CEMENTO ARMATO, PRECOMPRESSO E MURATURE
STRUTTURE CEMENTO ARMATO,
PRECOMPRESSO E MURATURE IN
GENERE
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CEMENTO ARMATO, PRECOMPRESSO E MURATURE
Generalità
Nel nostro Paese la maggior parte degli edifici ad uso civile ed industriale viene ancora oggi realizzata
con strutture portanti in conglomerato cementizio armato, gettate completamente in opera o
parzialmente prefabbricate. Uno dei punti di forza di tale tipologia costruttiva è dato proprio
dall’eccellente comportamento al fuoco esibito nel corso degli anni: numerosi sono i casi di edifici in
cemento armato coinvolti in incendi di dimensioni considerevoli, i quali non solo hanno mantenuto la
propria capacità portante per l’intera durata dell’evento, ma sono stati successivamente riparati e
riutilizzati in breve tempo.
Il calcestruzzo è un materiale incombustibile caratterizzato da un’elevata inerzia termica, mentre
l’acciaio che costituisce le barre d’armatura è molto più sensibile alle alte temperature. Il buon
comportamento al fuoco di queste strutture è dovuto proprio all’azione protettiva esercitata dal
calcestruzzo nei confronti delle armature di rinforzo le quali, non essendo direttamente esposte alle
fiamme, si mantengono a temperature relativamente basse conservando così la propria capacità
portante. In altre parole, il calcestruzzo riveste una duplice funzione, portante nei confronti dei carichi
esterni ed isolante per l’acciaio nei confronti delle sollecitazioni termiche.
Il comportamento al fuoco delle strutture in cemento armato è influenzato da diversi fattori, tra cui
spiccano lo spessore di ricoprimento delle armature (comunemente denominato copriferro), lo stato di
sollecitazione interno, lo schema statico e le proprietà termiche e meccaniche dei materiali al variare
della temperatura. Sono rari i casi di crolli importanti di strutture in cemento armato coinvolte in incendi,
anche se occasionalmente avvengono. In questi casi, le cause non sono quasi mai da attribuire alla
perdita di resistenza dei materiali, ma quasi sempre all’incapacità della struttura di assorbire le grandi
deformazioni termiche orizzontali che provocano il collasso dei pilastri e dei setti portanti per taglio o
per instabilità.
Un fenomeno del tutto particolare che si può verificare quando un elemento in cemento armato viene
sottoposto ad alte temperature consiste nel distacco locale del copriferro, con conseguente
esposizione diretta alle fiamme dell’armatura: tale fenomeno è noto con il nome di spalling. Ciò avviene
in conseguenza all’allontanamento del vapore acqueo contenuto nell’impasto cementizio causato dal
riscaldamento: il vapore genera una pressione interstiziale che provoca nel calcestruzzo tensioni di
trazione, spesso superiori a quelle ammissibili. Fattori che favoriscono questo fenomeno sono dunque
l’alto grado di umidità del calcestruzzo, il rapido incremento della temperatura, la snellezza
dell’elemento e l’elevato livello tensionale interno all’elemento. I calcestruzzi ad alta resistenza sono
ancora più suscettibili di spalling rispetto ai calcestruzzi ordinari a causa dell’elevata compattezza
dell’impasto: infatti, la bassa porosità di questi materiali favorisce la saturazione degli interstizi e fa si
che in breve tempo la pressione interna del vapore acqueo raggiunga valori critici. Per prevenire
questo fenomeno è possibile aggiungere nell’impasto sottili fibre in materiale plastico le quali, nel corso
dell’incendio, sublimano lasciando il posto a nuove cavità: in questo modo aumenta la porosità del
materiale e di conseguenza viene favorita l’evacuazione dell’umidità e la riduzione della pressione
interstiziale. In alternativa è possibile addizionare l’impasto con fibre in acciaio che aumentano la
solidità del materiale, oppure si può ricorrere all’uso di armature di pelle.
