RESISTENZA ALFUOCO DELLE STRUTTURE ANNESSI NAZIONALI DEGLI EUROCODICI dott. ing. LUCA PONTICELLI C.N.VV.F. (Area V – D.C.P.S.T.) Seminario tecnico Parma, 18 settembre 2013 1 IL COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI MATERIALI DA COSTRUZIONE: ASPETTI GENERALI DA UN PUNTO DI VISTA qualitativo, NEI CONFRONTI DELL’INCENDIO: 1 2 3 C.A. LEGNO METALLO ) • Sezioni molto spesse (bassi “fattori di sezione”) DIFETTI • Presenza di acqua nel materiale (“spalling” dei cls HSC) .LE STRUTTURE IN C.A.a. Caratteristiche salienti: PREGI • Incombustibilità • Bassa conducibilità (1/50 dell’acciaio c. RISCALDAMENTO Temperatura (°C) Cosa accade 1000 900 In genere questa è la massima temperatura 800 700 600 Perdita della capacità portante 500 Limite convenzionale per le sezioni resistenti 400 300 Il cls assume colore rosato 200 – 400 Possibili fenomeni di spalling . .DANNEGGIAMENTI “TIPICI” DEL C.A. LE STRUTTURE IN LEGNO Caratteristiche salienti: PREGI • Bassa conducibilità dello strato carbonizzato • Sezioni massicce (bassi “fattori di sezione”) DIFETTI • Combustibilità . SEZIONE RESIDUA SEZIONE RESIDUA Temperatura (°C) RISCALDAMENTO Cosa accade 1000 900 In genere questa è la massima temperatura 800 700 600 500 400 300 < 200 E’ la temperatura del legno non carbonizzato . DANNEGGIAMENTO TIPICO DELLE STRUTTURE IN LEGNO . LE STRUTTURE IN METALLO (acciaio ed alluminio) Caratteristiche salienti: PREGI • Incombustibilità • Assenza di acqua nel materiale DIFETTI • Alta conducibilità • Sezioni snelle (alti “fattori di sezione”) . Acciaio RISCALDAMENTO Alluminio Temperatura (°C) Cosa accade 1000 900 In genere questa è la massima temperatura 800 700 600 500 400 300 200 – 400 Perdita della capacità portante . DANNEGGIAMENTI TIPICI DELLE STRUTTURE METALLICHE 2 LE METODOLOGIE PER LA VERIFICA AL FUOCO DI ELEMENTI STRUTTURALI CAMPO DI APPLICAZIONE Il D.M. 16/2/07 si applica ai prodotti ed agli elementi costruttivi incorporati permanentemente in opere civili e per i quali è richiesto il requisito di “resistenza al fuoco”. La prestazione nei confronti della resistenza al fuoco di un prodotto o di un elemento costruttivo può essere effettuata mediante: VALUTAZIONE DELLA PRESTAZIONE PROVE SPERIMENTALI CALCOLI ANALITICI CONFRONTO CON TABELLE Evacuatori di fumo naturali Classi: 15. controsoffitti. scale. travi. chiusure di passaggi. tetti. colonne. 360 minuti . condotte di ventilazione. 20. porte. condotti di estrazione del fumo. 180. sistemi di sigillatura. controsoffitti. F Funzionalità degli evacuatori motorizzati di fumo e calore. 60. chiusure. solai. Camini I Isolamento Muri. condotti di estrazione del fumo. Cavi elettrici e loro sistemi di protezione dal fuoco E Tenuta Muri. tetti. sistemi di sigillatura.LA CLASSIFICAZIONE DI RESISTENZA AL FUOCO Simbolo Significato Campo di applicazione Simbolo Significato Campo di applicazione R Capacità portante Muri. P PH Continuità di corrente o capacità di segnalazione. canalizzazioni. facciate continue. serrande tagliafuoco. passerelle. 90. pavimenti sopraelevati. 45. DH Durata della stabilità lungo la curva standard temperatura – tempo. 30. pavimenti sopraelevati. facciate continue. G Resistenza all’incendio della fuliggine. tetti. serrande tagliafuoco. solai. Evacuatori di fumo motorizzati S Tenuta al fumo Serrande tagliafuoco. 120. condotte di ventilazione. K Capacità di protezione al fuoco. solai. controsoffitti. porte. 240. facciate continue. Rivestimenti per pareti e soffitti W Irraggiamento Muri. balconi. B Funzionalità degli evacuatori naturali di fumo e calore. D Durata della stabilità a temperatura costante. condotti di estrazione del fumo. pavimenti sopraelevati. C Dispositivo automatico di chiusura Porte. canalizzazioni. M Azione meccanica Muri. porte. Condizioni di esposizione al fuoco (ossia incendi di progetto): Definiti nelle regole tecniche di prevenzione incendi o nel DM 9 marzo 2007 Definiti nel DM 14 gennaio 2008 (NTC) per le attività non soggette ai controlli VF in base al DPR 151/2011 Combinazioni di carico e coefficienti di sicurezza Definiti nel DM 14 gennaio 2008 (NTC) . separanti o non separanti.