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1 Esempi di progettazione di resistenza al fuoco di strutture in calcestruzzo Prof. Ing. Emidio Nigro Dipartimento di Ingegneria Strutturale Università.

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1 1 Esempi di progettazione di resistenza al fuoco di strutture in calcestruzzo Prof. Ing. Emidio Nigro Dipartimento di Ingegneria Strutturale Università di Napoli “Federico II” CONVEGNO AICAP Il nuovo quadro normativo sulla progettazione antincendio delle strutture di calcestruzzo armato Roma, 8 Febbraio 2008

2 2 VERIFICA DI SICUREZZA IN CASO DI INCENDIO Approccio Strutturale Approccio Strutturale Approccio basato sul Monitoraggio Approccio basato sul Monitoraggio Approccio basato sull'Estinzione Approccio basato sull'Estinzione Possono essere individuati tre tipi di approccio, utilizzabili insieme o separatamente: la sicurezza viene ottenuta mediante la combinazione di opportune scelte di compartimentazione e di resistenza al fuoco delle strutture. è basato su sistemi di rilevamento automatico di fumi e/o calore e sulla trasmissione automatica dell'allarme ad un’apposita squadra di interventoVVF è basato su sistemi di rilevamento automatico di fumi e/o calore e sulla trasmissione automatica dell'allarme ad un’apposita squadra di intervento dei VVF è basato su sistemi di spegnimento automatico, come gli Sprinklers, ed è sempre collegato ad un sistema automatico di allarme Emidio Nigro

3 3 LA VERIFICA DI RESISTENZA AL FUOCO (tempo di resistenza al fuoco di progetto ≥ (tempo di resistenza al fuoco di progetto ≥ tempo di resistenza al fuoco richiesto) (resistenza in condizioni di incendio al tempo t ≥ Nel dominio delle temperature: Nel dominio delle temperature: Nel dominio del tempo: Nel dominio del tempo: Nel dominio delle resistenze: Nel dominio delle resistenze: Le verifiche di sicurezza possono essere condotte analizzando:  elementi strutturali singoli, nelle loro condizioni di vincolo e di carico;  parti significative della struttura;  l’intera struttura, tenendo conto dell’evoluzione nel tempo e con la temperatura delle caratteristiche geometriche degli elementi strutturali e delle proprietà meccaniche dei materiali (temperatura dell’elemento al tempo t  temperatura critica dell’elemento) sollecitazione in condizioni di incendio al tempo t) Emidio Nigro

4 4 TIPOLOGIE DI INCENDIO La curva di incendio di progetto può essere: Nominale : curva adottata per la classificazione delle costruzioni e per le verifiche di resistenza al fuoco di tipo convenzionale. Naturale : curva determinata in base a modelli d’incendio e a parametri fisici che definiscono le variabili di stato all’interno del compartimento. Le verifiche devono essere estese all’intera durata dell’incendio, inclusa la fase di raffreddamento. Prove in forno Emidio Nigro

5 5 L’incendio è considerato una “azione eccezionale“ per una struttura e si considera concomitante alla combinazione di carico quasi permanente delle azioni di altra natura: con  GA = 1.0,  1,i e  2,i dipendenti dalla destinazione d’uso dell’edificio. Con procedimento semplificato, le combinazioni di progetto per la verifica al fuoco F fi,d possono essere ottenute riducendo le azioni di progetto allo stato limite ultimo a temperatura ordinaria F d attraverso la formula: Per gli usuali valori di x risulta: h =(0.5÷0.7) COMBINAZIONI DI CARICO IN CASO DI INCENDIO Emidio Nigro

6 6 VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA AL FUOCO Verifica sperimentale: la valutazione della resistenza al fuoco può essere condotta mediante prove in forno di elementi caricati soggetti ad un incendio convenzionale. Valutazione analitica della resistenza al fuoco:  Verifica tabellare o grafica  Metodi di calcolo semplificati  Calcolo analitico (metodi di calcolo “avanzati”).