Oggi il mercato offre varie soluzioni per la realizzazione di strutture in cemento armato, che vanno
dall’impiego dei cosiddetti “calcestruzzi speciali” all’impiego di elementi prefabbricati, ad armatura lenta
o di precompressione. Appare quindi importante analizzate brevemente le principali problematiche
specifiche connesse all’esposizione al fuoco di tali materiali.
Calcestruzzo ad alta resistenza
Il calcestruzzo ad alta resistenza contiene additivi che ne aumentano la resistenza a compressione fino
a 50÷120 MPa. Alle alte temperature, questo materiale subisce una riduzione di resistenza maggiore
rispetto al calcestruzzo ordinario, in molti casi accompagnata da problemi di spalling. Ai fini progettuali,
si suggerisce di ignorare il contributo resistente del calcestruzzo soggetto a temperature superiori ai
500 °C; per le colonne, è opportuno ridurre questo valore di soglia a 400 °C.
Calcestruzzo alleggerito
Il calcestruzzo alleggerito viene realizzato con cemento normale e aggregati leggeri, quali pietre di
pomice, argilla espansa, perlite o vermiculite, materiali molto stabili alle alte temperature. Questo tipo di
calcestruzzo presenta un ottimo comportamento in caso d’incendio, in quanto è caratterizzato da una
conduttività termica inferiore rispetto ai calcestruzzi ordinari.
Calcestruzzo rinforzato con fibre
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Questo genere di calcestruzzo è rinforzato con piccole fibre d’acciaio aggiunte nell’impasto, che ne
incrementano la resistenza e la solidità. Le fibre solitamente hanno il diametro dell’ordine di 0.5 mm ed
una lunghezza compresa tra 25 e 40 mm, con increspature o uncini agli estremi per garantire
l’aderenza. In condizioni d’incendio, le fibre in acciaio aumentano la resistenza ultima e la duttilità del
calcestruzzo.
Calcestuzzo precompresso
Il comportamento al fuoco del cemento armato precompresso (a cavi pre-tesi o post-tesi) è analogo a
quello del cemento armato ordinario, anche se in molti casi gli elementi precompressi risultano molto
più sensibili alle alte temperature. Ciò è dovuto in parte alle caratteristiche meccaniche dei cavi di
precompressione, che all’aumentare della temperatura si riducono più rapidamente rispetto alle
armature lente tradizionali: solitamente si assume come temperatura di collasso per i cavi di
precompressione la temperatura di 350°C contro i 500°C considerati per le armature lente. Un
ulteriore punto di debolezza è dato dall’elevata snellezza di molti elementi prefabbricati, quali ad
esempio i tegoli di copertura: l’esigenza di alleggerire il più possibile gli elementi spesso comporta una
drastica riduzione delle sezioni resistenti e di conseguenza dei copriferri dei cavi di precompressione.
Inoltre, per le strutture prefabbricate assumono particolare importanza alcune potenziali modalità di
collasso, quali la rottura per taglio, per perdita di aderenza dei cavi di precompressione, per perdita di
equilibrio di singoli elementi e per spalling.
Calcestruzzo rinforzato esternamente
Quando si ha la necessità di intervenire strutturalmente su di una struttura già esistente, spesso si
ricorre all’impiego di materiali di rinforzo da applicare sulla superficie esterna degli elementi strutturali.
L’uso di rivestimenti in fibre epossidiche rappresenta una nuova tecnologia nel campo dei rinforzi
esterni: si tratta in particolare di fibre di vetro, carbonio o teflon annegate in resine epossidiche, che
vengono utilizzate per rivestire pilastri in cemento armato al fine di confinare il calcestruzzo, o vengono
incollate alle superfici delle travi per migliorarne la resistenza flessionale. Tali materiali non hanno la
minima resistenza al fuoco, in quanto sono prodotti che fondono già a basse temperature: tuttavia, se
la struttura in cemento armato possiede di per se una resistenza sufficiente a reggere i carichi presenti
al momento dell’incendio, si può ammettere la perdita del rinforzo esterno in condizioni d’incendio,
salvo poi ripristinarlo ad evento esaurito.
