RESISTENZA AL FUOCO
VERIFICA AL FUOCO
DELLE STRUTTURE IN C.A.
1
RESISTENZA AL FUOCO
Programma del corso:
• Riferimenti normativi
• Mappatura termica delle sezioni
• Verifiche di resistenza
• Applicazioni tramite software C.D.S. Win
2
RIFERIMENTI NORMATIVI SULLA
RESISTENZA AL FUOCO
3
Riferimenti normativi
Normativa di riferimento
 Decreto Ministeriale del 9/03/2007
 Decreto Ministeriale del 16/02/2007
 Norma UNI 9502/2001
 Decreto Ministeriale del 16/02/1982
 Eurocodice 2 Parte 1-2
4
Riferimenti normativi
Decreto Ministeriale del 16/02/1982
I locali, le attività, i depositi, gli impianti e le industrie pericolose i cui progetti sono soggetti
all'esame e parere preventivo dei comandi provinciali dei vigili del fuoco ed il cui
esercizio è soggetto a visita e controllo ai fini del rilascio del «Certificato di prevenzione
incendi», nonché la periodicità delle visite successive, sono determinati come dall'elenco
allegato
5
Riferimenti normativi
Elenco delle attività ad elevato rischio di incendio
 industrie e depositi di cui agli articoli 4 e 6 del DPR n. 175/1988
 fabbriche e depositi di esplosivi;
 centrali termoelettriche;
 aziende estrattive di oli minerali e gas combustibili;
 impianti e laboratori nucleari;
 depositi al chiuso di materiali combustibili aventi superficie superiore a 20.000 m2;
 attività commerciali ed espositive con superficie aperta al pubblico superiore a 10.000 m2;
 scali aeroportuali, infrastrutture ferroviarie e metropolitane;
 alberghi con oltre 200 posti letto;
 ospedali, case di cura e case di ricovero per anziani;
 scuole di ogni ordine e grado con oltre 1000 persone presenti;
 uffici con oltre 1000 dipendenti;
 cantieri temporanei o mobili in sotterraneo di lunghezza superiore a 50 m o ove si impiegano esplosivi;
6
Riferimenti normativi
Nei casi in cui alle strutture sia richiesta la resistenza meccanica in situazioni di incendio,
queste devono essere progettate e costruite in modo tale da conservare la
loro funzione capacità portante durante il pertinente tempo di esposizione al fuoco
Criterio "R“ (Resistenza)
Nei casi in cui è richiesta la compartimentazione, le membrature devono essere progettate in
modo tale da conservare la loro funzione di separazione
 non si manifesti il collasso dell'integrità (tenuta) dovuto ad aperture larghe quanto basta a
causare la penetrazione dell'incendio Criterio "E“ (Tenuta)
 non si manifesti il collasso dell'isolamento dovuto alla temperatura della superficie non
esposta Criterio “I“ (Isolamento)
7
Riferimenti normativi
Classi di resistenza al fuoco
 gli elementi di separazione tra un compartimento e l’altro (strutture e pannelli interni) dove
generalmente è richiesta la REI
 gli elementi di separazione tra compartimento e l’esterno (strutture di copertura e pannelli
esterni) dove può essere richiesta la R o la RE
 gli elementi strutturali interni (pilastri, travi, solai non di compartimentazione, ecc.) dove è
richiedibile la sola R
8
Tipi di incendio
Incendio standard
T (t )  20  345log10 8t  1
1200
T [°C]
800
400
0
0
40
80
120
t [min]
160
200
9
Tipi di incendio
Incendio da idrocarburi
T (t )  20  1080 1  0.325exp0.167t  0.675exp2.5t
1200
T [°C]
800
400
0
0
40
80
120
t [min]
160
200
10
Tipi di incendio
Incendio esterno
T (t )  20  660 1  0.687exp0.32t  0.313exp3.8t
1200
T [°C]
800
400
0
0
40
80
120
t [min]
160
200
11
Tipi di incendio
1200
T [°C]
800
Incendio Standard
400
Incendio da Idrocarburi
Incendio Esterno
0
0
40
80
120
160
200
t [min]
12
MAPPATURA TERMICA
DELLE SEZIONI
13
Mappatura termica
Il problema della propagazione del calore in una sezione è retto
dall’equazione differenziale di Fourier
  2T ( x, y, t )  2T ( x, y, t ) 
T ( x, y, t )


  c
2
2
x
y
t


T ( x, y, t )  temperatura interna
  densità di massa
c  calore specifico
  conduttività termica
14
Mappatura termica
Il problema della propagazione del calore in una sezione è retto
dall’equazione differenziale di Fourier
  2T ( x, y, t )  2T ( x, y, t ) 
T ( x, y, t )


  c
2
2
x
y
t


Condizione iniziale
T ( x, y, t  0)  T0
T0  temperatura iniziale della sezione  20 C 
15
Mappatura termica
Il problema della propagazione del calore in una sezione è retto
dall’equazione differenziale di Fourier
  2T ( x, y, t )  2T ( x, y, t ) 
T ( x, y, t )


  c
2
2
x
y
t


Condizioni al contorno
 T ( xc , yc , t )
T ( xc , yc , t ) 

nx 
ny   q( xc , yc , t )  0
x
y


q( xc , yc , t )  flusso di calore
16
Mappatura termica
Condizioni al contorno
Contorno esposto
4
4
q   T  TE    T  Tr   TE  Tr  