7 7 VALUTAZIONE ANALITICA DELLA RESISTENZA AL FUOCO  Travi o Colonne “tozze”: A ciascun elementino della sezione corrisponde un proprio legame costitutivo, funzione della temperatura locale dell’elemento tenendo in conto la riduzione di resistenza prodotta dalla temperatura Emidio Nigro

8 8 CALCOLO DELLE SOLLECITAZIONI ULTIME Dalla conoscenza del legame  di ciascuna fibra è possibile con gli usuali metodi, costruire il diagramma momento-curvatura della sezione per un prefissato valore dello sforzo normale N e calcolare il massimo momento M che la sezione può sopportare, assunto come momento ultimo M u. Emidio Nigro

9 9 RIDUZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA DI COLONNE IN C.A. IN CASO DI INCENDIO Emidio Nigro

10 10 CURVE DI DEGRADO DELLA RESISTENZA NEL TEMPO DI COLONNE IN C.A. SOGGETTE AD INCENDIO

11 11  Colonne “snelle”: “METODO DELLA COLONNA MODELLO” Inflessione dell’estremo libero: Inflessione dell’estremo libero: Momento massimo del I-ordine: VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA AL FUOCO DI COLONNE SNELLE Emidio Nigro

12 12 RIDUZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA DI COLONNE SNELLE IN C.A. IN CASO DI INCENDIO Emidio Nigro

13 13 METODO SEMPLIFICATO “ISOTERMA 500°C EUROCODICE 2 – ANNESSO B  Definizione della sezione ridotta: Emidio Nigro

14 14 Emidio Nigro m t=o F v1(t=o) F v2(t=o) F o1(t=o) F o2(t=o) F’ v1(t=o) F’ v2(t=o) F’ o1(t=o) F’ o2(t=o) ANALISI PER SINGOLI ELEMENTI O PER SOTTOSTRUTTURE NTC 2008: Si deve tener conto degli effetti delle sollecitazioni iperstatiche dovute alle dilatazioni termiche contrastate a meno che non sia riconoscibile a priori che esse sono trascurabili o favorevoli o siano implicitamente tenute in conto nei modelli semplificati e conservativi di comportamento strutturale in caso di incendio.

15 15 EFFETTI DELL’INCENDIO – AZIONI INDIRETTE a) Riduzione di resistenza e rigidezza dei materiali e della struttura b) Deformazioni termiche e variazioni di sollecitazioni b1) Effetto della curvatura di origine termica b2) Effetto della dilatazione termica Emidio Nigro

16 16 EFFETTI DELLA TEMPERATURA SU TRAVI INFLESSE Schemi isostatici: Riduzione di resistenza. Schemi iperstatici: Riduzione di resistenza a momento positivo e variazione delle sollecitazioni per la dilatazione termica impedita. Emidio Nigro

17 17 Trave doppiamente incastrata: la verifica allo stato limite ultimo può essere condotta calcolando il carico ultimo in condizioni di incendio, che corrisponde alla formazione di cerniere plastiche agli incastri ed in mezzeria della trave. VERIFICA Emidio Nigro

18 18 EFFETTI DELL’INCENDIO c) Effetti supplementari in regime di grandi spostamenti c1) Sforzo assiale di compressione c2) Sforzo normale di trazione (per spostamenti molto grandi) Emidio Nigro

19 19 Prof. Ing. E. Nigro APPLICAZIONE 1 – STRUTTURA INTELAIATA IN C.A. INCENDIO STANDARD ISO834 Emidio Nigro

20 20 Prof. Ing. E. Nigro TELAIO MONOPIANO CON ISO834 - DEFORMATA Emidio Nigro

21 21 Prof. Ing. E. Nigro TELAIO MONOPIANO CON ISO834 SPOSTAMENTO MEZZERIA TRAVERSO Emidio Nigro

22 22 Prof. Ing. E. Nigro TELAIO MONOPIANO CON ISO834 – DIAGRAMMA MOMENTI Emidio Nigro

23 23 Prof. Ing. E. Nigro TELAIO MONOPIANO CON ISO834 MOMENTI IN MEZZERIA ED ESTREMITA’ TRAVERSO MEZZERIA TRAVE NODO LATERALE NODO CENTRALE Emidio Nigro

