Corso di Strutture Speciali A.A

Transcript

1 Corso di Strutture Speciali A.A IL PROGETTO DELLE STRUTTURE IN CASO DI INCENDIO ASPETTI GENERALI STRUTTURE DI CALCESTRUZZO ARMATO Prof. Ing. Emidio Nigro Dipartimento di Ingegneria Strutturale Università di Napoli Federico II 1

2 SOMMARIO Aspetti generali sulla resistenza al fuoco delle strutture Impostazione generale delle verifiche di sicurezza in caso di incendio Comportamento di strutture di calcestruzzo armato in caso di incendio. Metodi di progetto e verifica per la sicurezza in caso di incendio di strutture di calcestruzzo armato. Danni prodotti dall incendio in strutture di calcestruzzo armato. Prof. Ing.. E. Nigro 2

3 EFFETTI DELL INCENDIO SUGLI ELEMENTI STRUTTURALI h net, d = hnet, r + hnet, c Riscaldamento dei materiali costruttivi Riduzione di resistenza del singolo materiale costruttivo, in funzione della temperatura raggiunta Acciaio Calcestruzzo RIDUZIONE DI RESISTENZA DELL ELEMENTO STRUTTURALE 3

4 L AZIONE TERMICA: CURVE DI INCENDIO L Incendio: il fenomeno fisico Prof. Ing.. E. Nigro

5 L AZIONE TERMICA: CURVE DI INCENDIO L Incendio: curve temperatura-tempo tempo reali e curva standard Curva standard ISO834 Prof. Ing.. E. Nigro

6 QUADRO NORMATIVO STRUTTURE DI CALCESTRUZZO ARMATO UNI-CNR UNI 9502 D.M. Ministero dell Interno, 2007 D. M. Ministero delle Infrastrutture e dei trasporti, 2005,, 2008 Eurocodice 2 Parte 1-2, Istruzioni per la progettazione di costruzioni resistenti al fuoco. Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costruttivi di conglomerato cementizio armato, normale e precompresso Classificazione di resistenza al fuoco di prodotti ed elementi costruttivi di opere da costruzione. Prestazioni di resistenza al fuoco delle costruzioni nelle attività soggette al controllo del Corpo nazionale dei vigili del fuoco. Direttive per l attuazione l dell approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio. Norme tecniche per le costruzioni Design of Concrete Structures Part 1-2: 1 General Rules- Structural Fire Design Prof. Ing.. E. Nigro 6

7 LA SICUREZZA DI STRUTTURE IN C.A. IN CASO DI INCENDIO ALTRE NORMATIVE DI RIFERIMENTO Bollettini C.E.B.-F.I.P. e fib N. 174 (1987): Model Code for Fire Design of Concrete Structures N. 208 (1991): Fire Design of Concrete Structures Structural Concrete (1999) - Vol. 3, Cap. 6: Design of Concrete Buildings for Fire Resistance. 7

8 LA SICUREZZA DI STRUTTURE IN C.A. IN CASO DI INCENDIO La Sicurezza in caso di incendio delle costruzioni è un obiettivo da perseguire con strategie tra di loro complementari: prevenzione; protezione attiva; protezione passiva; che riguardano i materiali, le strutture, gli impianti, le procedure di sicurezza e le limitazioni di esercizio. Tra le strategie di protezione passiva rientra la Resistenza al Fuoco: capacità portante in caso di incendio delle strutture, ovvero l attitudine delle strutture a conservare una sufficiente resistenza meccanica sotto l azione del fuoco; capacità di compartimentazione rispetto all incendio degli elementi di separazione sia strutturali, come muri e solai, sia non strutturali, come porte e tramezzi: attitudine a conservare un sufficiente isolamento termico ed una sufficiente tenuta. 8

9 CAPACITÀ PORTANTE DELLE STRUTTURE IN CASO DI INCENDIO La progettazione delle strutture deve assicurare alle stesse una adeguata capacità portante in caso di incendio necessaria per: garantire la sicurezza degli occupanti durante tutta la loro permanenza prevista nell edificio; edificio; garantire la sicurezza delle squadre di soccorso e delle squadre antincendio; evitare crolli dell edificio edificio che causerebbero danni alle persone; permettere ai componenti e ai sistemi antincendio di mantenere la l loro funzionalità; consentire l eventuale l riutilizzazione della struttura. 9

