Prof. Ing. Sergio Tattoni Università degli Studi di Cagliari Il nuovo quadro normativo sulla progettazione antincendio delle strutture di calcestruzzo armato ROMA 8 febbraio 2008 L’EUROCODICE 1992-1-2 Prof. Ing. Sergio Tattoni Università degli Studi di Cagliari

Rivoluzione nel campo normativo italiano Nuove norme tecniche Arrivano gli eurocodici!

Il quadro normativo sul fuoco Nuove norme tecniche DM 16.02.2007 Classificazione di resistenza al fuoco dei prodotti e delle opere da costruzione DM 9.03.2007 Prestazioni di resistenza al fuoco delle costruzioni nelle attività soggette al controllo del Corpo nazionale dei VF DM 9.05.2007 Direttive per l’attuazione dell’approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio. NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI (pubblicato pochi giorni fa)

Nuove norme tecniche Dal DM 16.02.2007 L’articolo 2 introduce le nuove classificazioni di resistenza al fuoco facendo riferimento ad apposito allegato: “I prodotti e gli elementi costruttivi vengono classificati in base alle loro caratteristiche di resistenza al fuoco, secondo i simboli e le classi indicate nelle tabelle al presente decreto, in conformità alle decisioni della Commissione dell’Unione europea 2000/367/CE del 3 maggio 2000 e 2003/629/CE 7 agosto 2003” Nuove norme tecniche

Le novità: simboli e classi Nuove norme tecniche

Caratteristiche del decreto ha una portata generale poiché si applica a tutti i prodotti/elementi costruttivi per i quali e’ richiesto il requisito della sicurezza in caso di incendio e quindi va oltre le attività soggette ai regolamenti o ai controlli di prevenzione incendi, nello spirito del Decreto del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti 14 settembre 2005 (NTC) riorganizza il quadro normativo sulla resistenza al fuoco, in relazione alla necessaria attuazione delle decisioni della commissione europea 2000/367/CEE E 2003/629/CEE per quanto attiene le nuove classificazioni di resistenza al fuoco ed al recepimento della Raccomandazione UE 2003/887/CE riguardante il ricorso agli eurocodici. In relazione a tale fatto esso recepisce o introduce: Nuove norme tecniche - 3 NORME EN per la classificazione di prodotti ed elementi costruttivi resistenti al fuoco; - 22 Norme EN di prova; - 6 Norme EN per la caratterizzazione sperimentale dei sistemi protettivi; - 5 Norme EN di calcolo strutturale; - 3 Norme UNI di calcolo strutturale; - 15 tabelle per la progettazione / verifica spedita di elementi costruttivi resistenti al fuoco

IL DECRETO 9 MARZO 2007 Prestazioni di resistenza al fuoco delle costruzioni nelle attività soggette al controllo del Corpo nazionale dei vigili del fuoco. Si tratta di una conferma e rielaborazione della parte dedicata alle protezione al fuoco delle costruzioni, contenuta nel decreto del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti 14 settembre 2005, pubblicato nel supplemento ordinario alla G.U. della Rep. Italiana n. 222 del 23 settembre 2005, recante norme tecniche per le costruzioni Necessità di aggiornare i criteri per determinare le prestazioni di resistenza al fuoco che devono possedere le costruzioni nelle attività soggette al controllo dei vigili del fuoco. Nuove norme tecniche

Oggetto e campo di applicazione Il decreto stabilisce i criteri per determinare le prestazioni di resistenza al fuoco che devono possedere le costruzioni nelle attività soggette al controllo del Corpo nazionale dei Vigili del fuoco, ad esclusione delle attività per le quali le prestazioni di resistenza al fuoco sono espressamente stabilite da specifiche regole tecniche di prevenzione incendi Le disposizioni si applicano alle attività i cui progetti sono presentati ai Comandi provinciali dei vigili del fuoco competenti per territorio, per l’acquisizione del parere di conformità, in data successiva all’entrata in vigore del presente decreto. Nuove norme tecniche

Richieste di prestazione (Vedi D.M.14.09.2005) Le prestazioni da richiedere ad una costruzione, in funzione degli obiettivi di sicurezza, sono individuate nei seguenti livelli: Nuove norme tecniche

Disposizioni tecniche (Art. 3) Nuove norme tecniche Contenute nell’apposito allegato al decreto, nel quale vengono recepite le nuove definizioni e metodologie europee in materia (cpd 89/106/cee + id 2 + eurocodice 1 parte 2)

