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Resistenza al fuoco dei sistemi strutturali arch. Roberto Lenzi Corpo permanente dei vigili del fuoco Provincia Autonoma di Trento.

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1 Resistenza al fuoco dei sistemi strutturali arch. Roberto Lenzi Corpo permanente dei vigili del fuoco Provincia Autonoma di Trento

2 La resistenza al fuoco rappresenta un requisito tecnologico, concorrente al raggiungimento dun risultato globale di sicurezza allincendio Attività di gestione della qualità allinterno del processo edilizio

3 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 dellesecuzione

4 Sicurezza Classe che raggruppa una serie desigenze Insieme delle condizioni relative allincolumità degli utenti, nonché alla difesa e prevenzione di danni in dipendenza da fattori accidentali, nellesercizio del sistema edilizio.

5 Sicurezza Requisito: resistenza al fuoco Dallesigenza sicurezza si possono derivare serie logiche di caratteri tecnici, tra i quali è possibile isolare quelli connessi con la conservazione, durante levento incendio, entro limiti determinati e durante un intervallo di tempo determinato, le prestazioni fornite dal sistema tecnologico, o anche dal singolo elemento tecnico.

6 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 laffidabilità generale del sistema al quale si riferisce, in conformità a scelte dordine pubblico e dinteresse 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.

7 Normazione Verticale:il suo campo dapplicazione 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.

8 Regolamentazione comunitaria Norme armonizzate (EN):specificazioni tecniche adottate dal CEN su mandato della Commissione europea. Benestare tecnici:valutazioni tecniche positive dellidoneità dun prodotto allimpiego previsto. Documenti interpretativi:precisano i requisiti essenziali e costituiscono il riferimento per la definizione di norme armonizzate e dorientamenti per il rilascio del benestare tecnico.

9 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 dingegneria civile siano concepite e realizzate in modo da non compromettere la sicurezza delle persone e dei beni.

10 Direttiva Prodotti da Costruzione 89/106/CE 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 dincendio

11 Direttiva Prodotti da Costruzione 89/106/CE Documento interpretativo per il requisito essenziale n° 2 Approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio Impostazione di carattere nordeuropeo, contrapposta allimpostazione oggettuale di stampo levantino. Si valuta il livello di sicurezza necessario e si progettano le conseguenti misure.

12 Sicurezza in caso dincendio Lopera deve essere concepita e costruita in modo che, in caso dincendio: La capacità portante delledificio possa essere garantita per un periodo di tempo determinato La produzione e la propagazione del fuoco e del fumo allinterno dellopera siano limitate La propagazione del fuoco ad opere vicine sia limitata Gli occupanti possano lasciare lopera o essere soccorsi altrimenti Sia presa in considerazione la sicurezza delle squadre di soccorso

13 Sicurezza in caso dincendio 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

14 Sicurezza in caso dincendio I singoli stati dellUnione sono responsabili della sicurezza sul proprio territorio Il livello di sicurezza devessere garantito con una probabilità accettabile e per una vita desercizio economicamente ragionevole Gli stati possono adottare provvedimenti di supervisione della progettazione e dellesecuzione delle opere, nonché provvedimenti concernenti le qualifiche dei soggetti interessati

15 Capacità portante della costruzione 1. Stabilità complessiva della struttura principale: Nessun requisito per fabbricati con basso carico dincendio o dove le conseguenze del crollo siano accettabili Requisiti per un periodo limitato, dove è sufficiente garantire levacuazione degli occupanti in luogo sicuro Requisiti specifici per garantire che la struttura possa reggere la combustione completa di tutti i materiali combustibili presenti nelledificio o in una determinata parte di esso

16 Sicurezza in caso dincendio 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

17 Verifiche Le verifiche alla situazione accidentale sono condotte allorquando ritenute necessarie, dal progettista, in relazione allimportanza, alla destinazione duso 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

18 Sicurezza in caso dincendio (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 lingegneria 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

19 Capacità portante della costruzione 2. Tenuta della compartimentazione: Limitare lo sviluppo e la propagazione del fuoco e del fumo allinterno delle opere di costruzione Ritardare lo sviluppo dellincendio, 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 lincendio prima che questo assuma proporzioni maggiori