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.1 I metodi di calcolo della resistenza al fuoco hanno l'obiettivo di consentire la progettazione di elementi costruttivi portanti. sotto specifiche condizioni di esposizione al fuoco e attraverso il rispetto di criteri prestazionali e l'adozione di particolari costruttivi. resistenti al fuoco anche prendendo in considerazione i collegamenti e le mutue interazioni con altri elementi.IL FOCUS SUL METODO ANALITICO Allegato C – Modalità per la classificazione in base ai risultati di calcoli C. C. 14/1/2008) SÌ NO CLASSE R/REI IN FUNZIONE DEL LIVELLO DI PRESTAZIONE IMPOSTO VERIFICA PER TUTTA LA DURATA DELL’INCENDIO (ed anche con classe R/REI ridotta) SÌ CLASSE R/REI IN FUNZIONE DEL LIVELLO DI PRESTAZIONE IMPOSTO .RIASSUMENDO IL QUADRO NORMATIVO ATTIVITÀ NORMATA DA SPECIFICHE DISPOSIZIONI DI PREVENZIONE INCENDI (D.M. (D.F. xxxx) SÌ NO APPROCCIO PRESCRITTIVO (D.M.M.M.M. xxxx) SÌ LEGENDA = APPROCCIO PRESCRITTIVO = APPROCCIO PRESTAZIONALE NO ATTIVITÀ SOGGETTA AI CONTROLLI VV. DPR 16/2/1982) 151/2011 APPROCCIO PRESCRITTIVO (classe R/REI imposta dal D. 9/3/2007) APPROCCIO PRESCRITTIVO (D. COMBINAZIONI DELLE AZIONI .M.D. 9/3/2007 punto 5 SUCCESSIVAMENTE ENTRARONO IN VIGORE LE NTC 2008 . M.NTC 2008 (D. 14/1/2008 – in corso di revisione…) ... G Q G G . 9/3/2007 punto 5 QUINDI L’ANALISI STRUTTURALE CON CURVE NATURALI DI INCENDIO VA CONDOTTA.MUTUE INTERAZIONI TRA GLI ELEMENTI D. DI NORMA.M. SULL’INTERA STRUTTURA! . APPROCCI ALL’ANALISI STRUTTURALE ANALISI PER SINGOLI ELEMENTI COMODA ED USATA GENERALMENTE SE L’INCENDIO ÈMODELLATO CON CURVE NOMINALI ANALISI DI PARTI DI STRUTTURE O DELL’INTERO COMPLESSO DA USARE SE L’INCENDIO È MODELLATO CON CURVE NATURALI . Parte 1-2 Regole generali .Progettazione strutturale contro l'incendio» .3.Parte 1-2: Azioni generali .7 EN 1999-1-2 «(Progettazione delle strutture di alluminio .3 I metodi di calcolo da utilizzare ai fini del presente decreto sono quelli contenuti negli Eurocodici di seguito indicati se completi delle appendici contenenti i parametri definiti a livello nazionale (NOPS): C.3 EN 1993-1-2 «Progettazione delle strutture di acciaio .3.IL FOCUS SUL METODO ANALITICO C.3.Parte 1-2: Regole generali .Progettazione strutturale contro l'incendio» C.3.5 EN 1995-1-2 «Progettazione delle strutture di legno .Progettazione strutturale contro l'incendio» C.Parte 1-2: Regole generali .3.Parte 1-2: Regole generali .Progettazione strutturale contro l'incendio» C.3.Parte 1-2: Regole generali .6 EN 1996-1-2 «Progettazione delle strutture di muratura .Azioni sulle strutture esposte al fuoco» C.3.Progettazione strutturale contro l'incendio» C.4 EN 1994-1-2 «Progettazione delle strutture miste acciaio calcestruzzo Parte 1-2: Regole generali .2 EN 1992-1-2 «Progettazione delle strutture di calcestruzzo .1 EN 1991-1-2 «Azioni sulle strutture .Progettazione strutturale contro l'incendio» C. GLI ANNESSI NAZIONALI DEGLI EUROCODICI E LA CIRCOLARE 4638 DEL 5 APRILE 2013 . è possibile limitare l'impiego dei metodi di calcolo alla sola verifica della resistenza al fuoco degli elementi costruttivi portanti.IL FOCUS SUL METODO ANALITICO C.2. C. normale e precompresso» C.4 e C.3.4 In attesa della pubblicazione delle appendici nazionali degli Eurocodici.3.5 con i valori dei parametri da definire a li-vello nazionale presenti nelle norme stesse come valori di riferimento ovvero con riferimento alle norme UNI di seguito indicate: C.3.4.3. con riferimento agli Eurocodici indicati in C.3.2 UNI 9503 «Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costrut-tivi di acciaio» CA.4.1 UNI 9502 «Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costrut-tivi di conglomerato cementizio armato. C.3 UNI 9504 «Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costrut-tivi di legno» POSSIBILITÀ CESSATA . nonché aderenza e coesione per tutto il tempo necessario e ne fornisca le indicazioni circa i cicli di posa o di installazione.r.r.4 possono essere ancora utilizzati purché il produttore. dichiari sotto la propria responsabilità.3 dell'allegato A.d. prevista in conformità alla pertinenti specificazioni tecniche ovvero dopo 3 anni dall'entrata in vigore del presente decreto (possibilità decaduta n. che il sistema protettivo garantisca le prestazioni definite in suddette norme.) I valori dei parametri presenti nelle norme citate in C. al variare delle temperature.). non sono valide ai fini della verifica della resistenza al fuoco degli elementi costruttivi portanti (si seguono esclusivamente le norme di prova n. che esulano dall'ambito delle prove indicate all'articolo 2 comma 4 del presente decreto o dalle norme citate in C.r. Elaborazioni numeriche dei valori di detti parametri. .d.d. dei parametri termofisici dei sistemi protettivi eventualmente presenti sugli elementi costruttivi portanti.). (Norme EN n.5 I metodi di calcolo di cui in C.4 sotto le condizioni suddette. sulla base di idonee esperienze sperimentali. In questi casi i valori che assumono detti parametri vanno determinati esclusivamente attraverso le prove indicate all'articolo 2 comma 4 del presente decreto ed elencate nella tabella A. Tale possibilità decade con l'obbligo della marcatura CE dei sistemi protettivi.4 possono necessitare della determinazione.IL FOCUS SUL METODO ANALITICO C.3 e C. 4 maggio 1998 È QUELLO DEL D. 16 febbraio 2007 !!! .M.IL METODO TABELLARE L’UNICO METODO TABELLARE INTESO NEL SENSO FORNITO DAL D.M. . COLONNE E TIRANTI • IL PRODUTTORE DEI RIVESTIMENTI DEVE DICHIARARNE L’IDONEITA’ • LA POSSIBILITA’ DI RICORRERE ALLE TABELLE DELL’ACCIAIO E’ DECADUTA IL 25/9/2010.IPOTESI DI BASE: • IL METODO TABELLARE È UN METODO RIGIDO: NON SONO AMMESSE INTERPOLAZIONI O ESTRAPOLAZIONI • GLI ELEMENTI TRUTTURALI SONO ESPOSTI ALL’INCENDIO STANDARD • SONO ESCLUSI I PROFILATI DI CLASSE 4 • SI CONSIDERANO TRAVI APPOGIATE. 3 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN ACCIAIO ACCIAIO METODI ANALITICI SEMPLIFICATI DELL’EUROCODICE 3 PARTE 1-2 IL METODO DELLA “temperatura critica” Nell’ipotesi di distribuzione uniforme della temperatura la condizione di collasso si verifica quando l’effetto dei carichi (eventualmente ridotti a seguito di ridistribuzione) eguaglia la resistenza della membratura: Efi,d = Rfi,d(θcr) (1) Nell’ipotesi che la resistenza a caldo si possa esprimere come aliquota di quella ad inizio incendio mediante il coefficiente di riduzione della tensione di snervamento (e dunque NON NEL CASO DI VEIRFICHE DI STABILITÀ): Efi,d = k(θcr)⋅Rfi,d,0 (2) Introdotto il coefficiente di utilizzazione ad inizio incendio μ0: La condizione di collasso diviene: da cui si deduce la θcr μ0 = ky,θcr μ0 = E fi,d R fi,d,0 (3) (4) Per le sezioni snelle in acciaio θcr,a = 350°C ESPRESSIONE DELLA TEMPERATURA CRITICA . E.L’ANALISI TERMICA Analisi semplificata … materiale non protetto … K⋅(θg – θ) ⋅dt ⋅A = δQ = dU = ρ ⋅V ⋅ca ⋅dθ Analisi F.M. Δθ = ( K ⋅ θg −θ ρa ⋅ c a ) ⋅ A Δt Modellazione dell’incendio Proprietà del materiale V Fattore di sezione . t ⎛ φ ⎞ A p θ g.t 10 = ⋅ ⋅ ⋅ ∆t .t − θ a.L’ANALISI TERMICA ∆θ a.⎜ e − 1⎟ ∆θ g.t ⎜ ⎟ φ dp ⋅ c a ⋅ ρ a V ⎝ ⎠ 1+ 3 λp … materiale protetto … Proprietà del materiale Proprietà del protettivo φ= Fattore di sezione c p ⋅ ρp c a ⋅ ρa ⋅ dp ⋅ Ap V Modellazione dell’incendio . .LE PROPRIETÀ DEI PROTETTIVI DELL’ACCIAIO Si valutano in base alle due norme europee: EN 13381-4 reattivi e passivi EN 13381-8 reattivi È di fondamentale importanza la definizione del fattore di sezione A/V. queste curve possono essere costruite solo se sono noti i valori dei parametri termofisici dei protettivi in base alle norme EN 13381-4 e EN 13381-8. .LE CURVE DI RISCALDAMENTO cp = 0 ⇒ φ = c p ⋅ ρp c a ⋅ ρa ⋅ dp ⋅ Ap V =0 Si trascura l’assorbimento del protettivo Per gli elementi protetti. d/Mr.D.0 m Mfi.0 = Wxfy/γa = 642550x235/1.) μ0 = Mfi.d.0 = 151 kNm (γa = 1.dxL2/8= 90 kNm Mr.UN ESEMPIO APPLICATIVO PROGETTO DI UNA TRAVE INFLESSA R30 qfi.0kN/m HE200B (A/V aderente = 156 m-1) L = 6.d = qfi.d = 20.0 = 90/151 = 0.6 .d.A.0 in base al N. cr (0.CALCOLO DELLA TEMPERATURA CRITICA θa.6) = 554°C . CALCOLO DELLA TEMPERATURA DELLA TRAVE NON PROTETTA DOPO 30 minuti A/V = 156 m-1 760°C > 554°C LA TRAVE DEVE ESSERE PROTETTA . PROGETTO DEL PROTETTIVO Si sceglie un protettivo di tipo reattivo applicato a pennello sulla trave testato in base alla EN 13381-4. Dal rapporto di valutazione emesso da un laboratorio abilitato si evince che servono 400 μm di protettivo per tenere il profilo al di sotto della temperatura critica R30 3000 350°C Spessore di protettivo (μm) 2500 2000 400°C 1500 450°C 1000 500°C 500 550°C 600°C 0 0 50 100 150 200 -1 Am/V (m ) 250 300 . d < Nb.