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07a - Strutture di elevazione verticali (telai)

Strutture di elevazione

Si definisce struttura di elevazione l’unità tecnologica costituita dalle classi di elementi tecnici e dall’insieme deglielementi tecnici aventi la funzione di resistere alle azioni di varia natura agenti sulla parte di costruzione fuori terra, trasmettendole alle strutture di fondazione.E’ possibile definire vari criteri di classificazione delle strutture di elevazione: in base ai procedimenti costruttivi, alprincipio, statico, alla stabilità, alla traccia della struttura sul piano di appoggio, alle caratteristiche geometriche degli elementi costituivi, …La norma UNI 8290 sulla Classificazione del Sistema Tecnologico articola la struttura di elevazione in:

Strutture di elevazione verticali•Strutture a telaio•Strutture ad arco•Strutture a parete portante

Strutture di elevazione orizzontali ed inclinate•Strutture per impalcati piani•Strutture per coperture inclinate

Strutture di elevazione spaziali•Strutture tridimensionali•Strutture a grigliato piano e curvo•Strutture a superficie curva continua

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Requisiti connotanti

I requisiti connotanti sono relativi sia alla scelta dei materiali costituenti, sia alla concezione strutturale in sé, che comprende la conformazione della struttura, il suo dimensionamento, il suo procedimento costruttivo.

1. Resistenza meccanica

La resistenza meccanica è la capacità di mantenere l’integrità fisica in rapporto alle azioni di carattere statico e dinamico. Le azioni possono riguardare:•carichi permanenti (peso proprio degli elementi della struttura e di completamento), carichi di esercizio (in rapporto alla destinazione d’uso) e sovraccarichi (agenti atmosferici come vento, acqua, neve);•movimenti di assestamento del terreno;•azioni sismiche;•urti;•fuoco (che può generare il collasso della struttura o l’emissione di sostanze nocive);•agenti esterni che possono modificare il comportamento della struttura (azioni termiche e chimiche).Oltre all’entità e qualità dei carichi agenti devono essere prese in considerazione le caratteristiche dei materiali strutturali e le modalità di collegamento tra le varie parti della struttura.

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2. Sicurezza al fuoco

La sicurezza al fuoco è in funzione della destinazione d’uso della costruzione ed in generale delle esigenze che si intendonosalvaguardare in caso d’incendio. La sicurezza dipende dagli accorgimenti di carattere distributivo presi e dai sistemi di sicurezza utilizzati, ma anche dai materiali strutturali utilizzati e dalla concezione strutturale.

Esistono misure di prevenzione incendi che tendono ad impedire la formazione di sorgenti di ignizione.

Sviluppo, prevenzione e spegnimento di un incendioCondizioni necessarie allo sviluppo di un incendio

•Presenza del combustibile•Presenza di ossigeno•Temperatura minima corrispondente alla temperatura di accensione

Sistemi fondamentali per prevenire ed ottenere lo spegnimento dell'incendio

•Azione meccanica di separazione•Soffocamento•Raffreddamento

•Inibizione chimica della combustione

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Esistono anche misure di protezione antincendio che tendono a limitare le conseguenze dell'incendio e a contenerne la propagazione.

Prevenzione incendiProvvedimenti per ridurre le probabilità d'incendio

-Adozione di impianti elettrici a regola d'arte-Messa a terra-Ventilazione naturale o meccanica-Impiego di materiali difficilmente infiammabili

Adozione di dispositivi di sicurezzaProvvedimenti per rendere minimi i danni prodotti da un incendio

-Uscite di sicurezza, impianti di allarme acustico-Luci di sicurezza-Scale a prova di fumo - scale protette-Realizzazione di superfici per lo sfogo del fumo e del calore

Protezioni passive-Adozione di distanze di sicurezza-Realizzazione di ventilazione naturale o meccanica-Protezione negli ambienti lavorativi delle strutture combustibili-Realizzazione di costruzioni apposite ed isolate per edifici ad alto rischio

Protezioni attive-Estintori-Idranti collegati a fonti idriche adeguate per capacità, portata e pressione-Impianti di spegnimento particolari

Le misure da adottare devono essere valutate secondo il principio dei costi e benefici.

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Per quanto riguarda le strutture, i materiali strutturali sono caratterizzati dalla reazione al fuoco e dalla resistenza al fuoco.