24 24 Metodo ISOTERMA 500°C – NODO LATERALE TRAVERSO Armatura Sezione soggetta a momento negativo ISOTERMA 500 °C Emidio Nigro

25 25 VERIFICA DI RESISTENZA – NODO LATERALE TRAVERSO Emidio Nigro Riduzione Resistenza Variazione sollecitazioni (SAFIR) Verifica per singoli elementi: MRd,fi > MSd,fi t  160 min

26 26 Metodo ISOTERMA 500°C – MEZZERIA TRAVERSO Armatura Sezione soggetta a momento positivo Emidio Nigro

27 27 VERIFICA DI RESISTENZA - MEZZERIA TRAVERSO Emidio Nigro Riduzione Resistenza Variazione sollecitazioni (SAFIR) Verifica per singoli elementi: MRd,fi < MSd,fi t  125 min t  160 min

28 28 Metodo ISOTERMA 500°C – NODO CENTRALE TRAVERSO Armatura Sezione soggetta a momento negativo ISOTERMA 500 °C Emidio Nigro

29 29 Prof. Ing. E. Nigro TELAIO MONOPIANO CON ISO834 – SFORZO ASSIALE TRAVERSO Emidio Nigro

30 30 Prof. Ing. E. Nigro APPLICAZIONE 2 – STRUTTURA INTELAIATA IN C.A. INCENDIO NATURALE (CURVA PARAMETRICA) Emidio Nigro

31 31 Curve parametricheTemperatura-tempo Curve parametriche Temperatura-tempo Emidio Nigro

32 32 DEFINIZIONE DELLA CURVA INCENDIO NATURALE (CURVA PARAMETRICA) ESEMPIO Carico di incendio specifico di progetto Pareti Fattore di apertura Emidio Nigro

33 33 Prof. Ing. E. Nigro TELAIO MONOPIANO CON INCENDIO NATURALE DEFORMATA Emidio Nigro

34 34 Prof. Ing. E. Nigro TELAIO MONOPIANO CON INCENDIO NATURALE SPOSTAMENTO MEZZERIA TRAVERSO Emidio Nigro

35 35 Prof. Ing. E. Nigro TELAIO MONOPIANO CON INCENDIO NATURALE DIAGRAMMA DEI MOMENTI Emidio Nigro

36 36 Prof. Ing. E. Nigro TELAIO MONOPIANO CON INCENDIO NATURALE MOMENTI IN MEZZERIA ED ESTREMITA’ TRAVERSO MEZZERIA TRAVE NODO LATERALE NODO CENTRALE Emidio Nigro

37 37 Prof. Ing. E. Nigro TELAIO MONOPIANO CON INCENDIO NATURALE SFORZO ASSIALE TRAVERSO Emidio Nigro

38 38 GRAZIE PER L’ATTENZIONE

39 39 Prof. Ing. E. Nigro APPLICAZIONE 3 – TEGOLO IN C.A.P. Emidio Nigro

40 40 EFFETTI DELL’INCENDIO SU COPERTURE CON TEGOLI IN C.A.P. Notevoli deformazioni plastiche dei tegoli di copertura Emidio Nigro

41 41 EFFETTI DELL’INCENDIO SU COPERTURE CON TEGOLI IN C.A.P. Notevoli deformazioni plastiche dei tegoli di copertura Emidio Nigro

42 42 EFFETTI DELL’INCENDIO SU COPERTURE CON TEGOLI IN C.A.P. Crollo di alcuni tegoli di copertura Emidio Nigro

43 43 EFFETTI DELL’INCENDIO SU COPERTURE CON TEGOLI IN C.A.P. Notevoli deformazioni plastiche dei tegoli di copertura Emidio Nigro

44 44 TEGOLO IN C.A.P. Emidio Nigro

45 45 Prof. Ing. E. Nigro TEGOLO IN C.A.P. Emidio Nigro

46 46 Prof. Ing. E. Nigro TEGOLO IN C.A.P. Emidio Nigro

47 47 TEGOLO IN C.A.P. SPOSTAMENTO MEZZERIA Emidio Nigro

48 48 TEGOLO IN C.A.P. SPOSTAMENTO ORIZZONTALE APPOGGIO Emidio Nigro


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