Disposizioni tecniche (allegato) ) 3.3 Livello III di prestazione 1. Il livello III di prestazione può ritenersi adeguato per tutte le costruzioni rientranti nel campo di applicazione del presente decreto fatte salve quelle per le quali sono richiesti i livelli IV o V. 2. Le classi di resistenza al fuoco necessarie per garantire il livello III sono indicate nella tabella 4, in funzione del carico d’incendio specifico di progetto (qf,d) definito al punto 2. Nuove norme tecniche

Disposizioni tecniche (allegato): elementi secondari 6. Per i soli elementi strutturali secondari contenuti in costruzioni che devono garantire il livello III di prestazione è consentito limitare il requisito di resistenza al fuoco alla classe 30, purché siano verificate tutte le seguenti condizioni: a) l’eventuale crollo degli elementi strutturali secondari non compromette la capacità portante di altre parti della struttura; b) l’eventuale crollo degli elementi strutturali secondari non compromette l’efficacia di elementi costruttivi di compartimentazione e di impianti di protezione attiva; c) l’eventuale crollo degli elementi strutturali secondari non deve costituire un significativo rischio per gli occupanti e per i soccorritori. Nuove norme tecniche ATTENZIONE! La prestazione richiesta non può essere immediatamente confrontata né con la durata di un incendio reale, né con il tempo effettivo di arrivo dei VF sul luogo del sinistro.

EN 1992-1-2: oggetto della normativa Il testo principale della EN 1992-1-2, insieme agli annessi informativi A, B, C, D and E, include la maggior parte dei concetti principali e delle regole necessarie per il progetto strutturale degli elementi in conglomerato armato nella situazione di incendio.

EN 1992-1-2: contenuto EN 1992-1-2 Testo principale (prescrittivo) 1 Generalità 2 Principi della progettazione 3 Proprietà dei materiali 4 Procedure di progettazione 5 Dati tabellari 6 Calcestruzzo ad alta resistenza (HSC high strength concrete) Allegati informativi A Mappe termiche B Metodi di calcolo semplificati C Instabilità dei pilastri in condizione di incendio D Metodo di calcolo per taglio, torsione e ancoraggi E Metodi di calcolo semplificati per travi e piastre. EN 1992-1-2

Capitolo 1: procedure di verifica EN 1992-1-2

Capitolo 1: metodi alternativi di verifica EN 1992-1-2

Capitolo 2: basi del progetto incendi di progetto Incendio standard I requisiti R, E ed I quando richiesti, devono essere garantiti per il tempo richiesto di esposizione al fuoco EN 1992-1-2

Capitolo 2: basi del progetto incendi di progetto Incendio parametrico I requisiti R, E ed I quando richiesti, devono essere garantiti per l’intera durata dell’incendio inclusa la fase di raffreddamento o per uno specificato tempo equivalente. EN 1992-1-2 Tempo di estinzione = 90.9 min Tempo equivalente = 80.9 min

Fattore di riduzione funzione della temperatura θ Capitolo 2: basi del progetto azioni e valori di progetto delle proprietà dei materiali Le azioni termiche e meccaniche devono essere prese da EN 1991-1-2 Oltre a quanto riportato in EN 1991-1-2, l’emissività della superficie di calcestruzzo deve essere assunta pari a 0.7 EN 1992-1-2 I valori di progetto delle caratteristiche meccaniche dei materiali (resistenza e deformabilità) sono definite da: Xd,fi = kθ Xk/γMfi Fattore di riduzione funzione della temperatura θ I valori di progetto delle caratteristiche termiche dei materiali sono definite da: Xd,fi = Xθ/γMfi

Capitolo 2: basi del progetto metodi di verifica (1) Si deve verificare che durante il tempo di esposizione all’incendio t risulti: Ed,fi  Rd,t,fi La verifica può essere svolta: EN 1992-1-2 PER ELEMENTI riducendo le azioni risultanti dal calcolo a freddo a mezzo del coefficiente ηfi che tiene conto delle quote di carichi permanenti ed accidentali e dai coefficienti a freddo e a caldo

Capitolo 2: basi del progetto metodi di verifica (2) EN 1992-1-2 PER SOTTOSTRUTTURE Analizzando parte della struttura, applicando alla sotto-struttura da analizzare le reazioni calcolate dal calcolo a freddo al tempo t = 0. Si suppone quindi che le reazioni vincolari e le condizioni al contorno siano indipendenti dal tempo durante l’esposizione al fuoco. Gli effetti delle deformazioni termiche e le variazioni di rigidezza devono invece essere considerate nell’analisi della sotto-struttura.