20 Durata di resistenza al fuoco Analisi del rischio incendio Il danno strutturale è strettamente interrelato alla durata e allintensità dellincendio Lenergia termica sviluppata dallincendio è in diretta relazione con la quantità di materiale combustibile presente

21 Cause di danno dun sistema strutturale durante lincendio 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

22 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 dun singolo elemento o duna parte limitata della struttura, o alloccorrenza di accettabile danno limitato Evitare il più possibile sistemi strutturali che possano collassare senza avvertimento Connettere la struttura

23 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

24 Progetto delle strutture allincendio Fasi della progettazione: Scelta degli scenari dincendio significativi per il caso in esame Determinazione dei relativi incendi di progetto Calcolo dellevoluzione della temperatura allinterno degli elementi strutturali Calcolo del comportamento meccanico delle strutture esposte al fuoco

25 Approccio alla resistenza strutturale allincendio 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 lindividuazione di soluzioni applicabili (strutturali e tecnologiche), nonché di opportuni controlli

26 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 sullaccrescimento delle conoscenze relative allevoluzione del fenomeno incendio Controllo progettuale (maggiore attenzione al problema della resistenza al fuoco)

27 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 lincendio, nodi critici in grado di rendere labili sistemi costituiti da elementi di per sé capaci di prestazioni molto elevate.

28 Approccio per sistemi 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.

29 Approccio per sistemi Tendenza a condurre la verifica della resistenza strutturale allincendio per singoli elementi. Data una catena delementi in serie, non è plausibile affermare che se resistono gli elementi singoli allora resiste anche la catena nel suo complesso – meccanismi dinstabilità locale. Le norme UNI CNVVF richiamano lattenzione del progettista sulla necessità di valutare lidoneità dellintero sistema strutturale (unioni, dettagli costruttivi, ogni altra particolarità strutturale). Esclusione di qualsiasi cedimento di tipo fragile.

30 Capacità del sistema strutturale (DM 14/09/2005) La capacità del sistema strutturale in caso dincendio si determina sulla base della capacità portante propria degli elementi strutturali singoli, di porzioni di struttura o dellintero sistema costruttivo, comprese le condizioni di carico e di vincolo, tenendo conto delleventuale presenza di materiali protettivi

31 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, dessere 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.

32 Sicurezza allincendio Relazione simbolica che descrive il confronto tra sollecitazioni applicate durante lincendio e capacità di prestazione di resistenza ridotta dallincendio:

33 Sicurezza allincendio Si confronta la caratteristica di sollecitazione agente con la corrispondente sollecitazione resistente. Sezione di identiche caratteristiche geometriche, ma con caratteristiche meccaniche ridotte a causa dellinnalzamento di temperatura. Noto il campo di temperatura, raggiunto dopo un certo tempo desposizione al fuoco, nella sezione oggetto di verifica si associa al suddetto campo una distribuzione di coefficienti riduttivi delle caratteristiche meccaniche.

34 Sicurezza allincendio Resistenza:affidabilità nei riguardi dei comportamenti meccanici Robustezza:affidabilità nei riguardi della stabilità dinsieme (ad esempio rispetto ai collassi a catena) Durabilità:mantenimento della tenuta, dellisolamento termico ed eventualmente di altri criteri

35 Sicurezza allincendio La sicurezza e le prestazioni di una costruzione devono considerare gli stati limite ultimi e desercizio, oltre alla robustezza nei confronti di eventi accidentali (incendio)

36 Sicurezza allincendio Soluzioni progettuali riconosciute ed accettate (metodi tabellari), per tipi definiti delementi strutturali Metodi di calcolo semplificati per tipi definiti delementi strutturali Modelli avanzati e generalizzati di calcolo per la simulazione del comportamento della struttura nel suo insieme, di parti della struttura o solamente dun elemento strutturale Prove di laboratorio

37 Metodo tabellare (DM 16/02/2007) Confronto tra elemento realmente posto in opera ed apposite tabelle, redatte da organismi normatori riconosciuti, purché le caratteristiche dellelemento 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 dapplicazione.