θ.θ ⋅ fy γm.R.fi.fi.0 Relazione valida solo per profilati di classe 1.fi = 1.r. 2 e 3.d = 400 kN Esposizione: 15 minuti all’incendio ISO 834 sui quattro lati HEA 200 A = 5380 mm2 La verifica è soddisfatta se: p = 1136 mm Nfi.θ.UN ESEMPIO APPLICATIVO VERIFICA DI UNA COLONNA COMPRESSA Nfi. Per i profilati di classe 4 la θcr è di 350 °C.d Acciaio S355 H = 3m MEMO Nb. .d = χ fi ⋅ A ⋅ k y. 1. DETERMINAZIONE DELLA TEMPERAURA DEL PROFILATO (θa) Am/V = p/A = 1136/5380 = 0.211 mm-1 = 211 m-1 θa ≅ 620 °C . 42 fy.θ / γm.2.fi = = 355 ⋅ 0.0 = kE.27 = 150 N/mm2 620 °C .620 = 0.620 = 0.θ. CALCOLO DELLA TENSIONE DI SNERVAMENTO DI PROGETTO A CALDO (fy.d) θa = 620°C ky.42 / 1.d = fy ⋅ ky.θ. 76) χ. CALCOLO DEL COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA PLASTICA (χfi) Parametro di imperfezione Parametri Formulazione a freddo Formulazione a caldo 1 1 Φ + Φ2 − λ 2 Φ θ + Φ θ − λ θ2 Φ. χfi λ.2) ηθ= αθ · λ θ α.θ k E.65 λθ = 235 fy A ⋅ f y k y. λθ λ= A ⋅ fy N cr 2 α θ = 0. Φθ 0. αθ Valore tabellato (0.5[1+η+ λ 2] 0.θ k y. ηθ η = α ( λ -0.3.5[1+ηθ+ λ θ2] η.θ ⋅ =λ N cr k E.θ Snellezza adimensionalizzata .13 ÷ 0. 529 ⋅ 0.520 Φθ = 0.50 .27 α θ = 0.65 = 0.788 = 0.42 ⋅ =λ = 0.θ 0.θ k y.243 + 1.243 − 0.243 χ fi = 1 2 Φθ + Φθ − λθ2 = 1 2 1.529 355 fy η θ = α θ ⋅ λ θ = 0.983 2 = 0.9832) = 1.θ k E.788 3077000 A ⋅ f y k y.3. CALCOLO DEL COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA PLASTICA (χfi) π 2EI π 2 ⋅ 210000 ⋅ 13360000 Ncr = 2 = = 3077kN L 3000 2 3m A ⋅ fy λ= λθ = N cr = 5380 ⋅ 355 = 0.983 Ncr k E.65 235 235 = 0.520+0.5[1+ηθ+λθ2]=0.983 = 0.5(1+0.θ 0. 50 ⋅ 5380 ⋅ = 400 KN 1.42 ⋅ 355 = 0.fi.θ ⋅ fy γm.R.4. sarebbe stato necessario proteggere opportunamente il profilato per ritardarne il riscaldamento. VERIFICA A CALDO Nb. La temperatura di 620°C è la temperatura critica del profilato in quanto la resistenza eguaglia l’azione corrispondente.d = χ fi ⋅ A ⋅ k y. .θ.fi 0.0 La verifica è soddisfatta. Qualora la verifica non fosse stata soddisfatta. 0 μ0 = 400/1642 = 0.0 ⋅ 355 = 1642 KN 1.d = 400 kN R fi.d.86 ⋅ 5380 ⋅ 1.d = χ fi ⋅ A ⋅ k y.d.24 (coefficiente di utilizzazione) = 697 °C > 620 °C !!! NEL CASO DI VERIFICHE DI STABILITA’ IL METODO DELLA TEMEPRATURA CRITICA NON RISULTA CONSERVATIVO .θ ⋅ fy γm.R.fi.0 Efi.20.APPLICANDO brutalmente IL METODO DELLA TEMPERATURA CRITICA: μ0 = E fi.0 = Nb.fi = 0.d R fi. 5(1+0.… CALCOLO DELLA RESISTENZA AD INIZIO INCENDIO π 2EI π 2 ⋅ 210000 ⋅ 13360000 Ncr = 2 = = 3077kN L 3000 2 λθ = A ⋅ fy Ncr α θ = 0.529 355 fy ηθ = αθ ⋅ λθ = 0.788 3077000 235 235 = 0.5[1+ηθ+λθ2]=0.86 .848 + 0.848 − 0.529 ⋅ 0.417 Φθ = 0.788 2 = 0.65 = 0.65 = 5380 ⋅ 355 = 0.848 χ fi = 1 2 Φθ + Φθ − λθ2 = 1 2 0.5292) = 0.417+0.788 = 0. 692 fy 355 LA SEZIONE È DI CLASSE 3 c 134 = = 20.5 .6 t w 6.5.2 t f 10 ANIMA A caldo: ε = 0.85 235 235 = 0.85 = 0. CLASSIFICAZIONE DELLA SEZIONE A CALDO ALI c 82 = = 8. in generale. dipende: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) Dallo schema strutturale (isostatico o iperstatico per la ridistribuzione delle azioni).… un decalogo per ricapitolare … La resistenza al fuoco di una costruzione. Dalla classificazione delle sezioni e dalla loro forma Dal fattore di sezione che influisce sulla velocità di riscaldamento della stessa (A/V). Dalle azioni agenti in condizioni di incendio (per il calcolo coefficiente di utilizzazione μ0) Dalle proprietà meccaniche del materiale Dalle proprietà termiche del materiale Dalla modellazione dell’incendio (curve nominali. curve naturali). …ed inoltre: 9) Dalla corretta esecuzione ad opera di personale specializzato 10) Dalla corretta manutenzione delle strutture . Dalla presenza di rivestimenti protettivi (lastre. vernici …). 4 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN CLS ARMATO . CEMENTO ARMATO METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELL’EUROCODICE 2 PARTE 1-2 . IL METODO DELL’ISOTERMA A 500°C (EC2 1-2) Barra reagente alla temperatura θs heff H Sezione di cls reagente a 20°C beff B Isoterma a 500°C . 