10 RICHIESTE DI PRESTAZIONE IN CASO DI INCENDIO Le recenti normative distinguono 5 livelli di prestazione da richiedere alla struttura in caso di incendio in funzione degli obiettivi prefissati: Livello 1 Livello 2 Nessun requisito di resistenza specifico al fuoco dove le conseguenze del crollo delle strutture siano accettabili o dove il rischio di incendio sia trascurabile. Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture per un periodo sufficiente a garantire l evacuazione degli occupanti in luogo sicuro. Livello 3 Livello 4 Livello 5 Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture tali da evitare, per tutta la durata dell incendio, il collasso delle strutture stesse. Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture per garantire, dopo la fine dell incendio, un limitato danneggiamento delle strutture stesse. Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture per garantire, dopo la fine dell incendio, il mantenimento della totale funzionalità delle strutture stesse. 10

11 RICHIESTE DI PRESTAZIONE DELLE STRUTTURE IN CASO DI INCENDIO I livelli di prestazione (I-V)) comportano classi di capacità portante stabilite in base al rischio ed alle strategie antincendio per i diversi tipi di costruzione e di attività. La capacità portante deve essere mantenuta per tutto il tempo necessario a garantire le prestazioni associate a ciascun livello. Spesso la prestazione della struttura in termini di capacità portante viene espressa mediante la classe di resistenza al fuoco R15, R20, R30, R45, R60, R90, R120, R180, R240 in cui il numero rappresenta il tempo, espresso in minuti primi, per il quale il requisito di resistenza viene garantito. 11

12 VERIFICA DI SICUREZZA IN CASO DI INCENDIO Possono essere individuati tre tipi di approccio,, utilizzabili insieme o separatamente: Approccio Strutturale la sicurezza viene ottenuta mediante la combinazione di opportune scelte di compartimentazione e di resistenza al fuoco delle strutture. Emidio Nigro Approccio basato sul Monitoraggio Approccio basato sull'estinzione è basato su sistemi di rilevamento automatico di fumi e/o calore e sulla trasmissione automatica dell'allarme ad un apposita squadra di intervento dei VVF è basato su sistemi di spegnimento automatico, come gli Sprinklers,, ed è sempre collegato ad un sistema automatico di allarme 12

13 APPROCCI BASATI SUL MONITORAGGIO O SULL ESTINZIONE Il ruolo della prevenzione incendi 13 Prof. Ing.. E. Nigro

14 LA VERIFICA DI RESISTENZA AL FUOCO Nel dominio del tempo: t fi, d t fi, richiesto (tempo di resistenza al fuoco di progetto tempo di resistenza al fuoco richiesto) Nel dominio delle resistenze: Θ R fi, d, t E fi, d, t (resistenza in condizioni di incendio al tempo t Nel dominio delle temperature: (temperatura dell elemento al tempo t γ M d, t Θ cr, d, fi = 1.0 sollecitazione in condizioni di incendio al tempo t) temperatura critica dell elemento) Le verifiche di sicurezza possono essere condotte analizzando: elementi strutturali singoli, nelle loro condizioni di vincolo e di carico; parti significative della struttura; l intera struttura, tenendo conto dell evoluzione nel tempo e con la temperatura delle caratteristiche geometriche degli elementi strutturali e delle proprietà meccaniche dei materiali Emidio Nigro 14

15 ANALISI STRUTTURALE IN CONDIZIONI DI INCENDIO 1 Definizione dell Incendio Costruzione. Geometria dei locali Attività. Carichi di incendio Caratteristiche dell incendio Modello di Incendio FASE 1 Azione Termica 2 Def. della trasmissione del calore Posizione e geometria degli elementi Proprietà termiche dei materiali Coefficienti di trasmissione del calore Modello trasmissione del calore FASE 2 Temperatura della struttura 3 Analisi strutturale Schematizzazione strutturale Analisi dei carichi Proprietà meccaniche Modello di calcolo strutturale FASE 3 Capacità portante 15 Prof. Ing. E. Nigro

