Resistenza al fuoco dei sistemi strutturali

Resistenza al fuoco dei sistemi strutturali

arch. Roberto Lenziarch. Roberto LenziCorpo permanente dei vigili del Corpo permanente dei vigili del

fuocofuocoProvincia Autonoma di TrentoProvincia Autonoma di Trento

La resistenza al fuoco rappresenta un requisito tecnologico, concorrente al raggiungimento d’un risultato globale

di sicurezza all’incendio

Attività di gestione della qualità all’interno del processo edilizio

Qualità delle opere di costruzione

Risposta adeguata in termini prestazionali

Approccio esigenziale-prestazionale Obiettivi ed indirizzi generali (politica per la qualità) Ricerca di soluzioni progettuali Qualità dei prodotti da costruzione Qualità dell’esecuzione

Sicurezza

Classe che raggruppa una serie d’esigenze

Insieme delle condizioni relative all’incolumità degli utenti, nonché alla difesa e prevenzione di danni in dipendenza da fattori accidentali, nell’esercizio del sistema edilizio.

Sicurezza

Requisito: resistenza al fuoco

Dall’esigenza sicurezza si possono derivare serie logiche di caratteri tecnici, tra i quali è possibile isolare quelli connessi con la conservazione, durante l’evento incendio, entro limiti determinati e durante un intervallo di tempo determinato, le prestazioni fornite dal sistema tecnologico, o anche dal singolo elemento tecnico.

Normazione

Regola tecnica: disposizione cogente emanata da un organismo pubblico al quale è riconosciuta potestà legislativa o regolamentare. Ha lo scopo di stabilire un livello di sicurezza e l’affidabilità generale del sistema al quale si riferisce, in conformità a scelte d’ordine pubblico e d’interesse generale.

Norma: specificazione tecnica volontaria, emanata da organi tecnici non facenti parte della pubblica amministrazione ma riconosciuti. Ha lo scopo di stabilire come si procede per raggiungere un determinato obiettivo di qualità o di standardizzazione.

Normazione

Verticale: il suo campo d’applicazione è limitato a determinate fattispecie.

Orizzontale: trova applicazione generale in tutta la materia.

La tradizione italiana è orientata alla normazione di tipo verticale, mentre quella comunitaria, di derivazione anglosassone, è orientata alla normazione di tipo orizzontale.

Regolamentazione comunitaria

Norme armonizzate (EN): specificazioni tecniche adottate dal CEN su mandato della

Commissione europea. Benestare tecnici: valutazioni tecniche positive

dell’idoneità d’un prodotto all’impiego previsto.

Documenti interpretativi: precisano i requisiti essenziali e costituiscono il riferimento per la definizione di norme armonizzate e d’orientamenti per il rilascio del benestare tecnico.

Direttiva Prodotti da Costruzione 89/106/CE

(modificata dalla Direttiva 93/68/CE – Recepita in Italia con DPR 21/04/1993 n° 246)

Le opere d’ingegneria civile siano concepite e realizzate in modo da non compromettere la sicurezza delle persone e dei beni.


Allegato I - Requisiti essenziali

Enunciati in termini di obiettivi, costituiscono criteri generali e specifici per conferire alle opere un congruo grado di sicurezza. Sono precisati in documenti interpretativi, i quali danno forma concreta ai requisiti di cui sopra.

Requisito essenziale n° 2: Sicurezza in caso d’incendio


Documento interpretativo per il requisito essenziale n° 2

Approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio

Impostazione di carattere nordeuropeo, contrapposta all’impostazione oggettuale di stampo levantino.

Si valuta il livello di sicurezza necessario e si progettano le conseguenti misure.

Sicurezza in caso d’incendio

L’opera deve essere concepita e costruita in modo che, in caso d’incendio:

La capacità portante dell’edificio possa essere garantita per un periodo di tempo determinato

La produzione e la propagazione del fuoco e del fumo all’interno dell’opera siano limitate

La propagazione del fuoco ad opere vicine sia limitata Gli occupanti possano lasciare l’opera o essere soccorsi altrimenti Sia presa in considerazione la sicurezza delle squadre di soccorso


Nei paesi UE i requisiti di sicurezza antincendio costituiscono parte essenziale della normativa sulle opere di costruzione

La sicurezza antincendio nelle opere di costruzione comprende requisiti sulla configurazione degli edifici e sulle prestazioni strutturali, sui prodotti da costruzione, sui servizi ed installazioni e sugli impianti di protezione antincendio


I singoli stati dell’Unione sono responsabili della sicurezza sul proprio territorio

