENV ENV ENV prenv

7 IN GENERALE LE NORME PREVEDONO: L esecuzione di un set di prove iniziali e possibilità di aggiungere dati con prove ulteriori, eseguite anche a distanza di tempo e in altri laboratori La determinazione dell efficacia dell adesione e dell aderenza del sistema protettivo (stickability) all elemento strutturale al quale è imposta una deformazione iniziale La determinazione della capacità isolante del protettivo nello specifico simulacro di prova per la durata di esposizione al fuoco prevista La definizione di dati riguardanti il contributo alla resistenza al fuoco del protettivo provato, qualora venga applicato ad elementi diversi da quelli appartenenti al simulacro di prova 7

8 Costruzioni standard 1) Soletta di c.a. cls leggero poggiata su 4 travetti IPE 160 di acciaio 2) Soletta di c.a. cls denso poggiata su 4 travetti IPE 160 di acciaio 3) Solaio di legno costituito da doppia orditura di travicelli e lastre di truciolare 4) Solaio composito lamiera grecata di acciaio riempita di cls denso armato 8

9 Elemento orizzontale Temp. limite in cavità θ cav ( C) Temp. limite superficiale θ sup ( C) q rif = (q med + q max )/2 Elementi di c.a. Solette di c.a. su travi in acciaio Solette di c.a. con lamiera grecata Elementi di acciaio formati a freddo Elementi di legno Solai realizzati con altri materiali L estensione è consentita: - A solette di c.a. o composte di spessore superiore rispetto a quelle testate. - A travi metalliche aventi fattore di sezione inferiore rispetto a quello utilizzato nel test se il criterio utilizzato è quello della temperatura superficiale. - A travi metalliche di qualsiasi fattore di sezione se il criterio di collasso è quello della temperatura della cavità. - A solai di legno di spessore superiore a quello testato. - A controsoffitti posti a distanza superiore rispetto a quella del test. Solai in prova Solai in opera Soletta di c.a. aerato su travi di acciaio Soletta di c.a. normale su travi di acciaio Solaio composito lamiera grecatac.a. Solaio di legno Soletta di c.a. aerato su travi di acciaio SI SI SI SI Soletta di c.a. normale su travi di acciaio NO SI SI NO Solaio composito lamiera grecata-c.a. normale Solaio di legno NO NO NO NO SI NO NO 9 SI

10 10

11 Spessore equivalente di cls q Dq(d cu ) = Dq(d cp ) Dq(d cu ) Dq(d cp ) cu d cu cp d cp Dq e = d cu - d cp d cp d cu 11

12 Approccio sulla stickability del tipo pass/fail La valutazione dell aderenza e coesione del protettivo alla superficie dell elemento strutturale è del tipo passa non passa sulla base di oggettive determinazioni fatte dall esecutore della prova. Non è presa in esame la possibilità di penalizzare progressivamente il risultato delle misurazioni dell isolamento al peggiorare delle condizioni di aderenza e coesione del protettivo. Le seguenti condizioni o combinazioni delle stesse devono essere intese come perdita della stickability. a) Determinare l istante, o se, la temperatura massima registrata sulla superficie esposta del calcestruzzo (dopo aver raggiunto i 200 C) supera del 50 % la media di tutte le temperature registrate sulla superficie: i) per un periodo transitorio (e poi ritorna nella normalità) ii) continuamente, per il restante tempo di prova. b) Determinare l istante, o se, si manifesta un significativo distacco del sistema protettivo attraverso osservazioni registrate. 12

13 Spessore minimo di protettivo Spessore massimo di protettivo 13

14 Approccio sulla stickability con correzione delle temperature misurate sull acciaio 14

15 15

16 ASSESSMENT Metodo di analisi con le equazioni differenziali (a l costante o a l variabile) Metodo della regressione lineare Metodo grafico Severi criteri di accettabilità dell assessment a) Per ciascuna colonna corta il tempo previsto per raggiungere una data temperatura non deve superare il tempo misurato di più del 30%; b) Il valore medio di tutte le differenze percentuali calcolate in a) deve essere inferiore a 0; c) Un massimo del 20% dei valori individuali di tutte le differenze percentuali calcolate in a) potrà essere maggiore di 0. 16

17 Determinazione quantitativa della stickability Coefficiente di stickability Temperature misurate sulla trave caricata Temperature misurate sulla trave non caricata Variazione lineare del coefficiente di stickability tra il minimo e il massimo spessore del protettivo sottoposto a prova Correzione delle temperature misurate sulle colonne corte attraverso il coefficiente di stickability specifico per lo spessore di protettivo adottato 17

18 1. Il progettista determina la temperatura di collasso dell elemento strutturale in base alle condizioni di carico e allo schema di vincolo (ad es. 635 C) 2. Determina il fattore di sezione del profilo protetto (ad es. IPE360 esposta su tre lati F/A= 163 m -1 ) 3. Nota la classe di resistenza al fuoco, in base ad uno dei diagrammi caratteristici del prodotto protettivo adottato ne individua lo spessore (ad es. 900 mm)

19 Approccio sulla stickability del tipo pass/fail come per le strutture di c.a. 19

20 L inizio della carbonizzazione del legno e dell avanzamento della zona di processo è fissato convenzionalmente con il raggiungimento della temperatura di 300 C. I dati fondamentali registrati sono la determinazione dell inizio della combustione t pr del legno sotto il rivestimento protettivo e velocità (b o b ) di carbonizzazione. Nel caso in cui l andamento della velocità di carbonizzazione non fosse costante nel tempo è possibile linearizzare mediante retta secante che collega l inizio della combustione con il tempo di fine prova 20