16 SCHEMA GENERALE PER L ANALISI L PRESTAZIONALE DELLA SICUREZZA STRUTTURALE IN CASO DI INCENDIO CARICHI STATICI CARATTERISTICHE DELL INCENDIO MISURE ATTIVE ANALISI PROBABILISTICA OBIETTIVI DELLA SICUREZZA Peso Proprio Permanenti Accidentali Vento Neve Carico di Incendio Condizioni di Ventilazione Geometria del Compartimento Caratteristiche Termiche Pareti Protezione Attiva Rischio di Attivazione di Incendio Tempo di Evacuazione Sicurezza dei Soccorsi Conseguenze di un Collasso Strutturale Combinazione dei Carichi In Caso di Incendio Curva di Incendio Naturale Curva di Incendio Naturale di Progetto Analisi Globale della Struttura t nat fi,d t fi,rich 16 Prof. Ing. E. Nigro

17 TIPOLOGIE DI INCENDIO La curva di incendio di progetto può essere: Naturale: : curva determinata in base a modelli d incendio d e a parametri fisici che definiscono le variabili di stato all interno del compartimento. Le verifiche devono essere estese all intera durata dell incendio, inclusa la fase di raffreddamento. Nominale Nominale: : curva adottata per la classificazione delle costruzioni e per le verifiche di resistenza al fuoco di tipo convenzionale. Prove in forno Emidio Nigro 17

18 COMBINAZIONI DI CARICO IN CASO DI INCENDIO L incendio è considerato una azione eccezionale per una struttura e si considera concomitante alla combinazione di carico quasi permanente delle azioni di altra natura: F fi, d = γ GA GK + γ p PK ( t) + ψ 1,1 QK,1 + ψ 2, i QK, i i + A d ( t) con γ GA = 1.0, ψ 1,i e ψ 2,i dipendenti dalla destinazione d uso dell edificio. Con procedimento semplificato, le combinazioni di progetto per la verifica al fuoco F fi,d possono essere ottenute riducendo le azioni di progetto allo stato limite ultimo a temperatura ordinaria F d attraverso la formula: η fi F = fi,d γ γ GA G + ψ + = η fi γ 1,1 Q ξ ξ F d ψ 1,1 ξ = ξ, con ξ = Qk, 1 Per gli usuali valori di x risulta: h=( ) 0.7) Emidio Nigro G k 18

19 VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA AL FUOCO Verifica sperimentale: la valutazione della resistenza al fuoco può essere condotta mediante prove in forno di elementi caricati soggetti ad un incendio convenzionale. Valutazione analitica della resistenza al fuoco: Verifica tabellare o grafica R fi,d,t Metodi di calcolo semplificati Calcolo analitico (metodi di calcolo avanzati ). E fi,d,t 19

20 INCENDIO REALE-INCENDIO CONVENZIONALE T ( 8 1) = T log t + t e = tempo equivalente di esposizione al fuoco 20

21 TEMPO EQUIVALENTE DI ESPOSIZIONE AL FUOCO CARICO DI INCENDIO Il tempo equivalente di esposizione al fuoco può essere definito come il tempo di esposizione all incendio standard che risulta equivalente, ai fini degli effetti del fuoco, all incendio reale che può interessare il compartimento in relazione al carico di incendio ed alle caratteristiche geometriche dello stesso: t e = qf φ [ min] q f φ = = Mi H A A w A f f h w ui MJ, carico di incendio specifico 2 m [ ] m 1/2, fattore di apertura (opening factor) 21

22 VERIFICA TABELLARE O GRAFICA Le normative consentono il dimensionamento e la verifica di alcune tipologie comuni di elementi strutturali utilizzando tabelle o grafici che forniscono la classe di resistenza al fuoco in funzione dei principali parametri influenti. Sfi,d ηfi Sd ηfi S µ 0 = = d Rfi,d,0 Rfi,d,0 γm Rd 22

