Post on 02-May-2015
1
RESISTENZA AL FUOCO
VERIFICA AL FUOCO
DELLE STRUTTURE IN C.A.
2
RESISTENZA AL FUOCO
Programma del corso:
• Riferimenti normativi
• Mappatura termica delle sezioni
• Verifiche di resistenza
• Applicazioni tramite software C.D.S. Win
3
RIFERIMENTI NORMATIVI SULLA RIFERIMENTI NORMATIVI SULLA RESISTENZA AL FUOCORESISTENZA AL FUOCO
4
Riferimenti normativiNormativa di riferimento
Decreto Ministeriale del 9/03/2007
Decreto Ministeriale del 16/02/2007
Norma UNI 9502/2001
Decreto Ministeriale del 16/02/1982
Eurocodice 2 Parte 1-2
5
Riferimenti normativiDecreto Ministeriale del 16/02/1982
I locali, le attività, i depositi, gli impianti e le industrie pericolose i cui progetti sono soggetti all'esame e parere preventivo dei comandi provinciali dei vigili del fuoco ed il cui esercizio è soggetto a visita e controllo ai fini del rilascio del «Certificato di prevenzione incendi», nonché la periodicità delle visite successive, sono determinati come dall'elenco allegato
6
Riferimenti normativiElenco delle attività ad elevato rischio di incendio industrie e depositi di cui agli articoli 4 e 6 del DPR n. 175/1988
fabbriche e depositi di esplosivi;
centrali termoelettriche;
aziende estrattive di oli minerali e gas combustibili;
impianti e laboratori nucleari;
depositi al chiuso di materiali combustibili aventi superficie superiore a 20.000 m2;
attività commerciali ed espositive con superficie aperta al pubblico superiore a 10.000 m2;
scali aeroportuali, infrastrutture ferroviarie e metropolitane;
alberghi con oltre 200 posti letto;
ospedali, case di cura e case di ricovero per anziani;
scuole di ogni ordine e grado con oltre 1000 persone presenti;
uffici con oltre 1000 dipendenti;
cantieri temporanei o mobili in sotterraneo di lunghezza superiore a 50 m o ove si impiegano esplosivi;
7
Riferimenti normativi
Nei casi in cui alle strutture sia richiesta la resistenza meccanica in situazioni di incendio,queste devono essere progettate e costruite in modo tale da conservare laloro funzione capacità portante durante il pertinente tempo di esposizione al fuocoCriterio "R“ (Resistenza)
Nei casi in cui è richiesta la compartimentazione, le membrature devono essere progettate in modo tale da conservare la loro funzione di separazione
non si manifesti il collasso dell'integrità (tenuta) dovuto ad aperture larghe quanto basta a causare la penetrazione dell'incendio Criterio "E“ (Tenuta)
non si manifesti il collasso dell'isolamento dovuto alla temperatura della superficie non esposta Criterio “I“ (Isolamento)
8
Riferimenti normativiClassi di resistenza al fuoco
gli elementi di separazione tra un compartimento e l’altro (strutture e pannelli interni) dove generalmente è richiesta la REI
gli elementi di separazione tra compartimento e l’esterno (strutture di copertura e pannelli esterni) dove può essere richiesta la R o la RE
gli elementi strutturali interni (pilastri, travi, solai non di compartimentazione, ecc.) dove è richiedibile la sola R
9
Tipi di incendioIncendio standard
0 40 80 120 160 200
0
400
800
1200
T [
°C]
t [min]
10( ) 20 345log 8 1T t t
10
Tipi di incendioIncendio da idrocarburi
T [
°C]
t [min] 0 40 80 120 160 200
0
400
800
1200
( ) 20 1080 1 0.325exp 0.167 0.675exp 2.5T t t t
11
Tipi di incendioIncendio esterno
T [
°C]
t [min] 0 40 80 120 160 200
0
400
800
1200
( ) 20 660 1 0.687exp 0.32 0.313exp 3.8T t t t
12
Tipi di incendio
T [
°C]
t [min] 0 40 80 120 160 200
0
400
800
1200
Incendio S tandard
Incendio da Idrocarburi
Incendio Esterno
13
MAPPATURA TERMICA MAPPATURA TERMICA DELLE SEZIONIDELLE SEZIONI
14
Mappatura termica
x
y
Il problema della propagazione del calore in una sezione è retto dall’equazione differenziale di Fourier
2 2
2 2
( , , ) ( , , ) ( , , )T x y t T x y t T x y tc
x y t
( , , )T x y t temperatura interna
densità di massa
c calore specifico
conduttività termica
15
Mappatura termica
x
y
2 2
2 2
( , , ) ( , , ) ( , , )T x y t T x y t T x y tc
x y t
Il problema della propagazione del calore in una sezione è retto dall’equazione differenziale di Fourier