22% I COEFFICIENTI PARZIALI DI SICUREZZA SONO RIPORTATI NEI N.A.ESEMPIO a = 2. .fi = 440/1.fi = 25/1.0 = 440.D. DOPO UN’ESPOSIZIONE ALL’INCENDIO STANDARD DI 60 minuti SECONDO EC2 1-2 H = 25 cm B = 100 cm Copriferro netto: 2 cm Barre Ø 10/10” Calcestruzzo: fcd = fck/γc.0 N/mm2 Acciaio: fyd = fyk/γs.0 N/mm2 εsy = fyd/Es = 440/(1.A.0 = 25.5 cm CALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTE DI UNA SOLETTA IN C.0 x 200000) = 0. MAPPATURA TERMICA δ>500°C = 2 cm θs = 450°C . 8 ⋅ 1000 1.8 mm < 25 .8 ) x 13.00 = 276.60 = C60 x (H – a – λ⋅x/2) = 276.0 ⋅ ⋅ 0.25 − 13.8⋅13.5 kN C60 = h ⋅ fcd ⋅ λ ⋅ x ⋅ B T60 = η ⋅ f cd ⋅ λ ⋅ B 276500 = 13.5 = 5.2 = 23 cm 25 1.7 kNm .8⋅10 ⋅ π ⋅ 102/4 ⋅ 440/1.8⋅As ⋅ fyd = 0.8 x= Mu.8/2) = 60.35% > εsy = 0.d.4 (250 – 25 – 0.a − x ) cu3 = (250 .CALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTE η⋅fcd λ⋅x x As⋅σs t = 60 T60 = 0.22% ε s = (H .0 ε 3. penalizzato dalla temperatura raggiunta (450°C ⇒ k = 0.d. si progetta lo spessore di protettivo da applicare per garantire la resistenza richiesta dopo il prefissato tempo di esposizione all’incendio. è necessario che aumenti lo sforzo di trazione delle barre di armatura. .7 kNm Affinchè il momento resistente di progetto sia pari a 75 kNm. si calcola lo sforzo di trazione delle barre affinché si raggiunga la richiesta resistenza. l’acciaio deve essere mantenuto ad una temperatura non superiore a 400°C. Procedendo per tentativi. L’applicazione del protettivo “raffredda” la sezione e ne incrementa la capacità portante.8).60 = 60. ottenibile con una tensione di snervamento non ridotta per effetti termici. In sostanza. Md = 75 kNm Mr.PROGETTO DEL PROTETTIVO Nell’ipotesi che il momento di progetto della soletta sia superiore a quello resistente calcolato per l’esposizione all’incendio di 60 minuti (75kNm). Tale sforzo è di 345 kN. Si adottano i risultati di test condotti in base alla norma ENV 13381-3. CALCOLO DEL COPRIFERRO DI PROGETTO DELL’ACCIAIO 30 mm . Dall’esempio si vede che uno spessore di 2 mm di protettivo è sufficiente.9 16. Se ne riporta un esempio: dp (mm) 30 min 60 min 90 min 120 min 180 min 240 min εd.5 16.0 3.0 14.dmax (mm) 4. La norme ENV 13381-3 introduce il concetto di spessore equivalente.6 15.1 - - εp. . è necessario applicare uno spessore di protettivo all’intradosso della soletta tale da risultare equivalente ai 5 mm di calcestruzzo mancanti per i 60 minuti di esposizione all’incendio standard.9 7.8 9.9 La norma ammette l’interpolazione lineare.0 5.pmin (mm) 2.9 10.3 11.CALCOLO DELLO SPESSORE DI PROTETTIVO DI PROGETTO Per garantire i 3 cm di copriferro. IN CASI PIÙ COMPLESSI (SI PUÒ RICORRERE AI DOMINI DI INTERAZIONE N-M) Dominio di interazione N-M colonna 40x40 in c.a. armata con 4Ø16 (esposizione su 4 lati) M (kNm) 250 200 150 Punto di progetto 100 50 180 min 120 min 90 min 60 min A freddo 30 min Inizio incendio 0 -500 0 -50 -100 -150 -200 -250 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 N (KN) 4000 . CEMENTO ARMATO IL METODO TABELLARE DEL D. 16/2/2007 .M. Per ricoprimenti di calcestruzzo superiori a 50 mm prevedere una armatura diffusa aggiuntiva che assicuri la stabilità del ricoprimento. e c.p. e c.a. In presenza di intonaco i valori di b e a ne devono tenere conto nella maniera indicata nella tabella relativa ai solai in c.A.ELEMENTI IN C. In caso di armatura pre-tesa aumentare i valori di a di 15 mm.a.0m .p. (R) TRAVI APPOGGIATE Combinazioni possibili di b e a Classe bw 30 b = 80 a = 25 120 / 20 160 / 15 200 / 15 80 60 b = 120 a = 40 160 / 35 200 / 30 300 / 25 100 90 b = 150 a = 55 200 / 45 300 / 40 400 / 35 100 120 b = 200 a = 65 240 / 60 300 / 55 500 / 50 120 180 b = 240 a = 80 300 / 70 400 / 65 600 / 60 140 240 b = 280 a = 90 350 / 80 500 / 75 700 / 70 160 PARETI PORTANTI Classe bw b b b PILASTRI CIRCOLARI (b = Ø) O RETTANGOLARI (b = bmin) Esposti su più lati Classe Esposti su un lato 30 b = 200 / a = 30 300 / 25 160 / 25 60 b = 250 / a = 45 350 /40 160 / 25 PARETI NON PORTANTI 90 b = 350 / a = 50 450/40 160 / 25 120 b = 350 / a = 60 450 / 50 180 / 35 Esposte su un lato Esposte