23 VALUTAZIONE ANALITICA DELLA RESISTENZA AL FUOCO CALCOLO DEL CAMPO TERMICO La valutazione analitica della resistenza al fuoco di una struttura o di un elemento strutturale può essere condotta mediante i seguenti passi: Determinazione del campo termico all interno dell elemento esposto all incendio convenzionale (curva ISO834) mediante l integrazione dell equazione differenziale di Fourier, nelle variabili spaziali e temporali, con opportune condizioni al contorno: la propagazione del calore nell elemento avviene per conduttività interna. L elemento oggetto di studio, sia esso bidimensionale o tridimensionale, deve essere ovviamente discretizzato in tanti elementini : l analisi termica fornirà pertanto il valore della temperatura nei prescelti istanti t di osservazione in tutti gli elementini. Campi termici predeterminati per alcune tipologie strutturali sono anche forniti in vari documenti normativi (Norme CNVVF-UNI, EC2, CEB-FIP). 23

24 DISCRETIZZAZIONE DI UN PILASTRO IN C.A. INVESTITO DALL INCENDIO SUI QUATTRO LATI 24

25 CAMPI TERMICI DEL PILASTRO IN C.A. t = 60 min t= 120 min Nelle figure è evidenziata l isoterma T = 500 C. 25

26 ESEMPI DI CAMPI TERMICI: SOLETTA IN C.A. 26

27 ESEMPI DI CAMPI TERMICI TRAVI EMERGENTI IN C.A. (t = min) 27

28 ESEMPI DI CAMPI TERMICI TRAVI EMERGENTI IN C.A. (t = min) 28

29 ESEMPI DI CAMPI TERMICI: TRAVE A I IN C.A. 29

30 VALUTAZIONE ANALITICA DELLA RESISTENZA AL FUOCO CALCOLO DELLE SOLLECITAZIONI ULTIME L analisi termica fornisce, per gli istanti temporali considerati, il campo di temperature nella sezione: a ciascun elementino in cui è discretizzata la sezione compete un valore della temperatura e quindi un proprio legame costitutivo σ ε, in genere diverso da quello dell elemento contiguo e funzione della temperatura locale. Si utilizzano le curve di degrado delle proprietà meccaniche dei materiali. Per le resistenze a temperatura ordinaria si assumono generalmente i valori caratteristici (coefficienti γ m = 1.0). Si calcolano le sollecitazioni ultime delle sezioni (R fi,d ) da confrontare con le sollecitazioni di progetto in caso di incendio (S fi,d ). 30

31 PROPRIETA DEI MATERIALI IN CONDIZIONI DI INCENDIO - CALCESTRUZZO - 31

32 PROPRIETA DEI MATERIALI IN CONDIZIONI DI INCENDIO - CALCESTRUZZO - 32

33 PROPRIETA DEI MATERIALI IN CONDIZIONI DI INCENDIO - ACCIAIO - 33

34 PROPRIETA DEI MATERIALI IN CONDIZIONI DI INCENDIO - ACCIAIO - 34

35 METODOLOGIA PER VALUTARE LA RESISTENZA AL FUOCO DI ELEMENTI DI CALCESTRUZZO ARMATO Travi o Colonne tozze : Determinazione del dominio di interazione M-N allo s.l.u. di sezioni in calcestruzzo armato o composte acciaio-calcestruzzo calcestruzzo considerando la riduzione di resistenza dovuta al fuoco. Principali ipotesi: Disaccoppiamento del problema termico dal problema meccanico. Il campo di temperature è considerato uniforme lungo l asse dell elemento, per cui il problema tridimensionale si riduce ad un problema bidimensionale. Per l assegnato tempo di esposizione al fuoco, l analisi termica fornisce il campo di temperature nella sezione retta. 35

36 VALUTAZIONE ANALITICA DELLA RESISTENZA AL FUOCO Travi o Colonne tozze : Emidio Nigro A ciascun elementino della sezione corrisponde un proprio legame costitutivo, funzione della temperatura locale dell elemento tenendo in conto la riduzione di resistenza prodotta dalla temperatura 36

37 CALCOLO DELLE SOLLECITAZIONI ULTIME Dalla conoscenza del legame σ ε di ciascuna fibra è possibile con gli usuali metodi, costruire il diagramma momento-curvatura della sezione per un prefissato valore dello sforzo normale N e calcolare il massimo momento M che la sezione può sopportare, assunto come momento ultimo M u. Emidio Nigro 37