Il livello di sicurezza dev’essere garantito con una probabilità accettabile e per una vita d’esercizio economicamente ragionevole

Gli stati possono adottare provvedimenti di supervisione della progettazione e dell’esecuzione delle opere, nonché provvedimenti concernenti le qualifiche dei soggetti interessati

Capacità portante della costruzione

1. Stabilità complessiva della struttura principale:

Nessun requisito per fabbricati con basso carico d’incendio o dove le conseguenze del crollo siano accettabili

Requisiti per un periodo limitato, dove è sufficiente garantire l’evacuazione degli occupanti in luogo sicuro

Requisiti specifici per garantire che la struttura possa reggere la combustione completa di tutti i materiali combustibili presenti nell’edificio o in una determinata parte di esso


La normativa nazionale cogente (regole tecniche) dovrebbe contenere solo gli obiettivi e le prescrizioni generali, intesi a garantire la sicurezza nelle opere di costruzione

La norma tecnica volontaria dovrebbe contenere le indicazioni prestazionali e le modalità applicative

Verifiche

Le verifiche alla situazione accidentale sono condotte allorquando ritenute necessarie, dal progettista, in relazione all’importanza, alla destinazione d’uso ed alle caratteristiche della costruzione

Indipendentemente dalle valutazioni del progettista, dette verifiche sono obbligatorie dove imposte da una regola tecnica o da un criterio tecnico di prevenzione incendi

Sicurezza in caso d’incendio (EC 1)

Le funzioni richieste ed i livelli di prestazione sono generalmente specificati dalle competenti autorità nazionali, soprattutto in termini di tipo di valutazione di resistenza al fuoco

Dove è accettata l’ingegneria della sicurezza al fuoco per la valutazione delle misure attive e passive, le richieste delle autorità saranno meno prescrittive e possono aggiungersi come strategie alternative

Capacità portante della costruzione

2. Tenuta della compartimentazione:

Limitare lo sviluppo e la propagazione del fuoco e del fumo all’interno delle opere di costruzione

Ritardare lo sviluppo dell’incendio, la propagazione del fuoco e del fumo nelle opere, in modo da lasciare agli occupanti il tempo sufficiente per mettersi in salvo

Consentire alle squadre di soccorso di domare l’incendio prima che questo assuma proporzioni maggiori

Durata di resistenza al fuoco

Analisi del rischio incendio

Il danno strutturale è strettamente interrelato alla durata e all’intensità dell’incendio

L’energia termica sviluppata dall’incendio è in diretta relazione con la quantità di materiale combustibile presente

Cause di danno d’un sistema strutturale durante l’incendio

Superamento della velocità di deformazione Superamento della deformazione massima ammissibile (freccia,

spostamento in prossimità dei vincoli) Perdita della capacità portante della singola sezione Instabilità flessionale di elementi compressi Combinazioni anomale di azioni flettenti e taglio Scarsa duttilità delle sezioni, con comportamenti di tipo fragile Riduzione delle sezioni resistenti

Limitazione del danno potenziale

Evitare, limitare o ridurre i rischi a cui la struttura può essere soggetta

Scegliere una forma strutturale che abbia una minore sensibilità al rischio considerato

Selezionare una forma strutturale ed una progettazione che può sopravvivere adeguatamente alla rimozione eccezionale d’un singolo elemento o d’una parte limitata della struttura, o all’occorrenza di accettabile danno limitato

Evitare il più possibile sistemi strutturali che possano collassare senza avvertimento

Connettere la struttura

Limitazione del danno potenziale

Gli edifici devono essere progettati in modo che il sistema strutturale principale possa sopportare danneggiamenti locali senza subire un collasso totale

Progetto delle strutture all’incendio

Fasi della progettazione: Scelta degli scenari d’incendio significativi per il caso in esame Determinazione dei relativi incendi di progetto Calcolo dell’evoluzione della temperatura all’interno degli

elementi strutturali Calcolo del comportamento meccanico delle strutture esposte

al fuoco

Approccio alla resistenza strutturale all’incendio

Determinazione, attraverso convenienti schematizzazioni, di uno o più modelli rappresentativi della realtà

Analisi del comportamento dei modelli, con particolare riguardo alla sicurezza al fuoco

Trasferimento della sicurezza dai modelli alla realtà, mediante l’individuazione di soluzioni applicabili (strutturali e tecnologiche), nonché di opportuni controlli

Controllo di qualità della sicurezza

Non è possibile la riduzione dei requisiti, dato che il progresso tecnologico ne aumenta costantemente i valori attesi

Miglioramento delle prestazioni, basata sull’accrescimento delle conoscenze relative all’evoluzione del fenomeno incendio

Controllo progettuale (maggiore attenzione al problema della resistenza al fuoco)

Approccio per sistemi

Osservando i danni strutturali conseguenti gli incendi, si notano errori di concezione e di sottovalutazione dei comportamenti.