TE  temperatura comparto esposto
Tr  273 [C ]
17
Mappatura termica
Condizioni al contorno
Contorno esposto
4
4
q   T  TE    T  Tr   TE  Tr  


flussi di calore scambiati per convezione
18
Mappatura termica
Condizioni al contorno
Contorno esposto
4
4
q   T  TE    T  Tr   TE  Tr  


flussi di calore scambiati per radiazione
19
Mappatura termica
Condizioni al contorno
Contorno esposto
4
4
q   T  TE    T  Tr   TE  Tr  


Contorno non esposto
q   T  TN 
TN  temperatura comparto non esposto
20
Mappatura termica
Condizioni al contorno
Contorno esposto
4
4
q   T  TE    T  Tr   TE  Tr  


Contorno non esposto
q   T  TN 
Contorno adiabatico
q0
21
Mappatura termica
Condizioni al contorno
4
4

q   T  TE    T  Tr   TE  Tr  


   ch
h: coefficiente di scambio di calore per convezione
25 W  m 2  K 1  incendio standard ed esterno

 

h  50 W  m 2  K 1  incendio da idrocarburi

W  m 2  K 1 
9
non esposto


c: coefficiente che tiene conto dei diversi
tipi nazionali di prove
22
Mappatura termica
Condizioni al contorno
4
4

q   T  TE    T  Tr   TE  Tr  


 : fattore di configurazione
   r res
0  1
tiene conto della presenza di schermature
res : fattore di emissività
 res  1
tiene conto del calore trasferito per irraggiamento
da pareti, soffitto e pavimento
 : costante di Bolzmann
r: coefficiente che tiene conto dei diversi
tipi nazionali di prove
23
Mappatura termica
C.D.S. Win: dati generali
24
Mappatura termica
L’equazione di Fourier è risolta tramite Elementi Finiti
Sono utilizzati E.F. triangolari e
quadrangolari con dimensione massima
pari a 2 cm (UNI 9502/2001)
La mesh è più fitta nella zona
perimetrale della sezione
Si tiene conto della presenza delle
armature longitudinali
25
Mappatura termica
Comparto non
esposto
Comparto esposto
al fuoco
26
Mappatura termica
15 min
30 min
60 min
120 min
150 min
180 min
27
Mappatura termica
C.D.S. Win: dati sezione
28
Mappatura termica
C.D.S. Win: dati sezione
29
Mappatura termica
C.D.S. Win: dati sezione
30
Mappatura termica
C.D.S. Win: dati sezione
31
Mappatura termica
C.D.S. Win: dati sezione
32
Mappatura termica
C.D.S. Win: dati sezione
33
Mappatura termica
C.D.S. Win: dati sezione
34
Mappatura termica
C.D.S. Win: dati sezione
35
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza
36
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
37
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
1000
800
t = 30 min
EC2
600
T [ °C ]
C.D.S. Win
400
200
0
0
40
80
120
a [ mm ]
160
200
38
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
1000
800
t = 60 min
EC2
600
T [ °C ]
C.D.S. Win
400
200
0
0
40
80
120
a [ mm ]
160
200
39
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
1000
800
t = 90 min
EC2
600
T [ °C ]
C.D.S. Win
400
200
0
0
40
80
120
a [ mm ]
160
200
40
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
1200
t = 120 min
EC2
800
T [ °C ]
C.D.S. Win
400
0
0
40
80
120
a [ mm ]
160
200
41
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
1200
t = 180 min
EC2
800
T [ °C ]
C.D.S. Win
400
0
0
40
80
120
a [ mm ]
160
200
42
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con EC2
1200
t = 240 min
EC2
800
T [ °C ]
C.D.S. Win
400
0
0
40
80
120
a [ mm ]
160
200
43
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza
44
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con L.G. ASSOBETON
Linee Guida ASSOBETON
C.D.S.
45
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con L.G. ASSOBETON
Linee Guida ASSOBETON
C.D.S.
46
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con L.G. ASSOBETON
Linee Guida ASSOBETON
C.D.S.
47
Mappatura termica
Verifiche di accuratezza : confronto con L.G. ASSOBETON
Linee Guida ASSOBETON
C.D.S.
48
VERIFICHE DI RESISTENZA
49
Verifiche di resistenza
Proprietà dei materiali
Resistenza caratteristica a compressione del calcestruzzo
fck (T )  kc (T )  fck T0  20 C 
1.0
 1600  T 1500