su due lati Esposte su un lato 180 b = 450 / a = 70 - 230 / 55 30 s = 120 / a = 10 120 / 10 s = 60 240 - - 300 / 70 60 s = 130 / a = 10 140 / 10 s = 80 90 s = 140 / a = 25 170 / 25 S = 100 120 s = 160 / a = 35 220 / 35 S = 120 180 s = 210 / a = 50 270 / 55 S = 150 240 s = 270 / a = 60 350 / 60 S = 180 I valori di a devono essere non inferiori ai minimi di regolamento per le opere di c.5 m COLONNE O PARETI ESPOSTE Hmax ≤6. Hmax ≤4.a.a. 5 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN LEGNO . LEGNO METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELL’EUROCODICE 5 PARTE 1-2 . DETERMINAZIONE DELLA VELOCITÀ DI CARBONIZZAZIONE Spessore carbonizzato Perimetro iniziale Zoom Linea di carbonizzazione Zona carbonizzata Zona di pirolisi . IL METODO DELLA SEZIONE RESIDUA (EC5 1-2) SPESSORE CARBONIZZATO SEZIONE RIDOTTA SEZIONE INIZIALE PERIMETRO DELLA SEZIONE RESIDUA PERIMETRO DELLA SEZIONE RIDOTTA βn ⋅ t ELEMENTI NON PROTETTI ED ELEMENTI PROTETTI CON MATERIALI AVENTI tch≤ 20 min t (min) SPESSORE IN ZONA DI FASE DI CARBONIZZAZIONE PIROLISI ELEMENTI PROTETTI CON MATERIALI AVENTI tch> 20 min t (min) . 9 cm 3 6 6 La massima tensione normale nel legno vale pertanto: σ fi = M fi 7000000 N = = 13.ESEMPIO METODO DELLA SEZIONE RESIDUA Mfi.fi = k mod 20 = 1.fi W fi 506900 mm 2 . f 1.d = 7 kNm Legno C24 βn = 0. lo spessore carbonizzato è pari a: def = dchar.0 mm La sezione residua avrà le seguenti dimensioni: bfi = 12 .1 = 22.8 < f d.n + k0⋅d0 = 0.0.0 ⋅ 2 γ M.0 La resistenza di progetto del legname è pari a: f d.25⋅24.8⋅30 + 1.1 = 5.9 2 Il modulo di resistenza ridotto della trave vale: W fi = = = 506.0 = 30 N/mm2 Il coefficiente kmod è posto pari a 1.8 ⋅ 22.8 mm/min Verifica R30 h fi 26 cm sezione iniziale bf i 12 cm sezione residua Il frattile al 20% della resistenza è pari a kfi⋅fk = 1.0 mm Dopo 30 minuti di esposizione all’incendio.0⋅7 = 31.9 cm b fi ⋅ h 2fi 5.0 N = 30.25 ⋅ 24.8 cm hfi = 26 – 3.2⋅3.fi 1. 6 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN MURATURA . MURATURA IL METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELL’EUROCODICE 6 PARTE 1-2 . θ2 ⋅ A θ2 ) θ1 e θ2 (con θ1 < θ2) sono temperature che individuano tre porzioni di sezione trasversale dell’elemento: -il materiale a temperatura fino a θ1 è considerato pienamente resistente -il materiale a temperatura superiore a θ2 è considerato inefficace -il materiale a temperatura intermedia tra θ1 e θ2 è considerato parzialmente resistente (???).IL METODO DELLA SEZIONE RESIDUA (EC6 1-2) Si mappa termicamente l’elemento strutturale esposto all’incendio standard. .d.fi( θi ) = φ ⋅ (f d.θ1 ⋅ A θ1 + f d. La resistenza al compressione di progetto per una parete o una colonna esposta all’incendio standard è data dalla seguente espressione: NR. si elimina la porzione di materiale ritenuta inefficace ai fini della resistenza e si verifica la membratura caratterizzata dalla porzione di materiale resistente con i metodi ordinari della tecnica delle costruzioni e le regole della parte generale dell’Eurocodice 6. Dalla mappatura termica riportata nella figura “C3” dell’Eurocodice EN 1996 1-2. L’allegato C di EN 1996 1-2 stabilisce le seguenti due temperature limite per la muratura in esame: θ1 = 100°C. Per tale motivo.ESEMPIO METODO DELLA SEZIONE RESIDUA tFr Isoterma θ2 B Isoterma θ1 B Sezione residua Pilastro murario 50x50 cmxcm alto 3 m realizzato in blocchi di laterizio pieni ed esposto all’incendio standard sui quattro lati per 90 minuti.0 cm.5 cm e lo spessore di muratura a temperatura superiore a 100°C è di 10. il lato della sezione residua di muratura da considerare nel calcolo è pari a 30 cm e tFR è pari a 45 cm. si ricava che lo spessore di muratura a temperatura superiore a 600°C è di 2. L’incremento di eccentricità dei carichi è in quanto il cimento termico è simmetrico. Si trascura il materiale oltre i 100°C . θ2 = 600°C. I.MURATURA IL METODO TABELLARE DEL D.M. 15/2/2008 . 