Tendenza a ragionare per singole unità.

Esempio: i collegamenti diventano, durante l’incendio, nodi critici in grado di rendere labili sistemi costituiti da elementi di per sé capaci di prestazioni molto elevate.


Una struttura è considerata resistente al fuoco se è dimostrato che la resistenza al fuoco dei singoli elementi è come minimo la stessa ed i punti di contatto tra le parti non riducono la capacità di resistenza della struttura principale, tenuto conto delle azioni indirette causate dalla dilatazione termica, dalla deformazione e/o dal cedimento degli elementi strutturali.

Compatibilità dimensionale e funzionale tra elementi strutturali, nonché tra elementi strutturali e di completamento.


Tendenza a condurre la verifica della resistenza strutturale all’incendio per singoli elementi.

Data una catena d’elementi in serie, non è plausibile affermare che se resistono gli elementi singoli allora resiste anche la catena nel suo complesso – meccanismi d’instabilità locale.

Le norme UNI CNVVF richiamano l’attenzione del progettista sulla necessità di valutare l’idoneità dell’intero sistema strutturale (unioni, dettagli costruttivi, ogni altra particolarità strutturale). Esclusione di qualsiasi cedimento di tipo fragile.

Capacità del sistema strutturale (DM 14/09/2005)

La capacità del sistema strutturale in caso d’incendio si determina sulla base della capacità portante propria degli elementi strutturali singoli, di porzioni di struttura o dell’intero sistema costruttivo, comprese le condizioni di carico e di vincolo, tenendo conto dell’eventuale presenza di materiali protettivi

Sicurezza - probabilità

Dalla sicurezza – certezza alla sicurezza – probabilità.

Viene scelta prioritariamente una determinata probabilità (definita accettabile) di raggiungimento di certi stati limite.

Metodo semiprobabilistico: si accetta che i valori delle variabili aleatorie abbiano una certa probabilità, assegnata, d’essere superiori o inferiori ad un valore di riferimento detto caratteristico.

Ai valori caratteristici sono associati coefficienti di sicurezza, attraverso i quali si ottengono i valori di progetto.

Sicurezza all’incendio

Relazione simbolica che descrive il confronto tra sollecitazioni applicate durante l’incendio e capacità di prestazione di resistenza ridotta dall’incendio:

dfidfi RS ,,


Si confronta la caratteristica di sollecitazione agente con la corrispondente sollecitazione resistente.

Sezione di identiche caratteristiche geometriche, ma con caratteristiche meccaniche ridotte a causa dell’innalzamento di temperatura.

Noto il campo di temperatura, raggiunto dopo un certo tempo d’esposizione al fuoco, nella sezione oggetto di verifica si associa al suddetto campo una distribuzione di coefficienti riduttivi delle caratteristiche meccaniche.


Resistenza: affidabilità nei riguardi dei comportamenti meccanici

Robustezza: affidabilità nei riguardi della stabilità d’insieme (ad esempio rispetto ai collassi a catena)

Durabilità: mantenimento della tenuta, dell’isolamento termico ed eventualmente di altri criteri


La sicurezza e le prestazioni di una costruzione devono considerare gli stati limite ultimi e d’esercizio, oltre alla robustezza nei confronti di eventi accidentali (incendio)


Soluzioni progettuali riconosciute ed accettate (metodi tabellari), per tipi definiti d’elementi strutturali

Metodi di calcolo semplificati per tipi definiti d’elementi strutturali Modelli avanzati e generalizzati di calcolo per la simulazione del

comportamento della struttura nel suo insieme, di parti della struttura o solamente d’un elemento strutturale

Prove di laboratorio

Metodo tabellare (DM 16/02/2007)

Confronto tra elemento realmente posto in opera ed apposite tabelle, redatte da organismi normatori riconosciuti, purché le caratteristiche dell’elemento rientrino nei limiti specificati.

I dati tabellari forniscono risultati a favore di sicurezza rispetto alle prove in forno ed ai modelli di calcolo.

Non è ammessa alcuna estrapolazione dei dati, né un uso estensivo delle tabelle al di fuori del loro campo d’applicazione.