Proprietà termiche del materiale
Il calcestruzzo armato è composto essenzialmente da due materiali, il conglomerato cementizio e le
barre d’armatura in acciaio. Le proprietà termiche dell’acciaio d’armatura sono del tutto simili alle
proprietà termiche dell’acciaio da carpenteria, per le quali si rimanda alla visione della parte
riguardante la protezione passiva dal fuoco delle strutture in acciaio.Per quanto riguarda il
conglomerato cementizio, vengono di seguito riportate le leggi di variazione del calore specifico e della
conducibilità termica al variare della temperatura.
Il calore specifico cp (J/kgK) del calcestruzzo è molto sensibile alle variazioni di temperatura per la
presenza dell’umidità contenuta nell’impasto. Si può apprezzare tale fenomeno osservando la figura 1:
il valore di picco compreso tra i 100 e i 200 °C è dovuto proprio all’espulsione dell’umidità in fase di
riscaldamento. In prima approssimazione, si può considerare il calore specifico come indipendente
dalla temperatura del calcestruzzo, assumendo un valore pari a 1000 J/kgK per calcestruzzi ad
aggregati silicei e calcarei, e 840 J/kgK per calcestruzzi alleggeriti.
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Curva 1: aggregati silicei e
calcarei
Curva 2: aggregati leggeri
Figura 1 Calore specifico del calcestruzzo in funzione della temperatura (ENV 1992-1-2)
Anche la conducibilità termica lc (W/mK) del calcestruzzo dipende fortemente dalla temperatura e dal
tipo di aggregati secondo quanto riportato in figura 2. In prima approssimazione, anche in questo caso
è possibile fare riferimento ai seguenti valori medi costanti:
lc = 1.6 W/mK
per calcestruzzi ad aggregati silicei;
lc = 1.3 W/mK
per calcestruzzi ad aggregati calcarei;
[5.33]
lc = 0.8 W/mK
per calcestruzzi alleggeriti.
Curva 1: aggregati
silicei
Curva 2: aggregati
calcarei
Curva 3: aggregati
leggeri
Figura 2 Conducibilità termica del calcestruzzo in funzione della temperatura (ENV 1992-1-2)
La conoscenza delle caratteristiche termiche dei materiali è necessaria per la determinazione dello
sviluppo delle temperature interne durante l’esposizione al fuoco. A differenza di quanto accade per le
strutture in acciaio, nel caso del cemento armato non è possibile risolvere in maniera semplificata
l’equazione differenziale di diffusione del calore (equazione di Fourier) partendo dall’ipotesi di
temperatura uniforme all’interno della sezione, in quanto l’elevata inerzia termica del calcestruzzo
genera importanti gradienti termici dai quali non è possibile prescindere. Il problema della
determinazione delle temperature interne non è quindi di facile risoluzione e richiede l’ausilio di appositi
strumenti di calcolo di analisi termica. In alternativa, in letteratura si possono trovare mappature
termiche per elementi in calcestruzzo esposti ad incendio standard. Le figure 3 e 4 rappresentano un
esempio di mappature termiche rispettivamente per elementi monodimensionali (solette) e
bidimensionali (travi sporgenti e pilastri).
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Figura 3: Mappature termiche per solette (ENV 1992-1-2)
Figura 4: Mappature termiche di sezioni di travi e pilastri (ENV 1992-1-2)
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Proprietà meccaniche del materiale
Come la maggior parte dei materiali strutturali, anche il calcestruzzo armato reagisce all’aumento di
temperatura con una progressiva riduzione delle proprie caratteristiche di resistenza e di rigidezza,
dovuta al degrado dei materiali che lo costituiscono. Per quanto riguarda l’acciaio d’armatura, le
proprietà meccaniche variano con la temperatura in modo analogo a quanto accade per l’acciaio da
carpenteria, per il quale si rimanda di nuovo alla alla visione della parte riguardante la protezione
passiva dal fuoco delle strutture in acciaio
In termini di relazione tensione-deformazione, il comportamento alle alte temperature di calcestruzzi
ordinari soggetti a compressione monoassiale sono riportate in figura 5: si può notare che
all’aumentare della temperatura la resistenza ultima a compressione diminuisce, mentre aumenta la
deformazione corrispondente al picco di tensione.