38 Metodo sperimentale (DM 16/02/2007) Prova in forno del singolo elemento strutturale secondo un programma termico normalizzato, nelle effettive condizioni dutilizzo. Le prestazioni rilevate sono certificate dal laboratorio riconosciuto ed il produttore può mettere in commercio lelemento, accompagnato da una dichiarazione di conformità al prototipo e dalle indicazioni di montaggio ed utilizzo, le quali non devono discostarsi da quelle di prova.

39 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 desposizione allincendio. Norme UNI ENV serie 13381: metodi di prova per la determinazione del contributo alla resistenza al fuoco di elementi strutturali a seguito dapplicazione di strati protettivi. Per la prima volta, sono definiti i limiti dapplicabilità dei risultati.

40 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 allandamento della temperatura. Il procedimento deve dimostrare che la struttura, o i suoi componenti, offriranno una prestazione adeguata in caso dincendio reale.

41 Metodo analitico Crisi strutturale in condizioni dincendio: Rottura delle sezioni Instabilità di elementi compressi Trasformazione in meccanismo (formazione di cerniere plastiche) Eccessive deformazioni Perdita di congruenza della geometria deformata Perdita dequilibrio di tipo rigido

42 Azioni sulle strutture in condizioni dincendio Lincendio rientra nella categoria degli eventi eccezionali, per cui le azioni di progetto sono calcolate mediante lapplicazione dei coefficienti specifici per le combinazioni eccezionali di azioni meccaniche:

43 Azioni sulle strutture in condizioni dincendio Combinazione eccezionale semplificata di azioni meccaniche (UNI CNVVF): O anche

44 Resistenza del materiale costitutivo in condizioni dincendio La resistenza ultima di progetto in condizioni dincendio è derivata dal valore caratteristico di resistenza del materiale, minorata attraverso lapplicazione dun coefficiente di sicurezza

45 Resistenza del materiale costitutivo in condizioni dincendio Azione termica dovuta allincendio: conduzione interna per condizioni di tipo radiativo - convettivo sulla superficie esterna dellelemento. Degrado delle caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali da costruzione. Azioni indirette causate dalle deformazioni termiche.

46 Trasmissione del calore allinterno dellelemento strutturale Geometria dellelemento Esposizione allincendio Proprietà termofisiche del materiale costitutivo (calore specifico, conduttività termica, capacità di disperdere calore per irraggiamento) Massa volumica Contenuto dacqua

47 Esempio: conglomerato cementizio armato Mappatura termica duna sezione al tempo t desposizione allincendio.

48 Esempio: conglomerato cementizio armato La semplice verifica dello spessore di copriferro (temperatura dellarmatura) può essere ammessa nel caso di sezioni massicce, dove il collasso atteso è dovuto al cedimento dellacciaio. Nel caso di sezioni sottili, dove è prevedibile il rapido riscaldamento del conglomerato, il collasso atteso può determinarsi per sfaldamento del calcestruzzo.

49 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 dun elemento) – Procedimento tipico del metodo tabellare. La temperatura critica è funzione del grado dutilizzazione, dello schema statico, del fattore di massività.

50 Esempio: acciaio da carpenteria Decadimento meccanico degli elementi dacciaio: Riduzione della resistenza a rottura Riduzione della tensione di snervamento Riduzione del modulo delasticità Coefficiente di riduzione della tensione di snervamento dellacciaio:

51 Esempio: legno Zona carbonizzataZona alterataZona interna Incendio Linea di carbonizzazione

52 Esempio: legno Zona carbonizzata: situata allesterno, soggetta a combustione completa, in essa non si considera più alcuna caratteristica di resistenza meccanica Zona alterata: strato intermedio dello spessore dalcuni millimetri, in cui le caratteristiche meccaniche sono degradate Zona interna: parte della sezione non ancora investita dallazione di demolizione termica, in cui la piccola diminuzione delle caratteristiche meccaniche è compensata dallaumento imputabile allessiccazione

53 Azioni termiche: modellazione dellincendio Equazione del bilancio termico dun compartimento, riferita allenergia termica scambiata nellunità di tempo (potenza termica): hcè l'energia termica sviluppata heè l'energia termica asportata dai prodotti di combustione hrè l'energia termica irradiata attraverso le aperture hwè l'energia termica accumulata negli elementi strutturali e di partizione hgè l'energia termica accumulata nei gas combusti

54 Azioni termiche: modellazione dellincendio (DM 14/09/2005) Per definire le azioni del fuoco, devono essere determinati i principali scenari dincendio e i relativi incendi convenzionali di progetto, sulla base di una valutazione del rischio dincendio. In linea generale, gli incendi convenzionali di progetto devono essere applicati ad un compartimento delledificio alla volta, salvo che non sia diversamente indicato nello scenario dincendio. 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.