Metodo sperimentale (DM 16/02/2007)

Prova in forno del singolo elemento strutturale secondo un programma termico normalizzato, nelle effettive condizioni d’utilizzo.

Le prestazioni rilevate sono certificate dal laboratorio riconosciuto ed il produttore può mettere in commercio l’elemento, accompagnato da una dichiarazione di conformità al prototipo e dalle indicazioni di montaggio ed utilizzo, le quali non devono discostarsi da quelle di prova.

Metodo sperimentale

Norme UNI EN 1363 – 1364 – 1365: specificano i principi generali ed i metodi per determinare la resistenza al fuoco dei diversi elementi costruttivi, sottoposti a condizioni normalizzate d’esposizione all’incendio.

Norme UNI ENV serie 13381: metodi di prova per la determinazione del contributo alla resistenza al fuoco di elementi strutturali a seguito d’applicazione di strati protettivi. Per la prima volta, sono definiti i limiti d’applicabilità dei risultati.

Metodo analitico (DM 16/02/2007)

Analisi strutturale (globale, di sottostrutture ovvero di singoli elementi), ottenuta attraverso specifiche modellazioni.

Metodo di validità generale, ma complesso e, in genere, limitato al criterio capacità portante R.

Si effettua calcolando il transitorio termico degli elementi strutturali e la variazione di resistenza associata all’andamento della temperatura.

Il procedimento deve dimostrare che la struttura, o i suoi componenti, offriranno una prestazione adeguata in caso d’incendio reale.

Metodo analitico

Crisi strutturale in condizioni d’incendio:

Rottura delle sezioni Instabilità di elementi compressi Trasformazione in meccanismo (formazione di cerniere plastiche) Eccessive deformazioni Perdita di congruenza della geometria deformata Perdita d’equilibrio di tipo rigido

Azioni sulle strutture in condizioni d’incendio

L’incendio rientra nella categoria degli eventi eccezionali, per cui le azioni di progetto sono calcolate mediante l’applicazione dei coefficienti specifici per le combinazioni eccezionali di azioni meccaniche:

tAQQtPGF dikikkPkGAdfi ,,21,1,1,

Azioni sulle strutture in condizioni d’incendio

Combinazione eccezionale semplificata di azioni meccaniche (UNI CNVVF):

O anche

jkkkdfi QQGF ,21, 7,0

dfidfi FF ,

Resistenza del materiale costitutivo in condizioni d’incendio

La resistenza ultima di progetto in condizioni d’incendio è derivata dal valore caratteristico di resistenza del materiale, minorata attraverso l’applicazione d’un coefficiente di sicurezza

fi

kdfi

RR

,

Resistenza del materiale costitutivo in condizioni d’incendio

Azione termica dovuta all’incendio: conduzione interna per condizioni di tipo radiativo - convettivo sulla superficie esterna dell’elemento.

Degrado delle caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali da costruzione.

Azioni indirette causate dalle deformazioni termiche.

Trasmissione del calore all’interno dell’elemento strutturale

Geometria dell’elemento Esposizione all’incendio Proprietà termofisiche del materiale costitutivo (calore specifico,

conduttività termica, capacità di disperdere calore per irraggiamento)

Massa volumica Contenuto d’acqua

Esempio: conglomerato cementizio armato

Mappatura termica d’una sezione al tempo t d’esposizione all’incendio.

Esempio: conglomerato cementizio armato

La semplice verifica dello spessore di copriferro (temperatura dell’armatura) può essere ammessa nel caso di sezioni massicce, dove il collasso atteso è dovuto al cedimento dell’acciaio.

Nel caso di sezioni sottili, dove è prevedibile il rapido riscaldamento del conglomerato, il collasso atteso può determinarsi per sfaldamento del calcestruzzo.

Esempio: acciaio da carpenteria

La distribuzione di progetto della temperatura nella sezione resistente deve mantenersi inferiore al valore critico (temperatura in corrispondenza della quale, per un assegnato livello di carico e per una determinata configurazione, ci si aspetta il collasso d’un elemento) – Procedimento tipico del metodo tabellare.