Capitolo 2: basi del progetto metodi di verifica (3) EN 1992-1-2 ANALISI GLOBALE Analizzando l’intera struttura, tenendo in conto sia delle deformazioni termiche che delle variazioni di rigidezza oltre che delle variazioni delle caratteristiche termo-meccaniche dei materiali durante il tempo di esposizione al fuoco.

Capitolo 3: proprietà dei materiali generalità Si danno le proprietà termo-meccaniche dei materiali Calcestruzzo Acciaio in funzione della temperatura. I valori di riferimento a 20°C sono quelli riportati nella EN 1992-1-1. I valori indicati in questo capitolo possono essere utilizzati sia nell’applicazione dei metodi semplificati di calcolo che di quelli generali. Va però precisato che i valori indicati provengono da sperimentazioni si materiali sottoposti a incendio standard (ISO 834) e quindi non sono rigorosamente applicabili nel caso di temperatura decrescente (fase di estinzione). EN 1992-1-2

Capitolo 3: proprietà dei materiali calcestruzzo – caratteristiche meccaniche Calcestruzzo compresso EN 1992-1-2 Per il calcestruzzo compresso viene dato il legame costitutivo mediante una equazione (fig.3.1) ed i valori dei parametri caratteristici fc,θ εc1,θ εcu1,θ a varie temperature (Tabella 3.1) e distinguendo fra inerti silicei e calcarei. Per il calcolo semplificato è possibile utilizzare semplicemente il fattore di riduzione della resistenza kc(θ) = fcθ/fc.

Capitolo 3: caratteristiche dei materiali calcestruzzo – caratteristiche meccaniche EN 1992-1-2 Calcestruzzo teso Per la resistenza a trazione viene dato soltanto il valore di riduzione kc,t(θ) della resistenza stessa. Il valore indicato, largamente cautelativo, viene utilizzato nel calcolo della resistenza a taglio.

Capitolo 3: caratteristiche dei materiali acciaio – caratteristiche meccaniche EN 1992-1-2 Anche per l’acciaio (sia normale che ad alta resistenza) vengono date le equazioni valide nei diversi campi mediante la definizione di opportuni parametri in funzione della temperatura (fig. 3.3). Per il calcolo semplificato è possibile definire solamente il coefficiente di riduzione ks(θ) = fy,θ/fy.

Capitolo 3: caratteristiche dei materiali dilatazione termica EN 1992-1-2 Calcestruzzo Acciaio

Capitolo 3: caratteristiche dei materiali calcestruzzo – caratteristiche termiche EN 1992-1-2 Calore specifico Conducibilità termica

Capitolo 4: procedure di progetto 4.2 Metodi di calcolo semplificati Si basano sostanzialmente sul concetto di riduzione di sezione e sulla riduzione della capacità resistente ultima (di cls ed acciaio). Le temperature possono essere desunte per pochi punti significativi a mezzo di mappe termiche. 4.3 Metodi di calcolo generali Prevedono la definizione dettagliata delle mapper termiche e l’implementazione dei legami costitutivi dei materiali, funzione della temperatura. 4.4 Taglio torsione ed ancoraggi Non si richiede verifica specifica applicando i dati tabellari. 4.5 Spalling 4.6 Giunti 4.7 Strati protettivi EN 1992-1-2

Capitolo 5: dati tabellati principi Il capitolo 5 fornisce gli strumenti per la verifica della prestazione R: Elementi semplici in ca e cap (travi singole e continue, pilastri, solette in semplice appoggio e continuità, pareti) Esposizione a incendio standard (ISO 834) sino a 240’ I valori tabellati sono di natura sostanzialmente empirica, confermati dall’esperienza e dalla interpretazione teorica delle prove. I valori indicati sono conservativi. Nel caso di verifica con il metodo tabellare, non sono necessarie ulteriori verifiche per spalling (salvo lo spessore del copriferro), taglio, torsione, e dettagli di armatura (!). La funzione di separazione (requisiti prestazionali E ed I) è automaticamente soddisfatta se sono rispettati i valori minimi per piastre e pareti riportati nella Tab. 5.3) EN 1992-1-2

Capitolo 5: dati tabellati principi (2) Il valori tabellati si riferiscono alla curva di degrado dell’acciaio e ad una temperatura critica di 500 °C. Per temperature critiche diverse possono essere apportate opportune correzioni ai valori tabellati (formule 5.2 5.3 e 5.4) EN 1992-1-2

Capitolo 5: dati tabellati grandezze significative Le tabelle riportano i valori minimi delle grandezze geometriche: a = posizione delle armature (baricentro termico (?)) b = larghezza della sezione EN 1992-1-2

Capitolo 5: dati tabellati esempio di tabella per travi Travi semplicemente appoggiate Travi continue EN 1992-1-2 Vengono anche indicate tre classi WA, WB e WC in funzione della larghezza dell’anima, da definire nei NAD.