38 RIDUZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA DI COLONNE IN C.A. IN CASO DI INCENDIO Emidio Nigro 38

39 VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA AL FUOCO DI COLONNE SNELLE Colonne snelle : METODO DELLA COLONNA MODELLO P a M H M0 A N=P q(z) L v(z) M Imax B z z 2 arctg( 0.4PL ) 1/r Inflessione dell estremo estremo libero: Momento massimo del I-ordine: Emidio Nigro a M = 4L π 2 2 I,max 1 r = L r M u 2 N a 39

40 RIDUZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA DI COLONNE SNELLE IN C.A. IN CASO DI INCENDIO Emidio Nigro 40

41 CURVE DI DEGRADO DELLA RESISTENZA NEL TEMPO DI COLONNE IN C.A. SOGGETTE AD INCENDIO N u ( t) N u (0) µ = µ ' = A s / bh = 0.01 e / h = 0 41

42 CURVE DI DEGRADO DELLA RESISTENZA NEL TEMPO DI COLONNE IN C.A. SOGGETTE AD INCENDIO 42

43 METODOLOGIA SEMPLIFICATA DI ANALISI Valutazione dei carichi di progetto in presenza di incendio (pari a al 40 75% di quelli a freddo ): S d, fi fi d ( = S γ ) η S / Dominio di interazione M u -N u allo stato limite ultimo per t=0 con riferimento alla resistenza caratteristica dei materiali e a fattori parziali di sicurezza unitari: R k La valutazione della capacità portante per l assegnata durata di resistenza al fuoco si può ottenere riducendo il dominio di interazione a freddo : R = R ρ ( λ,t) d,fi k d d, fi f Confronto tra il carico esterno e la capacità portante al tempo t S d,fi R d,fi 43

44 DEFINIZIONE DELLA LEGGE DI DANNEGGIAMENTO TERMICO La capacità portante allo stato limite ultimo delle colonne tozze soggette a pressoflessione può essere espressa nella forma seguente (eccentricità e = M/N): (t) = N (t ) ρ(t) Nu u 0 ρ(t) è la legge di danneggiamento termico per colonne tozze. Analogamente per colonne snelle la capacità portante per un assegnato tempo di esposizione al fuoco può essere dedotta riducendo il dominio di interazione a freddo (t=0) attraverso una opportuna funzione : N u (t, λ) = N u (t 0, λ) ρ d, fi ( λ,t) con ρ d λ,t) legge di danneggiamento termico per colonne snelle:,fi ( ρ d,fi ( λ,t) = ρ(t) ρ( λ,t) 44

45 CURVE DI DEGRADO DELLA RESISTENZA NEL TEMPO COLONNE IN C.A. Parametri che influenzano il degrado delle curve di evoluzione della resistenza in caso di incendio: - dimensioni medie della sezione retta - copriferro - quantità di armatura - eccentricità del carico Interpolazione delle curve di degrado della resistenza (e/h = 0 e copriferri usuali) essendo: 1 α = 135 p ρ( t), = p N u ( t) N u (0) = d d c 0 = = exp ( α t) 0.7 b h 30 ( b, h in cm) 45

46 UTILIZZO DELLE CURVE DI DEGRADO DELLA RESISTENZA NEL TEMPO Verifica semplificata di una sezione di geometria nota: noti noti p p e e t ρ ρ( t) t t = exp 135 p = p 1 ln ρ Progetto di massima delle dimensioni della sezione: noti t e ρ p t = 135 ln(1/ ρ) 0.78 N.B.: Le precedenti relazioni valgono per colonne tozze: nel caso di colonne snelle l incremento di deformabilità dei materiali causato dall incendio può far aumentare gli effetti del II ordine. 46