La temperatura critica è funzione del grado d’utilizzazione, dello schema statico, del fattore di massività.

crdfi ,

Esempio: acciaio da carpenteria

Decadimento meccanico degli elementi d’acciaio: Riduzione della resistenza a rottura Riduzione della tensione di snervamento Riduzione del modulo d’elasticità

Coefficiente di riduzione della tensione di snervamento dell’acciaio:

y

yy f

fK

,,

Esempio: legno

Zona carbonizzata Zona alterata Zona interna

Incendio

Linea di carbonizzazione

Esempio: legno

Zona carbonizzata: situata all’esterno, soggetta a combustione completa, in essa non si considera più alcuna caratteristica di resistenza meccanica

Zona alterata: strato intermedio dello spessore d’alcuni millimetri, in cui le caratteristiche meccaniche sono degradate

Zona interna: parte della sezione non ancora investita dall’azione di demolizione termica, in cui la piccola diminuzione delle caratteristiche meccaniche è compensata dall’aumento imputabile all’essiccazione

tkdchar 0

Azioni termiche: modellazione dell’incendio

Equazione del bilancio termico d’un compartimento, riferita all’energia termica scambiata nell’unità di tempo (potenza termica):

hc è l'energia termica sviluppata he è l'energia termica asportata dai prodotti di combustione hr è l'energia termica irradiata attraverso le aperture hw è l'energia termica accumulata negli elementi strutturali e di

partizione hg è l'energia termica accumulata nei gas combusti

gwrec hhhhh

Azioni termiche: modellazione dell’incendio (DM 14/09/2005)

Per definire le azioni del fuoco, devono essere determinati i principali scenari d’incendio e i relativi incendi convenzionali di progetto, sulla base di una valutazione del rischio d’incendio.

In linea generale, gli incendi convenzionali di progetto devono essere applicati ad un compartimento dell’edificio alla volta, salvo che non sia diversamente indicato nello scenario d’incendio. In particolare in un edificio multipiano sarà possibile considerare separatamente il carico di incendio dei singoli piani qualora le strutture orizzontali posseggano una capacità di compartimentazione adeguata.


S’individua una funzione, correlante lo stato termico dell’ambiente ed il tempo, rappresentativa dell’incendio reale, tale da sottoporre l’elemento ad uno stress compatibile con quello che subirebbe durante una vera esposizione al fuoco.

Curva CMI 91/61 (non normalizzata) Curva ISO 834 (recepita dalla normativa comunitaria) Curve rappresentative di casi particolari

Curve d’incendio

Nominali

Adottate per la classificazione delle costruzioni e per le verifiche di resistenza al fuoco di tipo convenzionale

Naturali

Determinate in base a modelli e parametri fisici che definiscono le variabili di stato all’interno del compartimento

Potere calorifico

Quantità di calore sviluppata dalla combustione completa, a pressione costante, dell’unità di massa o di volume del combustibile, avendo riportato i prodotti della combustione alla temperatura iniziale. Si misura in MJ/kg o MJ/m3

Carico d’incendio

Il danno strutturale è strettamente correlato alla durata ed intensità dell’incendio.

L’energia termica sviluppata dall’incendio è in diretta relazione con la quantità di materiale combustibile presente, detta carico d’incendio o anche carico del fuoco.

Carico d’incendio specifico (EC 1)

Calore totale (potenziale termico) prodotto dalla combustione di tutti i materiali combustibili presenti in una determinata area, riferito all’unità di superficie del pavimento. Si misura in MJ/m2

Carico d’incendio (DM 09/03/2007)

Potenziale termico netto della totalità dei materiali combustibili materiali combustibili contenuti in uno spazio, corretto in base ai parametri indicativi della partecipazione alla combustione dei singoli materiali

Carico d’incendio specifico: carico d’incendio riferito all’unità di superficie lorda

Carico d’incendio specifico di progetto (DM 09/03/2007)

Carico d’incendio specifico corretto in base ai parametri indicatori del rischio d’incendio del compartimento e dei fattori relativi alle misure di protezione presenti. Esso costituisce la grandezza di riferimento per le valutazioni della resistenza al fuoco delle costruzioni

Carico d’incendio

Valore caratteristico del carico d’incendio specifico:

gi è la quantità del singolo materiale combustibile in kg

Hi è il potere calorifico inferiore del singolo materiale

mi è il fattore che descrive la partecipazione alla combustione del singolo materiale combustibile

ψi è il fattore che descrive la protezione dal fuoco del singolo materiale combustibile

A è la superficie planimetrica netta del compartimento o spazio di riferimento

A

mHgq iiiiif

Carico d’incendio

Il valore caratteristico del carico d’incendio può essere determinato anche mediante tabelle, purché fornite da organismi normatori riconosciuti.

I carichi di fuoco permanente, che si prevede non varino durante la vita di servizio d’una struttura, sono introdotti con i loro valori risultanti dalla ricerca; i carichi di fuoco variabili sono rappresentati da valori corrispondenti al frattile superiore d’ordine 0,80 oppure 0,95.