Figura 5: Diagrammi tensione-deformazione del calcestruzzo soggetto a compressione monoassiale esposto a
temperature elevate
Ai fini del calcolo, il legame costitutivo assunto per modellare il comportamento al fuoco di tale
materiale è del tipo riportato in figura 6: per una data temperatura, gli andamenti di tali curve sono
definiti per mezzo di due parametri: la resistenza a compressione fc(θ) e la corrispondente
deformazione εc1. La rappresentazione grafica dei due parametri viene data in funzione delle
temperature del calcestruzzo in figura 7.
Figura 6: Modello della relazione tensioni-deformazioni per calcestruzzi con aggregati silicei e calcarei in
compressione ad elevate temperature (ENV 1992-1-2)
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Curva 1: aggregati
silicei
Curva 2: aggregati
calcarei
Figura 7: Parametri per la relazione tensioni-deformazioni per il calcestruzzo ad elevate temperature, in accordo
con la figura 6 (ENV 1992-1-2)
In via semplificata è possibile ricavare fc(θ) dal fattore kc,q, pari al rapporto tra la resistenza
caratteristica a compressione alla temperatura θ (°C) e quella a 20 °C, mediante le seguenti equazioni:
kc,q= 1.0
kc,q= (1600 – q) / 1500
kc,q= (900 – q) / 625
kc,q= 0
per 20 °C ≤ q ≤ 100 °C
per 100 °C ≤ q ≤ 400 °C
per 400 °C ≤ q ≤ 900 °C
per 900 °C ≤ q ≤ 1200 °C
5.36]
Questi valori sono riferiti a calcestruzzi con aggregati silicei, ma possono essere considerati come
prudenziali per altri tipi di calcestruzzo. La resistenza a trazione del calcestruzzo alle alte temperature
solitamente si assume essere nulla.
La densità del calcestruzzo dipende dagli aggregati e dal mix design; tipicamente assume valori
attorno ai 2400 kg/m3 per i calcestruzzi ordinari, ma può diminuire fino a dimezzarsi con l’impiego di
calcestruzzi alleggeriti, realizzati con inerti porosi o con additivi aeranti. Alcuni calcestruzzi, quando
vengono riscaldati oltre ai 100 °C, riducono la propria densità di circa 100 kg/m3 a causa
dell’evaporazione dell’acqua libera; se la temperatura aumenta ulteriormente, la densità rimane
costante, eccezion fatta per i calcestruzzi con aggregati calcarei, i quali si decompongono oltre gli 800
°C, con conseguente ulteriore riduzione di massa.
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I PRODOTTI DESTINATI ALLA
PROTEZIONE DI STRUTTURE IN
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CERTIFICAZIONI, CONSUMI E VOCI
DI CAPITOLATO
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AMOTHERM BRICK PRIMER WB
Caratteristiche: dispersione di resine acriliche in soluzione acquosa, contenente speciali additivi
che promuovono l’adesione su supporti cementizi e prevengono la formazione di muffe e batteri.
Campi d’impiego: fondo isolante per edilizia; particolarmente idoneo per il trattamento preliminare
di superfici in laterizio, calcestruzzo, cemento armato e precompresso; specifico come fondo di
adesione neicicli di verniciatura a base di rivestimento intumescente AMOTHERM BRICK WB,
impiegati per la protezione dal fuoco di strutture in conglomerato cementizio.