55 Azioni termiche: modellazione dellincendio Sindividua una funzione, correlante lo stato termico dellambiente ed il tempo, rappresentativa dellincendio reale, tale da sottoporre lelemento 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

56 Curve dincendio 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 allinterno del compartimento

57 Azioni termiche: modellazione dellincendio

58 Potere calorifico Quantità di calore sviluppata dalla combustione completa, a pressione costante, dellunità di massa o di volume del combustibile, avendo riportato i prodotti della combustione alla temperatura iniziale. Si misura in MJ/kg o MJ/m 3

59 Carico dincendio Il danno strutturale è strettamente correlato alla durata ed intensità dellincendio. Lenergia termica sviluppata dallincendio è in diretta relazione con la quantità di materiale combustibile presente, detta carico dincendio o anche carico del fuoco.

60 Carico dincendio specifico (EC 1) Calore totale (potenziale termico) prodotto dalla combustione di tutti i materiali combustibili presenti in una determinata area, riferito allunità di superficie del pavimento. Si misura in MJ/m 2

61 Carico dincendio (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 dincendio specifico: carico dincendio riferito allunità di superficie lorda

62 Carico dincendio specifico di progetto (DM 09/03/2007) Carico dincendio specifico corretto in base ai parametri indicatori del rischio dincendio 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

63 Carico dincendio Valore caratteristico del carico dincendio specifico: g i è la quantità del singolo materiale combustibile in kg H i è il potere calorifico inferiore del singolo materiale m i è il fattore che descrive la partecipazione alla combustione del singolo materiale combustibile ψ i è il fattore che descrive la protezione dal fuoco del singolo materiale combustibile Aè la superficie planimetrica netta del compartimento o spazio di riferimento

64 Carico dincendio Il valore caratteristico del carico dincendio 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 duna struttura, sono introdotti con i loro valori risultanti dalla ricerca; i carichi di fuoco variabili sono rappresentati da valori corrispondenti al frattile superiore dordine 0,80 oppure 0,95. In ogni caso, il valore rilevato non può essere inferiore ad un minimo fissato dal CNR.

65 Densità di carico al fuoco caratteristica (EC 1) Valore nominale della densità di carico dincendio (DM 14/01/2008) Luso di valori caratteristici è consigliabile, dato che il carico dincendio 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

66 Carico dincendio specifico di progetto (DM 09/03/2007) q f densità di carico al fuoco caratteristica δ q1 fattore dimensioni del compartimento ( 1,00) δ q2 fattore tipo dattività ( 0,80) δ n fattore misure di protezione attiva ( 0,20)

67 Densità del carico del fuoco di progetto (DM 09/03/2007) Area del compartimento A in m 2 δ q1 A < 5001, A < , A < , A < , A < ,80 A ,00

68 Densità del carico del fuoco di progetto (DM 09/03/2007) 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 dellincendio da parte delle squadre di emergenza 0,80 II Aree che presentano un moderato rischio di incendio come probabilità dinnesco, velocità di propagazione di un incendio e possibilità di controllo dellincendio stesso da parte delle squadre di emergenza 1,00 III Aree che presentano un alto rischio di incendio in termini di probabilità dinnesco, velocità di propagazione delle fiamme e possibilità di controllo dellincendio da parte delle squadre di emergenza 1,20

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

70 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 antincendioPercorsi protetti di accesso Accessibilità ai mezzi di soccorso VVF ad acqua n1 altro n2 n3 n4 n5 Interna n6 interna e esterna n7 n8 n9 0,60 0,800,900,850,90 0,800,90

71 Calcolo del carico dincendio Si deve tener conto di tutto ciò che è contenuto nelledificio 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 duso