Capitolo 5: dati tabellati disposizione armature EN 1992-1-2 Le indicazioni di ricoprimento dei diagrammi del momento flettente intendono fornire un presidio nei confronti dell’incremento dei momenti di continuità per effetto delle distorsioni termiche (incendio all’intradosso).

Capitolo 5: dati tabellati piastre EN 1992-1-2 Piastre piene (semplice appoggio) Piastre nervate (semplice appoggio)

Capitolo 5: dati tabellati considerazioni La parte dedicata alle tabelle è particolarmente corposa (circa 20 pagg.) e deriva sostanzialmente dalle DIN 4102. La derivazione dei dati è, come si è detto, empirica e non sempre è possibile risalire ai valori tabellati mediante l’applicazione dei metodi analitici di calcolo. Il tentativo di adattare le tabelle a condizioni particolari (p.e. minor carico rispetto a quello di calcolo) rende il loro impiego meccanicistico e farraginoso e non sempre fisicamente giustificabile. Ne va a scapito della immediatezza e semplicità che normalmente si chiede all’applicazione di un metodo tabellare. Sarebbe auspicabile, a livello manualistico, la redazione di tabelle di pronto impiego (tipo quelle della UNI 9502) desunte dal calcolo analitico. EN 1992-1-2

Capitolo 6: calcestruzzi ad alta resistenza (HSC) Vengono definite le classi del calcestruzzo: Classe 1: C 55/67 e C 60/75 Classe 2: C 70/85 e C 80/95 Classe 3: C 90/105 per le quali si danno i rispettivi valori del coefficiente di riduzione. EN 1992-1-2

Capitolo 6: calcestruzzi ad alta resistenza (HSC) È possibile applicare i metodi di verifica per i calcestruzzi ordinari, a patto di prestare attenzione allo spalling ed apportare riduzioni dei momenti resistenti (metodi analitici semplificati) ed aumenti della dimensione mimima (metodi tabellari). EN 1992-1-2 k = 1.1 per la classe 1 k = 1.3 per la classe 2 Per la classe 3 k deve essere determinato con metodi più accurati

Allegato A: mappe termiche piastre e travi Vengono riportati i profili di temperatura per incendio standard (ISO634) per le sezioni di più frequente applicazione. Le mappe sono calcolate con le caratteristiche dei materiali riportate nel capitolo 3 e per 1.5% di H2O. EN 1992-1-2 piastra trave

Allegato A: mappe termiche pilastri EN 1992-1-2 Pilastro quadrato Pilastro circolare

Allegato B: metodi semplificati di calcolo flessione semplice e composta metodo dell’isoterma dei 500 °C (Anderberg) metodo delle zone (Hertz) Si basano sul concetto di riduzione geometrica della geometria in funzione del danno del cls e della riduzione della tensione di snervamento dell’acciaio in funzione della temperatura. EN 1992-1-2 Il calcolo dei momenti resistenti viene condotto con i ben noti metodi del calcolo a freddo.

Allegato B: metodi semplificati di calcolo instabilità di pilastri Il metodo consiste nel desumere le curvature a caldo suddividendo al sezione in zone di ugual temperatura. La verifica si effettua con la teoria della “colonna modello”. EN 1992-1-2

Allegato C: instabilità di pilastri Vengono fornite tabelle per la verifica di pilastri in condizione di incendio; si suppone la struttura controventata, pertanto la lunghezza di libera inflessione è pari all’altezza di interpiano. Le tabelle vengono date per diversi valori della percentuale di armatura e dell’eccentricità. EN 1992-1-2

Allegato D: metodi di calcolo per taglio e torsione, ancoraggi taglio (1) Il procedimento è analogo a quello definito nell’allegato B, salvo che la temperatura delle staffe viene definita in un particolare punto P. EN 1992-1-2

Allegato D: metodi di calcolo per taglio e torsione, ancoraggi taglio (2) La scelta di P si basa sull’osservazione che la tensione e la temperatura nelle staffe non sono uniformi e pertanto il punto più caldo non coincide necessariamente con quello più sollecitato (Tattoni, Campanale). EN 1992-1-2

Allegato D: metodi di calcolo per taglio e torsione, ancoraggi torsione Analogamente si procede per la torsione. EN 1992-1-2

Allegato E: metodi di calcolo semplificati per travi e solette. Ipotizzando che il collasso avvenga per formazione di un sufficiente numero di cerniere plastiche, si danno dei criteri per calcolare il carico ultimo. EN 1992-1-2

Grazie per l’attenzione!