kc (T )  
 900  T  625
0
20 C  T  100 C
100 C  T  400 C
400 C  T  900 C
900 C  T  1200 C
50
Verifiche di resistenza
Proprietà dei materiali : Calcestruzzo
1.00
0.80
Kc
0.60
0.40
0.20
0.00
0
200
400
600
800
1000
1200
T [°C]
51
Verifiche di resistenza
Proprietà dei materiali : Acciaio
Resistenza caratteristica dell’acciaio
f sk (T )  ks (T )  f yk T0  20 C 
Travi e solette
20 C  T  350 C
1.0

kc (T )   6650  T  3500 350 C  T  700 C
1200  T  5000 700 C  T  1200 C

52
Verifiche di resistenza
Proprietà dei materiali : Acciaio
Resistenza caratteristica dell’acciaio
f sk (T )  ks (T )  f yk T0  20 C 
Pilastri
1.0
 1100  T 1000


kc (T )  
 8300  12T  5000
1200  T  5500
20 C  T  100 C
100 C  T  400 C
400 C  T  650 C
650 C  T  1200 C
53
Verifiche di resistenza
Proprietà dei materiali : Acciaio
1.00
0.80
0.60
Kc
Travi - Solette
Pilastri
0.40
0.20
0.00
0
200
400
600
800
1000
1200
T [°C]
54
Verifiche di resistenza
Proprietà dei materiali
1.00
0.80
0.80
0.60
0.60
Travi - Solette
Kc
Kc
1.00
Pilastri
0.40
0.40
0.20
0.20
0.00
0.00
0
200
400
600
800
1000
1200
0
200
400
600
T [°C]
T [°C]
Calcestruzzo
Acciaio
800
1000
1200
55
Verifiche di resistenza
Verifica a flessione
La verifica è condotta utilizzando un modello a fibre della sezione
M
N
56
Verifiche di resistenza
Verifica a flessione
La verifica è condotta utilizzando un modello a fibre della sezione
 Si suddivide la sezione in fibre (sfruttando la discretizzazione in E.F.)
 Si assegna la temperatura ad ogni fibra
 Si valuta la resistenza ridotta di ogni fibra
 Si determina il momento ultimo della sezione così modellata
57
Verifiche di resistenza
Verifica a taglio
Metodo della sezione trasversale ridotta
 La sezione trasversale danneggiata dal fuoco viene rappresentata
mediante una sezione trasversale ridotta
 Per ogni parte rettangolare si considera una parete equivalente di
spessore 2w per la quale viene calcolato lo spessore az
58
Verifiche di resistenza
Verifica a taglio
Metodo della sezione trasversale ridotta
 La sezione trasversale danneggiata dal fuoco viene rappresentata
mediante una sezione trasversale ridotta
 Per ogni parte rettangolare si considera una parete equivalente di
spessore 2w per la quale viene calcolato lo spessore az
 La resistenza a compressione e il modulo di elasticità della sezione
ridotta di calcestruzzo vengono assunti costanti e uguali a quelli valutati
in corrispondenza del punto M
59
Verifiche di resistenza
Verifica a taglio
La sezione ridotta è determinata tramite il Metodo delle zone
f ck , m
0.2
1
n
n

f ck (Ti )

n i 1
60
Verifiche di resistenza
Verifica a taglio
La sezione ridotta è determinata tramite il Metodo delle zone
f ck , m
0.2
1
n
n

f ck (Ti )

n i 1
f ck , m 

az  w  1 

f ck (TM ) 

61
Verifiche di resistenza
Verifica a taglio
La verifica è condotta utilizzando il metodo del traliccio ad inclinazione
variabile
62
Verifiche di resistenza
Verifica a taglio
La verifica è condotta utilizzando il metodo del traliccio ad inclinazione
variabile
VRs ( )  0.9d
Aw
f yd sen( )  cotg( )  cotg( ) 
s
VRc ( )  0.9bwdfcd sen 2 ()  cotg( )  cotg() 
VR  VRs ( )  VRc ( ) ; sen ( ) 
2
Aw f yd
sbw f cd
sen( )
63
Verifiche di resistenza
Combinazione dei carichi
64
Verifiche di resistenza
Tabulati di stampa
Moltiplicatore ultimo a flessione (OK >1)
65
Verifiche di resistenza
Tabulati di stampa
Coefficiente di impegno a taglio (OK <1)
66
Verifiche di resistenza
Tabulati di stampa
67
Verifiche di resistenza
Tabulati di stampa
68