16/2/2007 E DELLA CIRCOLARE M. sabbia cemento e calce. sabbia calce e gesso e simili caratterizzato da una massa volumica compresa tra 1000 e 1400 kg/m3 Intonaco protettivo antincendio: Intonaco tipo gesso.MURATURE NON PORTANTI (EI) BLOCCHI DI LATERIZIO BLOCCHI DI CALCESTRUZZO NORMALE CLS ALLEGGERITO Classe Classe Blocco con percentuale di foratura > 55 % Blocco con percentuale di foratura < 55 % Blocco con fori mono o multicamera o pieno Blocco con fori monocamera Blocco con fori multicamera o pieno Intonaco normale Intonaco protettivo antincendio Blocco con fori monocamera Blocco con fori multicamera o pieno Intonaco normale Intonaco protettivo antincendio Intonaco normale Intonaco protettivo antincendio 30 s = 120 80 100 80 30 s = 120 100 (*) 100 (*) 80 (*) s = 100 80 (*) 60 s = 150 100 120 80 60 s = 150 120 (*) 120 (*) 100 (*) s = 120 80 (*) 90 s = 180 120 150 100 90 s = 180 150 150 120 (*) s = 150 100 (*) 120 s = 200 150 180 120 120 s = 240 180 200 150 s = 200 150 180 s = 250 180 200 150 180 s = 280 240 250 180 s = 240 200 240 s = 300 200 250 180 240 s = 340 300 300 200 s = 300 240 ISO 834 su un lato !!! (*) Solo blocchi pieni (percentuale foratura < 15%) BLOCCHI DI PIETRA SQUADRATA Classe Blocco pieno 30 S = 150 60 S = 150 90 S = 250 120 S = 250 180 S = 360 240 S = 360 H ≤ 4m Intonaco normale: intonaco tipo sabbia e cemento. perlite e gesso e simili caratterizzato da una massa volumica compresa tra 600 e 1000 kg/m3 . vermiculite o argilla espansa e cemento o gesso. Materiale Tipo blocco 30 60 90 120 180 240 Laterizio (*) Pieno (foratura ≤ 15%) 120 150 170 200 240 300 Laterizio (*) Semipieno e forato (15% < foratura ≤ 55 %) 170 170 200 240 280 330 Calcestruz zo Pieno. semipieno e forato (foratura ≤ 55 %) 170 170 170 200 240 300 Calcestruz zo leggero (**) Pieno. semipieno e forato (foratura ≤ 55 %) 170 170 170 200 240 300 Pietra squadrata Pieno (foratura ≤ 15 %) 170 170 250 280 360 400 (*) presenza di 10 mm di intonaco su ambedue le facce ovvero di 20 mm sulla sola faccia esposta al fuoco. i valori in tabella si riferiscono agli elementi di laterizio sia normale che alleggerito in pasta (**) massa volumica netta non superiore a 1700 kg/m3 H ≤ 8m MURATURE PORTANTI (REI) h/s ≤ 20 . 7 LA VERIFICA AL FUOCO DI SOLAI . M. 16/2/2007 .SOLAI IL METODO TABELLARE DEL D. P. (R) TIPOLOGIA 30 60 90 120 180 240 Solette piene con armatura monodirezionale H = 80 a = 10 H = 120 a = 20 H = 120 a = 30 H = 160 a = 40 H = 200 a = 55 H = 240 a = 65 Solai misti di lamiera di acciaio (cassero) con riempim. Le misure sono espresse in mm. E C.A. “H” rappresenta lo spessore della soletta.SOLAI IN C. “a” rappresenta la distanza dall’asse delle barre di armatura dalla superficie esposta all’incendio STANDARD. La tabella va letta con le indicazioni fornite nel D.A. . in cls Hm = 80 a = 10 Hm= 120 a = 20 Hm= 120 a = 30 Hm= 160 a = 40 Hm= 200 a = 55 Hm= 240 a = 65 Solai a travetti con alleggerimento H = 160 a = 15 H = 200 a = 30 H = 240 a = 35 H = 240 a = 45 H = 300 a = 60 H = 300 a = 75 Solai a lastra con alleggerimento H = 160 a = 15 H = 200 a = 30 H = 240 a = 35 H = 240 a = 45 H = 300 a = 60 H = 300 a = 75 Valori minimi per il requisito R. 16/2/2007.M. etc. pavimentazione..PER I REQUISITI “EI” DEI SOLAI: Per garantire i requisiti di tenuta e isolamento i solai di cui alla tabella D.1.) i valori di h ne possono tener conto . non combustibile e con conducibilità termica non superiore a quella del calcestruzzo.5. sufficienti a garantire i requisiti EI per le classi indicate.a. In ogni caso a non deve mai essere inferiore a 40 mm. In presenza di strati superiori di materiali di finitura incombustibile (massetto. La tabella seguente riporta i valori minimi (mm) dello spessore h dello strato di materiale isolante e della parte d di c. Classe 30 60 90 120 180 240 Tutte le tipologie h = 60 / d = 40 60 / 40 100 / 50 100 / 50 150 / 60 150 / 60 In presenza di intonaco i valori di h e di a ne possono tenere conto nella maniera indicata nella tabella D.1 devono presentare uno strato pieno di materiale isolante. malta di allettamento.5. di cui almeno una parte in calcestruzzo armato. 