Comportamento al fuoco delle strutture - ordingtaranto.it · Ing. Ninni Giampiero 5 Resistenza al...

11Ing. Ninni GiampieroIng. Ninni Giampiero

Corso di specializzazione antincendio ex legge 818/84

Resistenza al fuoco delle strutture in C.A: norma UNI 9502 ed eurocodici

Docente: Vicedirigente Ing. Ninni Giampiero


Resistenza al fuoco di elementi in Resistenza al fuoco di elementi in conglomerato conglomerato cementiziocementizio armatoarmato

UNI 9502UNI 9502Decadimento meccanico del calcestruzzo e delle armature Decadimento meccanico del calcestruzzo e delle armature

metallichemetalliche1. Riduzione della resistenza caratteristica del conglomerato 1. Riduzione della resistenza caratteristica del conglomerato cementiziocementizio::ffckck((ΘΘ)= )= kkcc((ΘΘ)) ffckck(20(20°°C)C)kkcc((ΘΘ) ) fattore di riduzionefattore di riduzione della resistenza del conglomerato della resistenza del conglomerato cementiziocementizio a a compressionecompressione (funzione della temperatura)(funzione della temperatura)

ffctkctk((ΘΘ)= )= kkctct((ΘΘ)) ffctkctk(20(20°°C)C)kkctct((ΘΘ) ) fattore di riduzionefattore di riduzione della resistenza del conglomerato della resistenza del conglomerato cementiziocementizio a a trazionetrazione (funzione della temperatura)(funzione della temperatura)

Coefficienti kCoefficienti kcc e e kkctct per calcestruzzi ad inerti siliceiper calcestruzzi ad inerti siliceia temperatura elevataa temperatura elevata


Resistenza al fuoco di elementi inResistenza al fuoco di elementi inconglomerato conglomerato cementiziocementizio armatoarmato

UNI 9502UNI 9502Decadimento meccanico del calcestruzzo e delle armature metallicDecadimento meccanico del calcestruzzo e delle armature metallichehe

2. Riduzione della resistenza caratteristica dell2. Riduzione della resistenza caratteristica dell’’acciaio:acciaio:ffykyk((ΘΘ)= )= kkss((ΘΘ)) ffykyk(20(20°°C)C)kkss((ΘΘ) ) fattore di riduzione della resistenza caratteristica dellfattore di riduzione della resistenza caratteristica dell’’acciaio acciaio ffykyk (funzione (funzione della temperatura)della temperatura)

Si distinguono due casi:Si distinguono due casi:a) a) acciaio tesoacciaio teso (travi e solette con deformazione ultima in caso di incendio (travi e solette con deformazione ultima in caso di incendio εεs,s,fifi≥≥2%(2%(acciaio di tipo 1acciaio di tipo 1) ) kks1s1;;

b) b) acciaio compressoacciaio compresso (nei pilastri o nelle zone compresse di elementi (nei pilastri o nelle zone compresse di elementi inflessiinflessi););acciaio tesoacciaio teso (elementi (elementi inflessiinflessi con deformazione ultima in caso di incendio con deformazione ultima in caso di incendio

εεs,s,fifi<2%(<2%(acciaio di tipo 2acciaio di tipo 2) ) kks2s2;;

Per Per ll’’acciaio armonicoacciaio armonico da pretensioneda pretensione (fili, trecce, trefoli) la resistenza (fili, trecce, trefoli) la resistenza caratteristica si determina con:caratteristica si determina con:ffpkpk((ΘΘ)= )= kkpp((ΘΘ)) ffpkpk(20(20°°C) C)

Per le Per le barre da pretensionebarre da pretensione la resistenza caratteristica si determina con:la resistenza caratteristica si determina con:ffbkbk((ΘΘ)= )= kkbb((ΘΘ)) ffbkbk(20(20°°C) C) kkpp

Il presupposto del calcolo della resistenza al fuoco Il presupposto del calcolo della resistenza al fuoco èè la determinazione la determinazione della della distribuzione delle temperature alldistribuzione delle temperature all’’interno dellinterno dell’’elementoelemento per il tempo per il tempo di esposizione richiesto.di esposizione richiesto.

∆y

∆x

hnet,d = cc ρc ∆Θ(x,y,z,t)

∆t

hhnetnet,,dd== hhnetnet,,rr++ hhnetnet,c,c = εεresres B B [([(ӨӨrr +273)+273)44 –– ((ӨӨmm +273)+273)44] + ] + ααcc ((ӨӨgg–– ӨӨmm)) W/mW/m2 2 °°CC

Esempi di Esempi di mappaturemappature termichetermiche

Presenza di Presenza di rivestimenti protettivirivestimenti protettivi

Per la determinazione delle temperature in presenza di Per la determinazione delle temperature in presenza di rivestimenti protettivi si aggiungono, agli spessori del rivestimenti protettivi si aggiungono, agli spessori del conglomerato, lo spessore equivalente:conglomerato, lo spessore equivalente:

sseqeq== rreqeq ss


Verifica della resistenza al fuoco Verifica della resistenza al fuoco per le strutture in C.A.per le strutture in C.A.