72 Esame specifico del caso I carichi dincendio e le loro combinazioni devono essere stimati in consultazione con il titolare dellattività, considerando le finalità duso, le forniture, linstallazione, le variazioni con il tempo, gli orientamenti sfavorevoli e le possibili prevedibili modificazioni

73 Esame specifico del caso I carichi dincendio sono calcolati sulla base del potere calorifico inferiore, ove questo sia definito Può essere presa in considerazione lumidità del materiale, modificando quindi il potere calorifico da inserire nei calcoli

74 Classificazione del carico dincendio in base alla destinazione duso La classificazione può avvenire solo sulla base di prospetti emanati da enti normatori riconosciuti

75 Densità del carico dincendio q k per diverse attività in MJ/m 2 (CNR) Destinazione dusoVal. medioFrattile 0,95 Civili abitazioni Ospedali (stanza) Alberghi (stanza) Scuole Biblioteche Uffici300 Attività commerciali600 Locali di pubblico spettacolo Autorimesse sup. sp. parc. < 20 m Autorimesse sup. sp. parc. > 20 m

76 Densità del carico dincendio q k per diverse attività in MJ/m 2 (EC 1) Destinazione dusoVal. medioFrattile 0,80 Abitazione Ospedale Albergo (camera) Libreria Ufficio Scuola (aula) Centro commerciale Teatri e cinema Trasporti (spazi pubblici)100122

77 Densità del carico dincendio q k per diverse attività I valori tabellati sono riferiti alla destinazione duso primaria, non riguardano i locali ad uso specifico (ad es. depositi di materiali combustibili) Nel caso si effettui unanalisi del caso specifico, il valore di q k non può essere inferiore al valore medio indicato dalle tabelle

78 Comparazione delle densità del carico dincendio medio q m per diverse attività Destinazione dusoCNREC 1 Abitazione Ospedale Albergo (camera) Libreria Ufficio Scuola (aula) Centro commerciale600 Teatri e cinema350300

79 Comparazione delle densità del carico dincendio caratt. q k per diverse attività Destinazione dusoCNR (0,95)EC 1 (0,80) Abitazione Ospedale Albergo (camera) Libreria Ufficio511 Scuola (aula) Centro commerciale730 Teatri e cinema600365

80 Distribuzione del materiale combustibile Quando il materiale combustibile si presenta concentrato in alcuni punti, non è corretto calcolare il carico dincendio riferendolo alla superficie totale del compartimento In un locale grande, unintensa 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

81 Distribuzione del materiale combustibile Il DM 14/01/2008 stabilisce che qualora siano presenti elevate dissimmetrie nella distribuzione dei materiali combustibili, q k è calcolato con riferimento alleffettiva distribuzione dello stesso. Per incendio localizzato sintende un focolaio dincendio che interessa una zona limitata del compartimento, con sviluppo di calore concentrato in prossimità degli elementi strutturali posti superiormente al focolaio o immediatamente adiacenti.

82 Distribuzione del materiale combustibile LEC 1 prende in considerazione lincendio localizzato (governato dal combustibile), con diametro non superiore a 10 m Sono valutati gli effetti locali dellincendio, con particolare riferimento al pennacchio

83 Classe di capacità portante Metodo analitico: determinazione del tempo desposizione allincendio standard considerato equivalente allincendio reale che può interessare il compartimento – caratteristiche termofisiche delle superfici di chiusura, ventilazione. Metodo semplificato:tabella di correlazione tra carico dincendio specifico di progetto e classe di capacità portante.

84 Metodo semplificato In funzione del carico dincendio specifico di progetto q d, la classe di capacità portante è fornita da una tabella (classe di riferimento) I valori del carico dincendio e delle caratteristiche del compartimento adottati per lapplicazione del metodo costituiscono un vincolo desercizio per le attività da svolgere allinterno della costruzione

85 Metodo semplificato (DM 09/03/2007) Carichi dincendio specifici di progetto (q f,d ) Classe Non superiore a 100 MJ/m 2 0 Non superiore a 200 MJ/m 2 15 Non superiore a 300 MJ/m 2 20 Non superiore a 450 MJ/m 2 30 Non superiore a 600 MJ/m 2 45 Non superiore a 900 MJ/m 2 60 Non superiore a 1200 MJ/m 2 90 Non superiore a 1800 MJ/m Non superiore a 2400 MJ/m Superiore a 2400 MJ/m 2 240