6 = 6.UN ESEMPIO: a = 6.0 + 4.0 + 5.0 + 5.0 + 5.0 = 26.0 cm (altezza strutturale) h = 6.0 + 15.0 + 0.0 cm (strato isolante continuo) H = 6.0 = 15. polistirolo) 4 5 15 6 barre Ø12 predalla SOLAIO REI 120 !!! .0 = 11.6 cm (copriferro lordo) H = 6.0 cm (spessore di cls continuo nello strato isolante) Pavimento incombustibile + massetto R 120 EI 240 Alleggerimento (es. SOLAI IL METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELL’EUROCODICE 4 PARTE 1-2 . ESEMPIO VERIFICA DI UN SOLAIO MISTO ACCIAIO-CLS 120 Il requisito di tenuta “E” si assume che sia sempre soddisfatto (cfr. par.3. 4.2 (6) di EN 1994 1-2) . 0 mm h2 = 58 mm OK 80.h1 = 120-58 = 62 mm h2 = 58 mm h3 = 0 mm (nessun massetto) l1 = 101 mm l2 = 62 mm dalla norma l3 = 207-101 = 106 mm Limite Valore del parametro Verifica 50.0 ≤ l1 ≤ 155.0 mm l1 = 101 mm OK 32.0 mm l2 = 62 mm OK 40.0 mm l3 = 106 mm OK t i = a 0 + a 1 ⋅ h1 + a 2 ⋅ Φ + a 3 ⋅ A = Lr ⎛l +l ⎞ h2 ⋅ ⎜ 1 2 ⎟ ⎝ 2 ⎠ ⎛l −l ⎞ l 2 + 2 ⋅ h 22 + ⎜ 1 2 ⎟ ⎝ 2 ⎠ A 1 A 1 + a 4 ⋅ + a 5 ⋅ ⋅ tempo di superamento del requisito “I” Lr l3 L r l3 2 = 2 1 fattore di sezione del “dente” Φ= VERIFICA DI APPLICABILITÀ DEL METODO VERIFICA DEL REQUISITO “I” l −l ⎞ ⎛ ⎛l −l ⎞ h 22 + ⎜ l 3 + 1 2 ⎟ − h 22 + ⎜ 1 2 ⎟ 2 ⎠ ⎝ ⎝ 2 ⎠ l3 2 fattore di configurazione della flangia superiore .0 mm h1 = 62 mm OK 50.0 ≤ l3 ≤ 115.0 ≤ h1 ≤ 125.0 ≤ h2 ≤ 100.0 ≤ l2 ≤ 132. VERIFICA DEL REQUISITO “R” dalla norma θ a = b 0 + b1 ⋅ θs = c 0 + c1 ⋅ ∑ 1 A + b2 ⋅ + b3 ⋅ Φ + b4 ⋅ Φ 2 l3 Lr u3 A 1 + c2 ⋅ z + c3 ⋅ + c4 ⋅ α + c5 ⋅ h2 Lr l3 Fi = α slab ⋅ (l1 + l 3 ) ⋅ z pl ⋅ fc.d.fi lato acciaio lato cls Temperatura lamiera Temperatura barre di armatura Equilibrio alla traslazione in condizioni di plasticizzazione . 8 LEGHE DI ALLUMINIO . LEGHE DI ALLUMINIO IL METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELL’EUROCIDICE 9 PARTE 1-2 . 2 0.5 0.9 0.0 0 100 200 300 400 500 Temperature (°C) Per le sezioni snelle in lega di alluminio θcr.4 0.0 0.θcr .3 0.8 0.aL = 170°C μ0 = k 0.2 0.7 EN AW-5052 O EN AW-5052 H34 EN AW-5083 O EN AW-5083 H113 EN AW-5454 O EN AW-5454 H32 EN AW-6061 T6 EN AW-6063 T6 EN AW-6082 T6 k0.2.6 0.SI TRATTANO IN ANALOGIA CON L’ACCIAIO 1.1 0. 9 IL METODO SPERIMENTALE . I rapporti di prova emessi entro il 31/12/1995 decadranno il 25/9/2010. A lato un esempio di marcatura CE di una trave prefabbricata.NORMATIVA . . . . Le prove si effettuano accoppiando alla norma EN 13501 (valida in generale per tutte le prove di resistenza al fuoco) le norme di prodotto specifiche.I rapporti di prova emessi entro il 30/09/2007 decadranno il 25/9/2012.I rapporti di prova emessi entro il 31/12/1985 decadranno il 25/9/2008. PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI MURO RESISTENTE AL FUOCO . PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI SOLAIO MISTO ACCIAIO-CALCESTRUZZO . PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI TRAVE DI ACCIAIO . PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI PANNELLO LEGGERO . PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI CONTROSOFFITTO A MEMBRANA AUTOPORTANTE . PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI PORTONE SCORREVOLE METALLICO . PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI CHIUSURA COMPLESSA VETRATA . PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI CAMPIONE DI SIPARIO DI SICUREZZA . PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI SERRANDE TAGLIAFUOCO . PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI ATTRAVERSAMENTI SOLAIO . 9 RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI . Structural Design for Fire Safety di Andrew Hamilton Buchanan Pubblicato da Wiley & Sons (2001) Resistenza al fuoco delle strutture di Roberto Lenzi E.P. (2004) Traduzione P. Pustorino. Giuseppe Paduano e Saverio La Mendola Pubblicato da EPC (2010) . Felicetti (2009) HOEPLI Fire Safety Engineering Design of Structures di J. S. G. Gambarova e R. Princi Pubblicato da Hoepli (2010) Resistenza al fuoco delle costruzioni di Luca Ponticelli e Mauro Caciolai a cura di Claudio De Angelis Pubblicato da UTET per il CNVVF (2008) Reazione e resistenza al fuoco di Lamberto Mazziotti. Purkiss Pubblicato da Butterworth & Heinemann (2007) Progettazione di strutture in acciaio e composte acciaiocalcestruzzo in caso di incendio di E. Nigro.C. Cefarelli. A. P. LUCA PONTICELLI .GRAZIE DELL’ATTENZIONE DOTT. ING.
Report "Metodi Analitici Di Verifica Di Resistenza Al Fuoco Ed Annessi Nazionali Degli Eurocodici"