In ogni caso, il valore rilevato non può essere inferiore ad un minimo fissato dal CNR.

Densità di carico al fuoco caratteristica (EC 1)

Valore nominale della densità di carico d’incendio (DM 14/01/2008)

L’uso di valori caratteristici è consigliabile, dato che il carico d’incendio è una tipica grandezza aleatoria, con propria distribuzione di probabilità

È però necessario che gli organismi normatori allarghino, mediante studi ed esperienze, il campo della raccolta comparata di dati

Carico d’incendio specifico di progetto (DM 09/03/2007)

qf densità di carico al fuoco caratteristica

δq1 fattore dimensioni del compartimento (≥ 1,00)

δq2 fattore tipo d’attività (≥ 0,80)

δn fattore misure di protezione attiva (≥ 0,20)

nqqfd,f qq 21

Densità del carico del fuoco di progetto (DM 09/03/2007)

Area del compartimento A in m2 δq1

A < 500 1,00

500 ≤ A < 1.000 1,20

1.000 ≤ A < 2.500 1,40

2.500 ≤ A < 5.000 1,60

5.000 ≤ A < 10.000 1,80

A ≥ 10.000 2,00


Classi di rischio

Descrizione δ q2

I

Aree che presentano un basso rischio di incendio in termini di probabilità di innesco, velocità di propagazione delle fiamme e possibilità di controllo dell’incendio da parte delle squadre di emergenza

0,80

II

Aree che presentano un moderato rischio di incendio come probabilità d’innesco, velocità di propagazione di un incendio e possibilità di controllo dell’incendio stesso da parte delle squadre di emergenza

1,00

III

Aree che presentano un alto rischio di incendio in termini di probabilità d’innesco, velocità di propagazione delle fiamme e possibilità di controllo dell’incendio da parte delle squadre di emergenza

1,20


ni, Funzione delle misure di protezione

Sistemi automatici di estinzione

Sistemi di evacuazione automatica di fumo e calore

Sistemi automatici di rivelazione,

segnalazione e allarme di incendio

Squadra aziendale

dedicata alla lotta antincendio[

Rete idrica antincendio Percorsi protetti di accesso

Accessibilità ai mezzi di soccorso

VVF

ad acquan1

altron2

n3 n4 n5 Internan6

interna e esterna

n7

n8 n9

0,60 0,80 0,90 0,85 0,90 0,90 0,80 0,90 0,90

Calcolo del carico d’incendio

Si deve tener conto di tutto ciò che è contenuto nell’edificio ed è combustibile e degli elementi di costruzione, inclusi i rivestimenti e le finiture

Esistono due possibilità:

Esame specifico del caso

Classificazione nazionale sulla base della destinazione d’uso


I carichi d’incendio e le loro combinazioni devono essere stimati in consultazione con il titolare dell’attività, considerando le finalità d’uso, le forniture, l’installazione, le variazioni con il tempo, gli orientamenti sfavorevoli e le possibili prevedibili modificazioni


I carichi d’incendio sono calcolati sulla base del potere calorifico inferiore, ove questo sia definito

Può essere presa in considerazione l’umidità del materiale, modificando quindi il potere calorifico da inserire nei calcoli

Classificazione del carico d’incendio in base alla destinazione d’uso

La classificazione può avvenire solo sulla base di prospetti emanati da enti normatori riconosciuti

Densità del carico d’incendio qk per diverse attività in MJ/m2 (CNR)

Destinazione d’uso Val. medio Frattile 0,95

Civili abitazioni 300 450

Ospedali (stanza) 350 600

Alberghi (stanza) 400 600

Scuole 300 450

Biblioteche 1200 2400

Uffici 300

Attività commerciali 600

Locali di pubblico spettacolo 350 600

Autorimesse sup. sp. parc. < 20 m2 400 500

Autorimesse sup. sp. parc. > 20 m2 200 250

Densità del carico d’incendio qk per diverse attività in MJ/m2 (EC 1)

Destinazione d’uso Val. medio Frattile 0,80

Abitazione 780 948

Ospedale 230 280

Albergo (camera) 310 377

Libreria 1500 1824

Ufficio 420 511

Scuola (aula) 285 347

Centro commerciale 600 730

Teatri e cinema 300 365

Trasporti (spazi pubblici) 100 122

Densità del carico d’incendio qk per diverse attività

I valori tabellati sono riferiti alla destinazione d’uso primaria, non riguardano i locali ad uso specifico (ad es. depositi di materiali combustibili)