86 Metodo analitico – Valori minimi (DM 09/03/2007) 120Superiore a 2400 MJ/m 2 90Non superiore a 2400 MJ/m 2 60Non superiore a 1800 MJ/m 2 45Non superiore a 1200 MJ/m 2 30Non superiore a 900 MJ/m 2 20Non superiore a 600 MJ/m 2 15Non superiore a 450 MJ/m 2 0Non superiore a 300 MJ/m 2 Classe Carichi dincendio specifici di progetto (q f,d )

87 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 danalisi è compensato da un esito cautelativo

88 Metodo del tempo equivalente Si valuta il tempo desposizione allincendio standard che può essere considerato equivalente allincendio reale, arrotondandolo alla classe immediatamente superiore La classe risultante, ad ogni modo, non può essere inferiore al valore minimo dato, in funzione del carico dincendio specifico di progetto q d, dalla tabella precedente

89 Metodo del tempo equivalente q d carico dincendio specifico di progetto, in MJ/m 2 k b fattore di conversione associato alle proprietà termiche delle superfici di chiusura del compartimento, in min · m 2 /MJ wfattore di ventilazione associato alla geometria del compartimento ed alle aperture nelle superfici di chiusura

90 Metodo dellincendio naturale La capacità portante può essere verificata rispetto allazione termica dellincendio naturale, applicata per lintervallo di tempo necessario al ritorno alla temperatura ordinaria Si adottano curve parametriche semiempiriche desposizione al fuoco, che tengono conto delle caratteristiche del combustibile e di quelle del compartimento

91 Metodo dellincendio naturale Sono introdotti numerosi fattori nel modello dellincendio, quali ad esempio: Dimensioni delle aperture Superficie laterale del locale Caratteristiche fisiche del contorno (densità, calore specifico, conduttività termica)

92 Metodo dellincendio naturale Le curve parametriche sono utilizzabili solo in specificate condizioni: Superficie del compartimento compresa tra 100 m 2 e 500 m 2 Altezza del locale fino a 4 m Assenza daperture nel soffitto Materiale combustibile distribuito in maniera omogenea

93 Metodo dellincendio naturale Esempio di curva parametrica in fase scaldante: Le curve parametriche sono sempre al di sotto della curva standard. Unanalisi accurata dellambiente porta a previsioni più realistiche e meno severe Il tempo di resistenza al fuoco non può essere inferiore a valori minimi fissati dal CNR

94 Curve parametriche: influenza del carico dincendio sulla temperatura (F. Maestri)

95 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 allincendio convenzionale rappresentato dalla curva standard R15; R20; R30; R45; R60; R90; R120; R180; R240; R360

96 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 dincendio specifico

97 Livello II Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo sufficiente allevacuazione degli occupanti in luogo sicuro allesterno 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

98 Livello III Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo congruo con la gestione dellemergenza Livello adeguato, in generale, per tutte le costruzioni, salvo quelle particolarmente sensibili allincendio Capacità portante funzione del carico dincendio specifico, corretto mediante opportuni coefficienti

99 Livello IV Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture per garantire, dopo la fine dellincendio, un limitato danneggiamento della costruzione Capacità portante mantenuta per tutta la durata dellincendio Regime deformativo contenuto Capacità portante residua che consenta interventi di ripristino

100 Livello V Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture per garantire, dopo la fine dellincendio, il mantenimento della totale funzionalità della costruzione stessa. Capacità portante mantenuta per tutta la durata dellincendio Regime deformativo trascurabile Capacità portante residua adeguata alla funzionalità immediata della costruzione

101 Valutazione della stabilità globale (CNR) La progettazione dellintero organismo strutturale deve indicare tutti gli accorgimenti necessari al fine devitare il collasso dovuto allinterazione 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.

102 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 destremità non siano tali da causare perdite dappoggio, contatti localizzati o fenomeni di ribaltamento.

103 Conclusioni La resistenza strutturale allincendio 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

104 Bibliografia BONESSIO U. Sulla resistenza al fuoco serve una normativa al passo con lEuropa, 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


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