47 METODO SEMPLIFICATO ISOTERMA 500 C EUROCODICE 2 ANNESSO B Definizione della sezione ridotta: Emidio Nigro 47

48 ANALISI PER SINGOLI ELEMENTI O PER SOTTOSTRUTTURE mt=o m t=o Fo1(t=o) F v1(t=o) F v2(t=o) F o2(t=o) m t=o m t=o F o1(t=o) F o2(t=o) m t=o F v1(t=o) F v2(t=o) m t=o NTC 2008: Si deve tener conto degli Si deve tener conto degli effetti delle sollecitazioni iperstatiche dovute alle dilatazioni termiche contrastate a meno che non sia riconoscibile a priori che esse sono trascurabili o favorevoli o siano implicitamente tenute t in conto nei modelli semplificati e conservativi di comportamento strutturale in caso di incendio. Emidio Nigro 48

49 EFFETTI DELL INCENDIO AZIONI INDIRETTE a) Riduzione di resistenza e rigidezza dei materiali e della struttura ura b) Deformazioni termiche e variazioni di sollecitazioni b1) Effetto della curvatura di origine termica b2) Effetto della dilatazione termica Emidio Nigro 49

50 EFFETTI DELLA TEMPERATURA SU TRAVI INFLESSE Schemi isostatici: Riduzione di resistenza. Schemi iperstatici: Riduzione di resistenza a momento positivo e variazione delle sollecitazioni per la dilatazione termica impedita. Emidio Nigro 50

51 Trave doppiamente incastrata: la verifica allo stato limite ultimo può essere condotta calcolando il carico ultimo in condizioni di incendio, che corrisponde alla formazione di cerniere plastiche agli incastri ed in mezzeria della trave. M q L M M u q 8 ut + ut + ut = u = 2 8 L M ut VERIFICA q fi, d q u Emidio Nigro 51

52 EFFETTI DELL INCENDIO AZIONI INDIRETTE c) Effetti supplementari in regime di grandi spostamenti c1) Sforzo assiale di compressione M + = N v > 0 c2) Sforzo normale di trazione (per spostamenti molto grandi) M = N v < 0 Emidio Nigro 52

53 APPLICAZIONI 53

54 APPLICAZIONE 1 STRUTTURA INTELAIATA IN C.A. INCENDIO STANDARD ISO834 Emidio Nigro 54 Prof. Ing. E. Nigro

55 TELAIO MONOPIANO CON ISO834 - DEFORMATA Emidio Nigro 55 Prof. Ing. E. Nigro

56 TELAIO MONOPIANO CON ISO834 SPOSTAMENTO MEZZERIA TRAVERSO Emidio Nigro 56 Prof. Ing. E. Nigro

57 TELAIO MONOPIANO CON ISO834 DIAGRAMMA MOMENTI Emidio Nigro 57 Prof. Ing. E. Nigro

58 TELAIO MONOPIANO CON ISO834 MOMENTI IN MEZZERIA ED ESTREMITA TRAVERSO -250 NODO CENTRALE NODO LATERALE MEZZERIA TRAVE Emidio Nigro 58 Prof. Ing. E. Nigro

59 Metodo ISOTERMA 500 C NODO LATERALE TRAVERSO f f yk ck = 430 N / mm 2 = 25 N / mm 2 Dimensioni 30x50 Sezione soggetta a momento negativo b h ridotta ridotta = 18.3 cm = 44.3 cm ISOTERMA 500 C Armatura 4φ16 Inferiori 4φ16 Superiori y c 4 Af fsk = = 8,83cm 0,85 f b ck ridotta Emidio Nigro M fi, d, Rd = 4 Af fsk ( h yc / 2) = 124kNm 59

60 VERIFICA DI RESISTENZA NODO LATERALE TRAVERSO 180 Diagramma Momento-Curvatura (Nodo laterale Traverso) 160 Momento (knm) Verifica per singoli elementi: MRd,fi > MSd,fi Riduzione Resistenza Variazione sollecitazioni (SAFIR) Mom-Curv (t = 0 sec) t 160 min Mom-Curv (t = 9756 sec) MSd,fi (t = 0) MSd,fi a t = 9756 sec (SAFIR) MRd,fi (Metodo Isoterma 500 C) 0 0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,125 0,15 Curvatura*h Emidio Nigro 60