AMOTHERM BRICK WB
Caratteristiche: rivestimento intumescente a base di polimeri vinilici in dispersione acquosa e
specifiche sostanze reattive in grado di generare una schiuma avente proprietà termoisolanti,
quando sottoposto all’azione della fiamma o al calore di un incendio.
Campi d’impiego: sistema protettivo antincendio di tipo intumescente, specifico per la protezione
dal fuoco di elementi di compartimentazione in muratura e per incrementare la resistenza al fuoco
di strutture in calcestruzzo, cemento armato e precompresso.
Il rivestimento intumescente si presenta in opera come una tradizionale idropittura, non altera
l'aspettoestetico dei manufatti, non appesantisce la geometria dell'elemento strutturale su cui è
applicato e consente il contenimento dello spessore di calcestruzzo a protezione dei ferri e il
dimensionamento strutturale.
Questo sistema reattivo è indicato per applicazioni interne. In caso di installazione in condizioni
ambientali diverse (ambienti esposti o semiesposti agli agenti atmosferici o a condizioni climatiche
avverse) si raccomanda l’impiego di una specifica finitura protettiva. Per qualsiasi informazione
richiedere il parere preventivo del nostro Ufficio Tecnico.
Prestazioni tecniche: il contributo del sistema protettivo - agli effetti della resistenza al fuoco di
strutture in muratura, di calcestruzzo semplice e/o di elementi compositi di calcestruzzo e lastre
profilate d’acciaio – è determinato secondo i criteri indicati nelle norme tecniche EN 13381- 3
AMOTHERM BRICK TOP WB
Caratteristiche: finitura protettiva per rivestimenti intumescenti, monocomponente, a base di
resine acriliche in dispersione acquosa.
Campi d’impiego: strato di finitura per cicli di verniciatura a base di rivestimento intumescente,
impiegati nella protezione dal fuoco di strutture in cemento e laterizio; specifico per i cicli di
verniciatura a base di rivestimento intumescente all’acqua AMOTHERM BRICK WB, protegge il
trattamento dalle aggressioni ambientali e conferisce al film applicato resistenza alla condensa,
all'umidità e all’acqua; impiegato anche per esigenze di colorazione finale del sistema
intumescente applicato.
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CERTIFICAZIONI, CONSUMI E TABELLE
Le tabelle e le indicazioni che seguono, relative alla protezione passiva dal fuoco di elementi e
strutture in acciaio e cemento (armato o precompresso), sono da ritenersi valide e conformi alle
certificazioni, è comunque sempre consigliato contattare l’ufficio tecnico della Soc. Amonn Fire
[email protected] al fine di maggiori approfondimenti e valutazioni che in considerazioni delle reali
condizioni di impiego possono portare a valutazioni e consumi diversi da quelli tabulati.
Non ci assumiamo la diretta responsabilità per valutazioni e dimensionamenti effettuate da terzi.
AMOTHERM BRICK
La vernice intumescente AMOTHERM BRICK è un sistema protettivo antincendio specifico per
incrementare la resistenza al fuoco di strutture in calcestruzzo armato ordinario e precompresso e per
elementi di compartimentazione in muratura e cartongesso.
L’efficacia della vernice intumescente AMOTHERM BRICK è provata da test condotti in accordo alle
norme ENV 13381-3.
Le prove eseguite hanno permesso di definire un’equivalenza vernice-calcestruzzo.
In funzione della classe di resistenza al fuoco richiesta, si individua il copriferro di cui si necessita
(copriferro fittizio da garantire con vernice AMOTHERM Brick) e di conseguenza si ricava il quantitativo
di prodotto da applicare espresso in Kg/m2.