La reazione al fuoco rappresenta il grado di partecipazione del materiale alla combustione: i materiali sono classificati secondo le classi 0, 1, 1, 2, 3, 4, 5 (0 sono i materiali inorganici incombustibili).CARICO DI INCENDIO: potenziale termico della totalità dei materiali combustibili contenuti in uno spazio, compresi i rivestimenti dei muri, dei pavimenti e dei soffitti. Convenzionalmente è espresso in kg di legna equivalente (potere calorifico inferiore a 4.400kcal/kg). C’è poi il carico d’incendio specifico, riferito all’unità di superficie lorda delcompartimento, espresso dalla quantità equivalente di legno per m2 che si ottiene dividendo per 4.400 il numero di calorie per unità di superficie orizzontale del locale o piano considerato, che si può al massimo sviluppare per effetto della combustione di tutti i materiali combustibili presenti:

ove q= carico d’incendio in kg di legna /m2, gi il peso in kg del generico tra gli n combustibili presenti nelle condizioni più gravose, Hi il potere calorifico superiore del combustibile n ed A la superficie orizzontale in m2 del locale o piano; 4.400 il potere calorifico superiore del legno in calorie su kg.

∑=

⋅=n

i

ii A

Hgq1 400.4

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La resistenza al fuoco degli elementi costruttivi rappresenta l’attitudine a conservare, secondo un programma stabilito ed un tempo determinato, la stabilità (R), la tenuta (E) e l’isolamento termico (I).

Il DM 30/11/83 definisce:

RESISTENZA AL FUOCO: attitudine di un elemento da costruzione a conservare, secondo un programma termico prestabilito e per un tempo determinato, in tutto o in parte la stabilità "R", la tenuta "E" e l'isolamento termico "I" dove:

•Stabilità: capacità di conservare la resistenza meccanica sotto l'azione del fuoco.•Tenuta: l'elemento non lascia passare né produce, in presenza di fuoco su un lato, fiamme, vapori o gas caldi sul lato non esposto.•Isolamento termico: l'elemento riduce la trasmissione del calore.

Le tre lettere formano la sigla REI seguita da un numero che esprime il tempo di stabilità, tenuta ed isolamento termico.Gli elementi possono avere caratteristiche REI, RE o R.La sigla REI rappresenta quindi la capacità di un elemento, espressa in minuti (15, 30, 45, 60, 90, 120, 180), a mantenere tutte e tre le precedenti caratteristiche.

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La resistenza al fuoco della struttura può essere intesa come il tempo necessario a raggiungere uno dei due stati limite: stabilità e integrità.La stabilità è la capacità di reagire ai carichi, l’integrità lacapacità di impedire la propagazione dell’incendio.Un elemento strutturale è stabile se non raggiunge il limite di stabilità, tagliafiamme se non raggiunge il limite di integrità, tagliafuoco se non raggiunge entrambi i limiti.

Le norme UNI 9502, 9503, 9504, per il solo valore R, consentono di valutare per via analitica la resistenza al fuoco degli elementi strutturali: le fasi del calcolo riguardano la determinazione della temperatura internamente all’elemento strutturale, le caratteristiche meccaniche in funzione della temperatura, la verifica della capacità portante e della resistenza a rottura in presenza di un carico d’incendio di intensità e durata prestabilite.

Per avere una buona resistenza al fuoco si possono limitare le luci delle strutture, inserendo anche giunti efficienti sotto l’aspetto termico, e disporre gli elementi rigidi di controventamento al centro per non avere un ostacolo alla dilatazione termica degli impalcati. L’iperstaticità rappresenta un fattore positivo nella resistenza al fuoco.

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Per i materiali si può dunque dire:Nelle strutture in c.a. le dilatazioni termiche possono determinare sforzi di trazione che implicano lo sfilamento dellearmature, con conseguente collasso per effetto dei carichi applicati. Il comportamento al fuoco del c.a. può essere migliorato con l’adozione di inerti e leganti meno sensibili all’aumento di temperatura e con l’aumento dello spessore del copriferro. In caso d’incendio le armature d’angolo sono le meno protette.L’acciaio è molto sensibile alle variazioni di temperatura: va posta quindi attenzione alla protezione antincendio, di norma ottenuta mediante vernici o con rivestimenti. La temperatura di un elemento in acciaio aumenta tanto più velocemente quanto maggiore è il rapporto fra superficie laterale esposta al fuoco e dimensione della sezione.Le murature portanti in pietra naturale e artificiale hanno un buon comportamento in caso d’incendio, che aumenta in modo lineare con l’aumento dello spessore, mantenendo comunque valori elevati nella resistenza meccanica anche ad elevate temperature. Il maggior problema è derivato dalla differenza di temperatura da una parete all’altra del muro, che può causare fenomeni d’inflessione.Gli elementi in legno carbonizzano alla fiamma superficialmente; la carbonatazione superficiale, pur riducendo la sezione resistente in modo progressivo, ha un forte potere isolante. L’interno di fatto può rimanere integro: il danno allastruttura è dunque valutabile in funzione del tempo di esposizione.