Nel caso si effettui un’analisi del caso specifico, il valore di qk non può essere inferiore al valore medio indicato dalle tabelle

Comparazione delle densità del carico d’incendio medio qm per diverse attività

Destinazione d’uso CNR EC 1

Abitazione 300 780

Ospedale 350 230


Libreria 1200 1500

Ufficio 300 420


Centro commerciale 600 600


Comparazione delle densità del carico d’incendio caratt. qk per diverse attività

Destinazione d’uso CNR (0,95) EC 1 (0,80)

Abitazione 450 948

Ospedale 600 280


Libreria 2400 1824

Ufficio 511


Centro commerciale 730


Distribuzione del materiale combustibile

Quando il materiale combustibile si presenta concentrato in alcuni punti, non è corretto calcolare il carico d’incendio riferendolo alla superficie totale del compartimento

In un locale grande, un’intensa azione termica di un incendio localizzato può esporre le strutture circostanti a condizioni di riscaldamento di norma associate ad un incendio in più avanzata fase di sviluppo


Il DM 14/01/2008 stabilisce che qualora siano presenti elevate dissimmetrie nella distribuzione dei materiali combustibili , qk è calcolato con riferimento all’effettiva distribuzione dello stesso.

Per incendio localizzato s’intende un focolaio d’incendio che interessa una zona limitata del compartimento, con sviluppo di calore concentrato in prossimità degli elementi strutturali posti superiormente al focolaio o immediatamente adiacenti.


L’EC 1 prende in considerazione l’incendio localizzato (governato dal combustibile), con diametro non superiore a 10 m

Sono valutati gli effetti locali dell’incendio, con particolare riferimento al pennacchio

Classe di capacità portante

Metodo analitico: determinazione del tempo d’esposizione all’incendio standard considerato equivalente all’incendio reale che può interessare il compartimento – caratteristiche termofisiche delle superfici di chiusura, ventilazione.

Metodo semplificato: tabella di correlazione tra carico d’incendio specifico di progetto e classe di capacità portante.

Metodo semplificato

In funzione del carico d’incendio specifico di progetto qd, la classe di capacità portante è fornita da una tabella (classe di riferimento)

I valori del carico d’incendio e delle caratteristiche del compartimento adottati per l’applicazione del metodo costituiscono un vincolo d’esercizio per le attività da svolgere all’interno della costruzione

Metodo semplificato(DM 09/03/2007)

Carichi d’incendio specifici di progetto (qf,d)

Classe

Non superiore a 100 MJ/m2 0









Superiore a 2400 MJ/m2 240

Metodo analitico – Valori minimi(DM 09/03/2007)

120Superiore a 2400 MJ/m2

90Non superiore a 2400 MJ/m2







ClasseCarichi d’incendio specifici di

progetto (qf,d)

Metodo semplificato

I metodi tabellari consentono di procedere con speditezza, forniscono risultati sempre accettabili e quindi sono spesso affetti da una certa sovrastima. Un minor lavoro d’analisi è compensato da un esito cautelativo

Metodo del tempo equivalente

Si valuta il tempo d’esposizione all’incendio standard che può essere considerato equivalente all’incendio reale, arrotondandolo alla classe immediatamente superiore

La classe risultante, ad ogni modo, non può essere inferiore al valore minimo dato, in funzione del carico d’incendio specifico di progetto qd, dalla tabella precedente

Metodo del tempo equivalente

qd carico d’incendio specifico di progetto, in MJ/m2

kb fattore di conversione associato alle proprietà termiche delle superfici di chiusura del compartimento, in min·m2/MJ

w fattore di ventilazione associato alla geometria del compartimento ed alle aperture nelle superfici di chiusura

wkqt bdde ,

Metodo dell’incendio naturale

La capacità portante può essere verificata rispetto all’azione termica dell’incendio naturale, applicata per l’intervallo di tempo necessario al ritorno alla temperatura ordinaria

Si adottano curve parametriche semiempiriche d’esposizione al fuoco, che tengono conto delle caratteristiche del combustibile e di quelle del compartimento


Sono introdotti numerosi fattori nel modello dell’incendio, quali ad esempio:

Dimensioni delle aperture Superficie laterale del locale Caratteristiche fisiche del contorno (densità, calore

specifico, conduttività termica)


Le curve parametriche sono utilizzabili solo in specificate condizioni:

Superficie del compartimento compresa tra 100 m2 e 500 m2

Altezza del locale fino a 4 m Assenza d’aperture nel soffitto Materiale combustibile distribuito in maniera

omogenea


Esempio di curva parametrica in fase scaldante:

