Effetti del fuoco (incendio) sul calcestruzzo armato Effetti generali dell incendio a) Distribuzione della temperatura nelle strutture. Una distribuzione di temperatura non uniforme con differenze di dilatazione fra strato e strato, sforzi tangenziali, sfaldamento superficiale o al distacco. Tipico lo scorticamento della parte inferiore dei solai in laterizio armato esistenti in locali colpiti da incendi relativamente modesti. Il rapido aumento di temperatura subita dai mattoni soprastanti il focolaio provoca dilatazioni differenziali e sforzi che superano il limite di elasticità del laterizio. b) Degradazione dei materiali con diminuzione della resistenza. La degradazione dei materiali con l aumentare della temperatura spesso comporta una diminuzione della resistenza sotto sforzo dei materiali che, una volta superato un certo limite, può portare al cedimento della struttura.
Effetti generali dell incendio c) Dilatazione termica degli elementi e delle strutture. La dilatazione termica ha conseguenze diverse a seconda dello schema statico della struttura e dei vincoli. Dilatazioni termiche libere, non hanno alcun effetto sulle sollecitazione, ma possono condurre a deformazioni notevoli, che sommate a quelle elastiche, plastiche e viscose, possono dar luogo a spostamenti o scorrimenti eccessivi rispetto ai vincoli (per es. appoggi) fino all abbandono di essi e quindi al crollo. Dilatazioni termiche impedite, anche per modesti aumenti della temperatura, conducono alla generazione di sforzi normali e momenti flettenti. Effetti dell incendio sul calcestruzzo Il comportamento termico di un calcestruzzo confezionato con cemento portland è caratterizzato da una modesta dilatazione fino a 100 C per poi progressivamente subire una contrazione fino a 1000 C e, nel conseguente raffreddamento, fino a 0 C. Questo è dovuto alla progressiva disidratazione irreversibile con conseguente distruzione della struttura cristallina della malta. Per effetto delle alte temperature il calcestruzzo subisce dei cambiamenti delle proprie caratteristiche meccaniche dovute alla progressiva distruzione della struttura cristallina ed alla perdita dell acqua di idratazione.
Effetti dell incendio sul calcestruzzo Per una valutazione sufficientemente approssimata delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo a varie temperature possono risultare validi i valori dei coefficienti di riduzione riportati nella tabella seguente per la resistenza a compressione (cemento portland). Temp. C colore aspetto resistenza a compressione 0 grigio ------ 1 250 grigio ------ 1 600 rosa poroso 0,45 900 fulvo molto poroso ------- 1000 giallo friabile poroso ------- Effetti dell incendio sul calcestruzzo Per analisi visiva su strutture incendiate, sono utili le indicazioni dei valori della resistenza a compressione in funzione del colore assunto dal calcestruzzo e del suo aspetto superficiale. Il calcestruzzo assume, per variazioni dei suoi componenti, diverse colorazioni passando dal grigio chiaro al rosa, al grigio scuro al fulvo al giallo, con il variare della temperatura dai 600 C C ai 1000 C. Parallelamente la sua superficie diventa sempre più porosa fino a presentarsi friabile. Al crescere della temperatura l acciaio modifica la sua struttura cristallina perdendo le sue caratteristiche elastiche fino a diventare plastico. E' importante, per le armature dei manufatti in cemento armato, individuare la temperatura per la quale si crea una tensione nell acciaio tale da indurre allungamento pari al 2 per mille, cioè al limite elastico.
Effetti dell incendio sul calcestruzzo Tale temperatura è definita temperatura critica. Per gli acciai comunemente impiegati in edilizia varia tra i 500 550 C, inferiore a quella del calcestruzzo valutabile per quanto già detto intorno ai 600 C E' da tenere presente anche il fatto che, mentre nel campo delle temperature di impiego nelle costruzioni in cemento armato, l acciaio ed il calcestruzzo hanno uguale dilatazione termica, per temperature maggiori, come quelle che possono crearsi per effetto di un incendio l acciaio continua a dilatarsi, mentre il calcestruzzo si contrae. Si creano così stati tensionali elevati che portano alla frantumazione del calcestruzzo. Resistenza al fuoco Attitudine di un elemento da costruzione (componente o struttura) a conservare - secondo un programma termico prestabilito e per un tempo determinato.- in tutto o in parte: la stabilità ( R ), la tenuta ( E ) e l'isolamento termico (I), così definiti: -stabilità: attitudine di un elemento da costruzione a conservare la resistenza meccanica sotto l'azione del fuoco; -tenuta: attitudine di un elemento da costruzione a non lasciar passare nè produrre -se sottoposto all'azione del fuoco su un lato - fiamme, vapori, o gas caldi sul lato non esposto; -isolamento termico: attitudine dell' elemento da costruzione a ridurre, entro un dato limite, la trasmissione del calore,
Resistenza al fuoco Pertanto: -con il simbolo REI si identifica un elemento costruttivo che deve conservare, per un tempo determinato, la stabilità, la tenuta e l'isolamento termico; -con il simbolo RE identifica un elemento costruttivo che deve conservare, per un tempo determinato, la stabilità, la tenuta; -con il simbolo R si identifica un elemento costruttivo che deve conservare, per un tempo determinato, la stabilità. In relazione ai requisiti dimostrati gli elementi strutturati vengono classificati da un numero che esprime i minuti primi. Per la classificazione degli elementi non portanti il criterio R è automaticamente soddisfatto quando siano soddisfatti i criteri E ed I. Resistenza al fuoco I tre requisiti REI devono essere garantiti per un tempo, corrispondente alla prestazione richiesta, che viene rilevato sperimentalmente mediante prove al forno su elementi costruttivi nella loro interezza e non suoi singoli componenti, sottoposti alle sollecitazioni previste per le condizioni di esercizio. Non sempre le prestazioni richieste si riferiscono a tutti e tre i requisiti; per elementi portanti senza funzione di separazione (travi, pilastri) la prestazione richiesta si riferisce solo alla R, per elementi portanti con funzione di separazione (pareti in muratura, solai) ci si riferisce generalmente a tutti e tre i requisiti, per elementi di separazione non portanti (porte, serrande) ci si riferisce soltanto ai requisiti E, I.