1.1. Verifica della Verifica della capacitcapacitàà portanteportante RR;;

2. Verifica della 2. Verifica della tenuta (E);tenuta (E);

3. Verifica 3. Verifica delldell’’isolamento (I)isolamento (I)


Verifica della tenuta (E)Verifica della tenuta (E)Devono essere verificate Devono essere verificate entrambe le seguenti condizionientrambe le seguenti condizioni::1) Presenza di uno 1) Presenza di uno strato continuo ed uniforme di strato continuo ed uniforme di

conglomerato conglomerato cementiziocementizio armatoarmato con spessore di con spessore di almenoalmeno-- 40 mm (fino a 60 40 mm (fino a 60 minmin di esposizione);di esposizione);-- 50 mm (per tempi di esposizione superiori).50 mm (per tempi di esposizione superiori).

2) Presenza di 2) Presenza di armatura diffusa in ambedue le direzioniarmatura diffusa in ambedue le direzioninello strato di conglomerato sopra descritto non inferiore nello strato di conglomerato sopra descritto non inferiore a 1,5 kg/ma 1,5 kg/m22..


Verifica dellVerifica dell’’isolamento (I)isolamento (I)Sulla Sulla faccia non esposta al fuocofaccia non esposta al fuoco devono essere verificate devono essere verificate entrambe le seguenti entrambe le seguenti condizioni:condizioni:1)1)La massima temperatura La massima temperatura non deve superare di 180non deve superare di 180°°CC il valore della temperatura il valore della temperatura al tempo 0 (20al tempo 0 (20°°C);C);

2)2)La temperatura media La temperatura media non deve superare di 140 non deve superare di 140 °°CC il valore della temperatura al il valore della temperatura al tempo 0 (20tempo 0 (20°°C)C)

In alternativaIn alternativa ll’’elemento deve presentare uno strato continuo ed uniforme di elemento deve presentare uno strato continuo ed uniforme di materiale con spessore non minore di h (mm) materiale con spessore non minore di h (mm)

Resistenza Resistenza al fuocoal fuoco

3030 6060 9090 120120 180180 240240

spessore h spessore h (mm)(mm)

6060 8080 100100 120120 150150 175175

Detto strato può essere costituito dalla sovrapposizione di materiali diversi dal conglomerato cementizio purché:

- i materiali siano incombustibili e con conducibilità termica inferiore a quella del calcestruzzo;

- almeno 40 mm dello strato siano costituiti da calcestruzzo armato


Verifica capacitVerifica capacitàà portante (R)portante (R)La verifica analitica può avvenire con La verifica analitica può avvenire con 3 3

metodi:metodi:1)1) Verifica Verifica tabellaretabellare;;2)2) Verifica Verifica analiticaanalitica con il metodo del con il metodo del fattore fattore

di riduzione mediodi riduzione medio;;3)3) Verifica Verifica analiticaanalitica con il metodo della con il metodo della

sezione ridottasezione ridotta..

γG= 1,4

γQ= 1,5punto 7 del D.M. 9/01/96 “Norme tecniche per il calcolo C.A. ed acciaio”

Se tutti i carichi sono

permanenti (ξ=0):

ηfi=1/1,4=0,7

Se i carichi permanenti sono uguali a quelli accidentali (ξ=1) e con ψ1,1=0,5:

ηfi=1,5/(1,4+1,5) =0,51

Metodo del Metodo del fattore di riduzione mediofattore di riduzione medioDefinita la distribuzione delle Definita la distribuzione delle temperature nella sezione da verificare temperature nella sezione da verificare dopo un prefissato tempo di dopo un prefissato tempo di esposizione al fuoco si determinano esposizione al fuoco si determinano puntualmente i fattori di riduzione puntualmente i fattori di riduzione kksisi, , kkbibi, , kkpipi per ogni area di acciaio per ogni area di acciaio ordinario ordinario AAswiswi, di acciaio per barre , di acciaio per barre AAbibi, , di acciaio per precompressione Adi acciaio per precompressione Apipi ed ed il fattore di riduzione il fattore di riduzione kkcici per ogni area per ogni area elementare di conglomerato elementare di conglomerato cementiziocementizio AAcici

γm = 1,15 per l’acciaio allo SLU (punto 4 D.M. 9/1/96 “Norme per il calcolo delle strutture in C.A.”)