A titolo esemplificativo si riporta un prospetto con i parametri di equivalenza:
Per maggiori approfondimenti e per ricevere ulteriore documentazione si consiglia di contattare l’ufficio
tecnico della Soc. Amonnfire [email protected]
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VOCI DI CAPITOLATO
Applicazione di intonaco antincendio su strutture in acciaio, cemento armato e muratura
Fornitura e posa in opera di intonaco antincendio, per protezione dal fuoco di strutture in acciaio
(nuove o vecchie, zincate e non zincate), cemento armato e cemento armato precompresso (travi,
pilastri, solai ecc.) da applicare a qualsiasi altezza, sia in verticale che in orizzontale e/o con qualsiasi
inclinazione, dato a spruzzo con apposita attrezzatura .
La determinazione dello spessore del protettivo deve essere effettuata a fronte di un accurato progetto
antincendio in cui siano specificati gli elementi da trattare ed il grado di protezione richiesto.
I criteri di dimensionamento per le strutture in acciaio fanno riferimento alla norma UNI 9503 (2007),
mentre per il cemento armato e precompresso in via sperimentale e analitica in base alla UNI VVF
9502, in attesa dell’emanazione delle appendici nazionali degli Eurocodici.
Il rivestimento inoltre deve rispondere a quanto previsto al punto C.5 allegato C del decreto
Min.Interno del 16 febbraio 2007.
Nel caso di calcolo analitico dello spessore la certificazione di resistenza al fuoco (progetto
antincendio,certificazione sperimentale,corretta applicazione,corrispondenza in opera) sarà rilasciata
da professionista abilitato in conformità con quanto previsto DM 4 maggio 1998 e dalla Lettera
Circolare Min.Interno del 24 aprile 2008 riguardante la nuova modulistica per la presentazione del C.P.I
da parte del Professionista incaricato iscritto agli albi previsti dalla legge 818 del 1984.
Applicazione di vernice intumescente su supporti quali muratura, cemento armato e cemento
armato precompresso
Fornitura e posa in opera di vernice intumescente a solvente o a base acqua per protezione dal fuoco
di strutture portanti in muratura, cemento armato e cemento armato precompresso.
Il trattamento antincendio dovrà essere eseguito mediante applicazione a spruzzo, a pennello, a rullo o
con pompa airless, dato in opera a qualsiasi altezza, sia in verticale che in orizzontale e/o con qualsiasi
inclinazione.
La preparazione preventiva del sottofondo varierà a seconda del tipo di supporto da trattare e, più
precisamente:
• Le strutture nuove andranno pulite da ogni eventuale impurità e, in particolare per le strutture in c.a.
o c.a.p. andrà valutata l’opportunità di un primer di ancoraggio
• Le strutture vecchie preverniciate andranno pulite a fondo al fine di eliminare ogni eventuale residuo
di vernice non perfettamente ancorato al supporto e/o trattate con eventuale fondo isolante qualora
necessario
La determinazione dei quantitativi di vernice intumescente da applicare sui vari elementi da proteggere
sarà determinata in funzione:
a. della classe dì resistenza al fuoco prevista (R / REI)
b. della sezione dei singoli elementi (copriferro)
c. delle reali condizioni di carico
d. del tipo di esposizione al fuoco dei singoli elementi strutturali (pilastro, trave, ecc.)
Il prodotto avrà lo scopo di sostituire l’incremento dimensionale tra la sezione di progetto o quella
esistente e la sezione necessaria a conferire la resistenza al fuoco richiesta e calcolata secondo
quanto previsto dalla Norma UNI VVF 9502. Il quantitativo da applicare a metro quadro dovrà
rappresentare l’equivalenza tra la dimensione e la quantità, dovrà essere verificato sperimentalmente
secondo quanto previsto dalla norma ENV 13381-3 .
La certificazione di resistenza al fuoco (progetto antincendio,certificazione sperimentale,corretta
applicazione,corrispondenza in opera) sarà rilasciata da professionista abilitato in conformità con
quanto previsto DM 4 maggio 1998 e dalla Lettera Circolare Min.Interno del 24 aprile 2008 riguardante
la nuova modulistica per la presentazione del C.P.I da parte del Professionista incaricato iscritto agli
albi previsti dalla legge 818 del 1984.
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