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

VERIFICA DI SICUREZZA IN CASO DI INCENDIO 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. Approccio Strutturale 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 Approccio basato sul Monitoraggio è basato su sistemi di spegnimento automatico, come gli Sprinklers, ed è sempre collegato ad un sistema automatico di allarme Approccio basato sull'Estinzione Emidio Nigro

LA VERIFICA DI RESISTENZA AL FUOCO Nel dominio del tempo: (tempo di resistenza al fuoco di progetto ≥ tempo di resistenza al fuoco richiesto) Nel dominio delle resistenze: sollecitazione in condizioni di incendio al tempo t) (resistenza in condizioni di incendio al tempo t ≥ Nel dominio delle temperature: (temperatura dell’elemento al tempo t  temperatura critica dell’elemento) 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 Emidio Nigro

TIPOLOGIE DI INCENDIO La curva di incendio di progetto può essere: 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. Nominale: curva adottata per la classificazione delle costruzioni e per le verifiche di resistenza al fuoco di tipo convenzionale. Prove in forno Emidio Nigro

COMBINAZIONI DI CARICO IN CASO DI INCENDIO 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 gGA = 1.0 , y1,i e y2,i dipendenti dalla destinazione d’uso dell’edificio. Con procedimento semplificato, le combinazioni di progetto per la verifica al fuoco Ffi,d possono essere ottenute riducendo le azioni di progetto allo stato limite ultimo a temperatura ordinaria Fd attraverso la formula: Per gli usuali valori di x risulta: h=(0.5÷0.7) Emidio Nigro

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”).

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

CALCOLO DELLE SOLLECITAZIONI ULTIME Dalla conoscenza del legame s-e 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 Mu . Emidio Nigro

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

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

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

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

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

ANALISI PER SINGOLI ELEMENTI O PER SOTTOSTRUTTURE mt=o mt=o Fv1(t=o) Fv2(t=o) Fo1(t=o) Fo2(t=o) mt=o mt=o F’o1(t=o) F’o2(t=o) mt=o mt=o F’v1(t=o) F’v2(t=o) 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. Emidio Nigro

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

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

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

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

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

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

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

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

TELAIO MONOPIANO CON ISO834 MOMENTI IN MEZZERIA ED ESTREMITA’ TRAVERSO -250 NODO CENTRALE -200 NODO LATERALE -150 -100 -50 MEZZERIA TRAVE 50 100 Emidio Nigro Prof. Ing. E. Nigro

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

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

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

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

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

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

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

Curve parametriche Temperatura-tempo Emidio Nigro

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

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

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

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

TELAIO MONOPIANO CON INCENDIO NATURALE MOMENTI IN MEZZERIA ED ESTREMITA’ TRAVERSO -250 -200 NODO CENTRALE -150 -100 NODO LATERALE -50 50 MEZZERIA TRAVE 100 Emidio Nigro Prof. Ing. E. Nigro

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

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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

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

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

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

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

TEGOLO IN C.A.P. Emidio Nigro

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

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

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

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