Nel caso della flessione semplice:σreale/σmax = Md/MRMd momento dovuto alla combinazione di carichiMR momento massimo sopportabile a temperatura ordinaria allo stato limite ultimo

Verifica Verifica tabellaretabellare

La verifica analitica La verifica analitica può essere omessapuò essere omessa quando i quando i valori della distanza a (valori della distanza a (copriferro+copriferro+ΦΦ/2/2) sono ) sono maggiori di quelli riportati nel seguente prospettomaggiori di quelli riportati nel seguente prospetto

Metodo della Metodo della sezione equivalentesezione equivalente

Si riducono puntualmente le aree Si riducono puntualmente le aree resistenti dellresistenti dell’’acciaio e del acciaio e del conglomerato mediante i fattori di conglomerato mediante i fattori di riduzione kriduzione kcc((ΘΘ) e ) e kkss((ΘΘ) o ) o kkbb((ΘΘ), o ), o kkpp((ΘΘ).).Si stabilisce cosSi stabilisce cosìì la sezione la sezione equivalente cioequivalente cioèè la sezione la cui la sezione la cui area ridotta di conglomerato ed area ridotta di conglomerato ed acciaio ha, nel calcolo a freddo, la acciaio ha, nel calcolo a freddo, la resistenza equivalente a quella resistenza equivalente a quella della sezione originaria a caldo. della sezione originaria a caldo.


EsempioEsempioDati:

MG = 49,0 KN m

MQ = 19,6 KN mRck = 35 N/mm2

fyk= 430 N/mm2

AS = 153,9 mm2

1) Verificare la R

xc

B = 70 cm

14 cm

20 cm

3,7 cm 4 Φ 14 Fe B 44K

H = 60 cm


Verifica Verifica tabellaretabellare D.M. 16/02/2007D.M. 16/02/2007

200/45200/45

R90R90

Non sono consentite interpolazioni o estrapolazioni dei risultati in tabella


Verifica Verifica tabellaretabellare UNI 9502UNI 9502Acciaio di tipo 1 (Acciaio di tipo 1 (defdef maxmax<1% a freddo)<1% a freddo)Dal prospetto ADal prospetto A.1.1 (fuoco su tre lati) per avere R=60 (fuoco su tre lati) per avere R=60 minmin

s = 5,0 cms = 5,0 cm


Verifica analitica Verifica analitica UNI 9502UNI 9502

0,85 fcd 0,8 xc B

60 cm

xc

B = 70 cm

14 cm

20 cm

3,7 cm 4 Φ 14 Fe B 44K

0,85 fcd

fy,d As

dc

0,8 xc


1) 1) D.M. 9/1/96D.M. 9/1/96 ““Norme tecniche per il calcolo, Norme tecniche per il calcolo, ………………. delle strutture in . delle strutture in cemento armato normale e precompresso cemento armato normale e precompresso …………””

2) 2) UNI 9502UNI 9502 ““Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco di Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco di elementi strutturali in cemento armato normale e precompressoelementi strutturali in cemento armato normale e precompresso””

MG = 49 kNm

Mq = 19,6 kNm

Rck = 35 N/mm2

Armatura 4Φ14 FeB 44 K controllato A = 615 mm2

fyk= 430 N/mm2

Md = γg Mg + γq Mq (art. 7 D.M.9/1/96)

γg = 1,4

γq = 1,5

Md = 1,4 x 49 + 1,5 x 19,6 =

Md = 98 kNm sollecitazione agente


T1= 665 °C; → Ks1 = (6650 – 9 x 665)/3500 = 0,190

T2= 528 °C; → Ks2 = (6650 – 9 x 528)/3500 = 0,542

Ksm = 2 (As1 Ks1 dc + As2 Ks2 dc)/(As dc) =

= (ks1 + ks2)/2= (0,190 + 0,542)/2= 0,366

Ksm = 0,366

Kcrit= ηfi (γsfi/γm ) (σreale/σmax)

Ksm>Kcrit

3 cm

B = 70 cm

xc14 cm

20 cm

3,7 cm

4 Φ 14 Fe B 44K

H = 60 cm

Verifichiamo le temperature dopo 90’


ηfi = (γGA + ψψ1,1 1,1 ξξ)/()/(γg + γq ξξ))γGA = 1ψψ1,1 1,1 = 0,7= 0,7γg = 1,4γq = 1,5ξ = MQ/MG= 19,6/49 =0,40ηfi = (1 + 0,7 x 0,40)/(1,4 + 1,5 x 0,40) =ηfi = 0,64

(γsfi/γm)γsfi = 1,0 per acciaio controllato (art.10 UNI 9502)γm = 1,15 allo SLU (art.4 D.M. 9/1/96)