61 Metodo ISOTERMA 500 C MEZZERIA TRAVERSO f f yk ck = 430 N / mm 2 = 25 N / mm Dimensioni 2 30x50 Sezione soggetta a momento positivo T1 = 620, 6 C T2 = 748,1 C Armatura 4φ16 Inferiori 2φ16 Superiori T1 = 620,6 C, K y,1 = 0,42 T2 = 748,1 C, K y,2 = 0,172 y c 2 Af k y,1 fsk + 2 Af k y,2 fsk = = 1,6cm 0,85 f b M = 2 A k f ( h y / 2) + 2 A k f ( h y / 2) = 45kNm fi, d, Rd f y,1 sk c f y,2 sk c Emidio Nigro ck 61

62 VERIFICA DI RESISTENZA - MEZZERIA TRAVERSO Diagramma momento-curvatura (Mezzeria Traverso) 150 Momento (knm) Riduzione Resistenza t 160 min Verifica per singoli elementi: MRd,fi < MSd,fi Variazione sollecitazioni (SAFIR) Mom-Curv (t = 0 sec) Mom-Curv (t = 9756 sec) MSd,fi (t = 0) MSd,fi a t = 9756 sec (SAFIR) MRd,fi (Metodo Isoterma 500 C) t 125 min 0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,125 0,15-50 Curvatura*h Emidio Nigro 62

63 Metodo ISOTERMA 500 C NODO CENTRALE TRAVERSO f f yk ck = 430 N / mm 2 = 25 N / mm 2 Dimensioni 30x50 Sezione soggetta a momento negativo b h ridotta ridotta = 18.3 cm = 44.3 cm ISOTERMA 500 C Armatura 4φ16 Inferiori 2φ16 + 4φ20 Superiori y c 4 Af, φ16 fsk + 2 Af, φ 20 fsk = = 18,23cm 0,85 f b ck ridotta M = 4 A f ( h y / 2) + 2 A f ( h y / 2) = 221,7 knm fi, d, Rd f, φ16 sk c f, φ 20 sk c Emidio Nigro 63

64 TELAIO MONOPIANO CON ISO834 SFORZO ASSIALE TRAVERSO Emidio Nigro 64 Prof. Ing. E. Nigro

65 APPLICAZIONE 2 STRUTTURA INTELAIATA IN C.A. INCENDIO NATURALE (CURVA PARAMETRICA) Emidio Nigro 65 Prof. Ing. E. Nigro

66 Curve parametriche Temperatura-tempo tempo Emidio Nigro 66

67 DEFINIZIONE DELLA CURVA INCENDIO NATURALE (CURVA PARAMETRICA) Temperatura [ C] Tempo [min] Curva Parametrica ISO 834 q fd ESEMPIO Carico di incendio specifico di progetto Pareti = 600 MJ / m 2 1/ 2 b = 1160 J / m s K Fattore di apertura O = 0,07m 1/ 2 2 Emidio Nigro 67

68 TELAIO MONOPIANO CON INCENDIO NATURALE DEFORMATA Emidio Nigro 68 Prof. Ing. E. Nigro

69 TELAIO MONOPIANO CON INCENDIO NATURALE SPOSTAMENTO MEZZERIA TRAVERSO Emidio Nigro 69 Prof. Ing. E. Nigro

70 TELAIO MONOPIANO CON INCENDIO NATURALE DIAGRAMMA DEI MOMENTI Emidio Nigro 70 Prof. Ing. E. Nigro

71 TELAIO MONOPIANO CON INCENDIO NATURALE MOMENTI IN MEZZERIA ED ESTREMITA TRAVERSO NODO CENTRALE NODO LATERALE 0 50 MEZZERIA TRAVE 100 Emidio Nigro 71 Prof. Ing. E. Nigro