Le curve parametriche sono sempre al di sotto della curva standard. Un’analisi accurata dell’ambiente porta a previsioni più realistiche e meno severe

Il tempo di resistenza al fuoco non può essere inferiore a valori minimi fissati dal CNR

)472,0204,0324,01(1325*** 197,12,0 ttt

g eee

Curve parametriche: influenza del carico d’incendio sulla temperatura (F. Maestri)

Livelli di qualità della prestazione

(CNR, DM 14/01/2008 e DM 09/03/2007)

La capacità portante è esplicitata in classi, stabilite in base al rischio ed alle strategie antincendio per i diversi tipi di costruzione e di attività, riferite all’incendio convenzionale rappresentato dalla curva standard

R15; R20; R30; R45; R60; R90; R120; R180; R240; R360

Livello I

Nessun requisito specifico di resistenza al fuoco dove le conseguenze della perdita dei requisiti stessi siano accettabili o dove il rischio di incendio sia trascurabile

(in genere non ammesso per le costruzioni soggette a controllo VVF)

Nessuna presenza di persone, salvo quella occasionale o di breve durata

Nessuna compromissione di altre costruzioni o sistemi di compartimentazione

Basso carico d’incendio specifico

Livello II

Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo sufficiente all’evacuazione degli occupanti in luogo sicuro all’esterno della costruzione

Affollamento limitato e nessuna presenza di posti letto Massimo due piani fuori terra ed un interrato Nessuna compromissione di altre costruzioni o sistemi di

compartimentazione

R30 R60

Livello III

Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo congruo con la gestione dell’emergenza

Livello adeguato, in generale, per tutte le costruzioni, salvo quelle particolarmente sensibili all’incendio

Capacità portante funzione del carico d’incendio specifico, corretto mediante opportuni coefficienti

Livello IV

Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture per garantire, dopo la fine dell’incendio, un limitato danneggiamento della costruzione

Capacità portante mantenuta per tutta la durata dell’incendio Regime deformativo contenuto Capacità portante residua che consenta interventi di ripristino

Livello V

Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture per garantire, dopo la fine dell’incendio, il mantenimento della totale funzionalità della costruzione stessa.

Capacità portante mantenuta per tutta la durata dell’incendio Regime deformativo trascurabile Capacità portante residua adeguata alla funzionalità immediata

della costruzione

Valutazione della stabilità globale (CNR)

La progettazione dell’intero organismo strutturale deve indicare tutti gli accorgimenti necessari al fine d’evitare il collasso dovuto all’interazione tra diversi elementi, a effetti del secondo ordine o a insufficiente capacità di ridistribuzione delle azioni. È ammessa la ridistribuzione plastica delle caratteristiche di sollecitazione, purché questa non comporti la formazione di meccanismi di collasso.

Valutazione della stabilità globale (CNR)

Gli spostamenti conseguenti alle deformazioni non devono provocare alterazioni nel funzionamento dei vincoli, sollecitazioni localizzate o effetti del secondo ordine.

Per elementi inflessi occorre controllare che variazioni di lunghezza e rotazioni d’estremità non siano tali da causare perdite d’appoggio, contatti localizzati o fenomeni di ribaltamento.

Conclusioni

La resistenza strutturale all’incendio non rappresenta un obiettivo, ma piuttosto uno strumento idoneo a raggiungere, in concorrenza con altri, un ragionevole livello di sicurezza.

Analisi di rischio Strategia antincendio

Bibliografia

BONESSIO U. Sulla resistenza al fuoco serve una normativa al passo con l’Europa, Roma, EPC Antincendio, Settembre 2000

CACIOLAI M. Strutture portanti. Un Eurocodice contro gli incendi, Roma, EPC Antincendio, Settembre 2002

GIOMI G., PAIS P.R. Antologia organica di prevenzione incendi, Roma, EPC Libri, 2002

LENZI R. Resistenza al fuoco delle strutture, Roma, EPC Libri, 2006

MASINI P., ROMANO M., PAVIA R., RAUSA P., CIPPONE L. Valutazione della resistenza al fuoco di elementi strutturali in C.A.P. per edifici industriali: metodologie a confronto, Pisa, VGR 2004

DE NICOLO B. Resistenza strutturale di costruzioni in cemento e acciaio dopo un incendio, Roma, EPC Antincendio, Febbraio 1998

Resistenza al fuoco dei sistemi strutturali

Documents

Transcript of Resistenza al fuoco dei sistemi strutturali