Condizione iniziale
0( , , 0)T x y t T
0 20T C temperatura iniziale della sezione
16
Mappatura termica
x
y
2 2
2 2
( , , ) ( , , ) ( , , )T x y t T x y t T x y tc
x y t
Il problema della propagazione del calore in una sezione è retto dall’equazione differenziale di Fourier
Condizioni al contorno
( , , ) ( , , )( , , ) 0c c c c
x y c c
T x y t T x y tn n q x y t
x y
( , , )c cq x y t flusso di calore
17
Mappatura termicaCondizioni al contorno
q
q
Contorno esposto
4 4
E r E rq T T T T T T
273[ ]E
r
T
T C
temperatura comparto esposto
18
Mappatura termicaCondizioni al contorno
Contorno esposto
4 4
E r E rq T T T T T T
q
q
flussi di calore scambiati per convezione
19
Mappatura termicaCondizioni al contorno
Contorno esposto
4 4
E r E rq T T T T T T
q
q
flussi di calore scambiati per radiazione
20
Mappatura termicaCondizioni al contorno
q
q
q Contorno non esposto
Nq T T
Contorno esposto
4 4
E r E rq T T T T T T
NT temperatura comparto non esposto
21
Mappatura termica
q
q
q
Condizioni al contorno
Contorno adiabatico
0q
Contorno non esposto
Contorno esposto
4 4
E r E rq T T T T T T
Nq T T
22
Mappatura termicaCondizioni al contorno
ch h: coefficiente di scambio di calore per convezione
2 1
2 1
2 1
25 incendio standard ed esterno
50 incendio da idrocarburi
9 non esposto
W m K
h W m K
W m K
4 4
E r E rq T T T T T T
c: coefficiente che tiene conto dei diversi
tipi nazionali di prove
23
Mappatura termicaCondizioni al contorno
4 4
E r E rq T T T T T T
r res
r: coefficiente che tiene conto dei diversi
tipi nazionali di prove
: fattore di configurazione 0 1
tiene conto della presenza di schermature
res: fattore di emissività 1res
tiene conto del calore trasferito per irraggiamento da pareti, soffitto e pavimento
: costante di Bolzmann
24
Mappatura termicaC.D.S. Win: dati generali
25
Mappatura termica
L’equazione di Fourier è risolta tramite Elementi Finiti
Sono utilizzati E.F. triangolari e quadrangolari con dimensione massima pari a 2 cm (UNI 9502/2001)
La mesh è più fitta nella zona perimetrale della sezione
Si tiene conto della presenza delle armature longitudinali
26
Mappatura termica
Comparto esposto al fuoco
Comparto non esposto
27
Mappatura termica
15 min 30 min 60 min
120 min 150 min 180 min
28
Mappatura termicaC.D.S. Win: dati sezione
29
Mappatura termicaC.D.S. Win: dati sezione
30
Mappatura termicaC.D.S. Win: dati sezione
31
Mappatura termicaC.D.S. Win: dati sezione
32
Mappatura termicaC.D.S. Win: dati sezione
33
Mappatura termicaC.D.S. Win: dati sezione
34
Mappatura termicaC.D.S. Win: dati sezione
35
Mappatura termicaC.D.S. Win: dati sezione
36
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza
37
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
38
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
0 40 80 120 160 200a [ m m ]
0
200
400
600
800
1000
T [
°C
]
t = 30 m in
EC 2
C .D .S . W in
39
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
0 40 80 120 160 200a [ m m ]
0
200
400
600
800
1000
T [
°C
]
t = 60 m in
EC 2
C .D .S . W in
40
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
0 40 80 120 160 200a [ m m ]
0
200
400
600
800
1000
T [
°C
]
t = 90 m in
EC 2
C .D .S . W in
41
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
0 40 80 120 160 200a [ m m ]
0
400
800
1200
T [
°C
]
t = 120 m in
EC 2
C .D .S . W in
42
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
0 40 80 120 160 200a [ m m ]
0
400
800
1200
T [
°C
]
t = 180 m in
EC 2
C .D .S . W in
43
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
0 40 80 120 160 200a [ m m ]
0
400
800
1200
T [
°C
]
t = 240 m in
EC 2
C .D .S . W in
44
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza
45
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con L.G. ASSOBETON
Linee Guida ASSOBETON C.D.S.
46
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con L.G. ASSOBETON
Linee Guida ASSOBETON C.D.S.
47
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con L.G. ASSOBETON
Linee Guida ASSOBETON C.D.S.