γsfi/ γm = 1/1,15 = 0,87


0,85 fcd 0,8 xc B = fy,d As (equilibrio)

(art. 4.0 D.M. 9/1/96)

fcd = fck/γc = (Rck 0,83)/1,6

fyd = fyk/γm = fyk/1,15

0,85 (Rck 0,83 /1,6) 0,8 xc B = (fy,k/1,15) As

Xc = (1,6 fy,k As) /(0,85 Rck 0,83 1,15 0,80 B) =

= (1,6 430 615)/( 0,85 0,83 0,80 35 700 1,15) =

= 27 mm

MR= fy,d As (H – c - Φ/2 - 0,4 xc) =

(430/1,15) 615 (600 – 30 – 1,4/2 -0,4 x 27) = 128,5 kNm

MR= 128,5 kNm sollecitazione resistente

Md= 98 kNm

σreale/σmax = Md/MR = 98/128,5 =

σreale/σmax = 0,763

0,85 fcd0,8 xc

fy,d As

dc = H – c - Φ/2 - 0,4 xc



Kcrit= 0,64 x 0,87 x 0,763 = 0,425Ksm = 0,366

0,366 < 0,425 verifica negativa R<90’

Soluzione 1Proviamo a cambiare l’armatura con 4Φ20 As=1256 mm2

MR= fy,d As (H – c - Φ/2 - 0,4 xc) = (430/1,15) 1256 (600 – 30 – 1,4/2 -0,4 x 27) = 262,30 kNmMR= 262,30 kNm sollecitazione resistenteσreale/σmax = Md/MR = 98/262,30 =0,374Kcrit= 0,64 x 0,87 x 0,374 = 0,208Ksm = 0,366

0,366 > 0,208 verifica positiva R≥90’


T1= 590 °C; → Ks1 = (6650 – 9 x 590)/3500 = 0,329

T2= 427 °C; → Ks2 = (6650 – 9 x 427)/3500 = 0,802

Ksm = 2 (As1 Ks1 dc + As2 Ks2 dc)/(As dc) =

= (ks1 + ks2)/2= (0,329 + 0,802)/2= 0,565

Ksm = 0,565


Ksm>Kcrit

5 cm

xc

Soluzione 2

14 cm

20 cm

5,7 cm

4 Φ 14 Fe B 44K

H = 60 cm


ηfi = 0,64

γsfi/ γm = 1/1,15 = 0,87

0,85 fcd 0,8 xc B = fy,d As (equilibrio)Xc = (1,6 fy,k As) /(0,85 Rck 0,83 1,15 0,80 B) =

= (1,6 430 615)/( 0,85 0,83 0,80 35 700 1,15) =

= 27 mm

MR= fy,d As (H – c - Φ/2 - 0,4 xc) =

(430/1,15) 615 (600 – 50 – 1,4/2 -0,4 x 27) = 123,8 kNm

MR= 123,8 kNm sollecitazione resistente

Md= 98 kNm

σreale/σmax = Md/MR = 98/123,8 =

σreale/σmax = 0,791

dc = H – c - Φ/2 - 0,4 xc

fy,d As

0,85 fcd 0,8 xc B0,8 xc



Kcrit= 0,64 x 0,87 x 0,791 = 0,44Ksm = 0,565

0,565 > 0,44 verifica positiva R≥90’


VERIFICA DELLA TENUTA (E)

Presenza di uno strato continuo ed uniforme Presenza di uno strato continuo ed uniforme di conglomerato di conglomerato cementiziocementizio armato con armato con spessore di almeno 50 mm con armatura spessore di almeno 50 mm con armatura diffusa in ambedue le direzioni nello strato di diffusa in ambedue le direzioni nello strato di conglomerato non inferiore a 1,5 kg/mconglomerato non inferiore a 1,5 kg/m2 2

(punto 7.2.2 della norma UNI 9502/2001).(punto 7.2.2 della norma UNI 9502/2001).


VERIFICA DELL’ISOLAMENTO (I)

Presenza di uno strato continuo ed Presenza di uno strato continuo ed uniforme di materiale con spessore non uniforme di materiale con spessore non minore di h = 80 mm di cui almeno 40 mm minore di h = 80 mm di cui almeno 40 mm di C.A. di C.A. (punto 7.2.1 della norma UNI (punto 7.2.1 della norma UNI 9502/2001).9502/2001).

Comportamento al fuoco delle strutture - ordingtaranto.it · Ing. Ninni Giampiero 5 Resistenza al...

Documents

Transcript of Comportamento al fuoco delle strutture - ordingtaranto.it · Ing. Ninni Giampiero 5 Resistenza al...