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La resistenza al fuoco si migliora con l’ignifugazione e la protezione. L’ignifugazione consiste nell’impregnare i materiali infiammabili (legno, materiali tessili) con sostanze chimiche che impediscono lo sviluppo delle fiamme: il materiale si consuma più lentamente senza emettere fiamme o calore. La protezione si ottiene con l’adozione di sistemi passivi: i materiali di protezione (gesso, cemento, lana di vetro e di roccia, vermiculite, perlite, argilla espansa) associano all’incombustibilità la proprietà di non emettere prodotti volatili infiammabili o tossici.

Materiali e spessori di pareti e solai (per avere REI 120)Tipo di parete Spess. Min. (cm) escluso l'intonacoLaterizi pieni con intonaco normale 26Laterizi pieni con intonaco isolante 26Laterizi forati con intonaco normale 30Laterizi forati con intonaco isolante 14Calcestruzzo normale 12Calcestruzzo leggero (con isolantetipo pomice, perlite, scorie o simili) 10Muratura ordinaria di pietrame 40

Tipo di solaio Spess. Min. (cm) comprensivo di caldana e copriferroSoletta in c.a.-con intonaco normale (2cm) 20-con intonaco isolante (1,5cm) 16-con soffitto sospeso 14

Solaio in laterizio armato-con intonaco normale (2cm) 30-con intonaco isolante (1,5cm) 24-con soffitto sospeso 22

Elementi in c.a. precompresso-con intonaco normale (2cm) 30-con intonaco isolante (1,5cm) 24-con soffitto sospeso 22

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Protezione antincendio di elementi strutturali monodimensionali (da Callocchia, Manuale di norme e procedure antincendio. NIS, Firenze, 1989)

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Spessore di alcuni tipi di rivestimento da applicare a strutture incombustibili

Tipo di rivestimento Spess. (cm)

Intonaco di :-cemento, cemento-calce, calce-gesso su rete o metallo stirato 5,75-perlite-gesso su metallo stirato 3,75-sabbia-gesso 5,25-vermiculite-gesso 3,75-vermiculite-cemento 3,75

Miscele di fibre minerali su lamiera stirata 5,25-Lastre di gesso 7,25-Calcestruzzo leggero 4,00-Calcestruzzo normale 4,50-Mattoni forati a più serie di fori 10,00-Mattoni forati ad una serie di fori 12,75

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Oltre ai sistemi d’ignifugazione e protezione, l’isolamento degli ambienti dell’edificio avviene attraverso la compartimentazione: essa viene realizzata verticalmente e orizzontalmente con elementi costruttivi di separazione che siano resistenti al fuoco (muri, solai e aggetti tagliafuoco).I muri tagliafuoco impediscono la propagazione di un incendio ad altri edifici (esterni) o ad altri compartimenti dello stessoedificio (interni). Possono essere sia portanti che non, caratterizzati da bassa conducibilità termica, da un’elevata resistenza meccanica; devono inoltre impedire il passaggio di fumi o fiamme.I muri tagliafuoco devono essere continui dal piano di fondazione fino alla copertura, sporgendo dal punto più alto e dalla parete di prospetto di almeno 60cm (ciò si può evitare prolungando le pareti tagliafuoco lungo le pareti adiacenti per almeno 2m.



Nella progettazione occorre dunque determinare la resistenza al fuoco delle strutture portanti e degli elementi di separazione nell’edificio, in funzione della destinazione d’uso dei locali edel carico antincendio.

La classe di edifici esprime in minuti primi la durata minima di resistenza al fuoco da richiedere alla struttura o all’elemento costruttivo in esame. Esprime il carico d’incendio virtuale in kg/m2 di legna sopportabile dalla struttura (circ. n.91 14-09-61); classe di edifici 15-30-45-90-120-180.

La classe di un piano del locale considerato si determina in base alla formula C=kq in cui C è il numero indicativo della classe, q è il carico d’incendio (in kg di legna /m2) e k un coefficiente che tiene conto delle condizioni reali d’incendio del locale, compreso tra 0,2 e 1.

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3. Altri requisiti

Altre requisiti importanti per le strutture di elevazione, oltre a sicurezza strutturale e al fuoco, sono:• benessere termoigrometrico• benessere acustico• durabilità• integrabilità degli elementi tecnici• conformabilità degli spazi• protezione dagli agenti esterniPer ragioni di spazio non vengono approfonditi.

Esempi di livelli di integrabilità impiantistica

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