72 TELAIO MONOPIANO CON INCENDIO NATURALE SFORZO ASSIALE TRAVERSO Emidio Nigro 72 Prof. Ing. E. Nigro

73 DANNI PRODOTTI DALL INCENDIO IN STRUTTURE DI CALCESTRUZZO ARMATO 73

74 DANNI PRODOTTI DALL INCENDIO In seguito all esposizione al fuoco, gli elementi strutturali in calcestruzzo possono essere soggetti allo scheggiamento degli inerti, alla fessurazione e anche allo sfaldamento. Lo scheggiamento degli inerti è provocato dallo scoppio o dalla frantumazione dei granuli degli inerti, a causa delle trasformazioni fisiche e chimiche che avvengono alle alte temperature. La fessurazione è provocata da sforzi di coazione in seguito alle differenti dilatazioni termiche collegate alla distribuzione non uniforme del calore nella sezione trasversale dell elemento. Lo sfaldamento è il distacco di strati o frammenti di calcestruzzo di svariate dimensioni e si verifica in seguito a un esposizione al fuoco di notevole durata. È influenzato dalla frantumazione e fessurazione del calcestruzzo e si verifica, con maggiore probabilità, in presenza di stati tensionali di rilevante entità. Le esplosioni interne dipendono dagli sforzi di trazione, causati dal vapore acqueo, e dalle deformazioni impedite che si verificano inevitabilmente durante l incendio. 74

75 INDICATORI INDIRETTI DELLA ENTITA DELL INCENDIO Profondità di carbonizzazione di elementi in legno Cavi in PVC bruciati (T > 300 C) Fusione dell alluminio (T > 650 C) Fusione del vetro (T > 1000 C) Rete di fessure sulla superficie di calcestruzzo (profondità di circa 2 cm a T=1000 C ca.) Presenza di materiale incombusto etc. 75

76 INCENDIO IN UNA FABBRICA DI MOBILI 76

77 EFFETTI DELL INCENDIO 77

78 EFFETTI DELL INCENDIO 78

79 EFFETTI DELL INCENDIO SU COPERTURE CON TEGOLI IN C.A.P. Emidio Nigro Notevoli deformazioni plastiche dei tegoli di copertura 79

80 EFFETTI DELL INCENDIO SU COPERTURE CON TEGOLI IN C.A.P. Emidio Nigro Notevoli deformazioni plastiche dei tegoli di copertura 80

81 EFFETTI DELL INCENDIO SU COPERTURE CON TEGOLI IN C.A.P. Emidio Nigro Crollo di alcuni tegoli di copertura 81

82 EFFETTI DELL INCENDIO SU COPERTURE CON TEGOLI IN C.A.P. Emidio Nigro Notevoli deformazioni plastiche dei tegoli di copertura 82

83 EFFETTI DELL INCENDIO Danneggiamento all estremità delle travi 83

84 INCENDIO NEL SEMINTERRATO DI UN EDIFICIO 84

85 EFFETTI DELL INCENDIO 85

86 EFFETTI DELL INCENDIO 86

87 EFFETTI DELL INCENDIO 87

88 EFFETTI DELL INCENDIO 88

89 Struttura in c.a. danneggiata da un incendio 89

90 Struttura in c.a. danneggiata da un incendio 90

91 Struttura in c.a. danneggiata da un incendio 91

92 Struttura in c.a. danneggiata da un incendio 92

93 Struttura in c.a. danneggiata da un incendio 93

94 Struttura in c.a. danneggiata da un incendio 94

95 Struttura in c.a. danneggiata da un incendio 95

96 RESISTENZA RESIDUA DOPO L INCENDIOL CALCESTRUZZO 96

97 RESISTENZA RESIDUA DOPO L INCENDIOL ACCIAIO DOLCE 97

98 RESISTENZA RESIDUA DOPO L INCENDIOL ACCIAIO PER PRECOMPRESSIONE RESISTENZA A TRAZIONE FORZA DI PRECOMPRESSIONE 98

99 PROVE DI CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI MATERIALI SOGGETTI AD INCENDIO Carotaggi e microcarotaggi e relative prove di rottura a compressione Prove ultrasoniche Prove sclerometriche Prove di pull-out Prelievo di barre di armatura e relative prove di trazione 99

100 Riferimento Bibliografico (Novembre 2009)

101 IL PROGETTO DELLE STRUTTURE IN CASO DI INCENDIO ASPETTI GENERALI STRUTTURE DI CALCESTRUZZO ARMATO GRAZIE PER L ATTENZIONEL Contatti: Prof. Ing. Emidio Nigro Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Università di Napoli Federico II emidio.nigro@unina.it 101