48
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con L.G. ASSOBETON
Linee Guida ASSOBETON C.D.S.
49
VERIFICHE DI RESISTENZAVERIFICHE DI RESISTENZA
50
Verifiche di resistenza
Proprietà dei materiali
Resistenza caratteristica a compressione del calcestruzzo
0( ) ( ) 20ck c ckf T k T f T C
1.0 20 100
1600 1500 100 400( )
900 625 400 900
0 900 1200
c
C T C
T C T Ck T
T C T C
C T C
51
Verifiche di resistenza
Proprietà dei materiali : Calcestruzzo
0 200 400 600 800 1000 1200T [°C ]
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
Kc
52
Verifiche di resistenza
Proprietà dei materiali : Acciaio
Resistenza caratteristica dell’acciaio
0( ) ( ) 20sk s ykf T k T f T C
1.0 20 350
( ) 6650 3500 350 700
1200 5000 700 1200c
C T C
k T T C T C
T C T C
Travi e solette
53
Verifiche di resistenza
Proprietà dei materiali : Acciaio
Resistenza caratteristica dell’acciaio
0( ) ( ) 20sk s ykf T k T f T C
1.0 20 100
1100 1000 100 400( )
8300 12 5000 400 650
1200 5500 650 1200
c
C T C
T C T Ck T
T C T C
T C T C
Pilastri
54
Verifiche di resistenza
Proprietà dei materiali : Acciaio
0 200 400 600 800 1000 1200T [°C ]
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
Kc
Travi - Solette
P ilastri
55
Verifiche di resistenza
Proprietà dei materiali
0 200 400 600 800 1000 1200T [°C ]
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
Kc
0 200 400 600 800 1000 1200T [°C ]
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
Kc
Travi - Solette
P ilastri
Calcestruzzo Acciaio
56
Verifiche di resistenza
Verifica a flessione
La verifica è condotta utilizzando un modello a fibre della sezione
N
M
57
Verifiche di resistenza
Verifica a flessione
La verifica è condotta utilizzando un modello a fibre della sezione
Si suddivide la sezione in fibre (sfruttando la discretizzazione in E.F.)
Si assegna la temperatura ad ogni fibra
Si valuta la resistenza ridotta di ogni fibra
Si determina il momento ultimo della sezione così modellata
58
Verifiche di resistenza
Verifica a taglio
Metodo della sezione trasversale ridotta
La sezione trasversale danneggiata dal fuoco viene rappresentata mediante una sezione trasversale ridotta
Per ogni parte rettangolare si considera una parete equivalente di spessore 2w per la quale viene calcolato lo spessore az
M
az az
w w
M
az
w w
M
az
az
az az
w w
az
az az
w w
M
59
Verifiche di resistenza
Verifica a taglio
Metodo della sezione trasversale ridotta
La sezione trasversale danneggiata dal fuoco viene rappresentata mediante una sezione trasversale ridotta
Per ogni parte rettangolare si considera una parete equivalente di spessore 2w per la quale viene calcolato lo spessore az
La resistenza a compressione e il modulo di elasticità della sezione ridotta di calcestruzzo vengono assunti costanti e uguali a quelli valutati in corrispondenza del punto M
60
Verifiche di resistenza
Verifica a taglio
La sezione ridotta è determinata tramite il Metodo delle zone
,1
0.21
( )n
ck m ck ii
nf f Tn
w
T Ti
w
61
Verifiche di resistenza
Verifica a taglio
La sezione ridotta è determinata tramite il Metodo delle zone
w
T Ti
M aw
w
,1
0.21
( )n
ck m ck ii
nf f Tn
,1( )ck m
zck M
fa w
f T
62
Verifiche di resistenza
Verifica a taglio
La verifica è condotta utilizzando il metodo del traliccio ad inclinazione variabile
VR
63
Verifiche di resistenza
Verifica a taglio
La verifica è condotta utilizzando il metodo del traliccio ad inclinazione variabile
( ) 0.9 sen( ) cotg( ) cotg( )wRs yd
AV d f
s
2( ) 0.9 sen ( ) cotg( ) cotg( )Rc w cdV b df
2( ) ( ) ; sen ( ) sen( )w ydR Rs Rc
w cd
A fV V V
sb f
64
Verifiche di resistenza
Combinazione dei carichi
65
Verifiche di resistenzaTabulati di stampa
Moltiplicatore ultimo a flessione (OK >1)
66
Verifiche di resistenza
Coefficiente di impegno a taglio (OK <1)
Tabulati di stampa
67
Verifiche di resistenzaTabulati di stampa
68
Verifiche di resistenzaTabulati di stampa