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Torino 13 Ottobre 2014
“SISTEMI DI CALCOLO DELLA RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE PORTANTI E SEPARANTI: ACCIAIO, LEGNO, MURATURA E CCA”
RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO FSC Engineering srl :Samuele Sassi
Pietro Crespi
PANORAMA NORMATIVO5
Resistenza al fuoco delle strutture Mauro Madeddu
Regolamento Prodotti da Costruzione n °°°°305/2011 (CPR) entrato in vigore dal 01/07/2013 (abbroga la direttiva europea 89/106/CEE – direttiva prodotti)
requisito essenziale 2: sicurezza in caso di incendio
D.P.R. 151/2011 “Regolamento recante semplificazione della disciplina dei procedimenti relativi alla prevenzione degli incendi, a norma dell'articolo 49, comma 4-quater, del decreto-legge 31 maggio 2010, n. 78, convertito, con modificazioni, dalla legge 30 luglio 2010, n. 122”.
D.M. 07/08/2012 “Disposizioni relative alle modalita' di presentazione delle istanze concernenti i procedimenti di prevenzione incendi e alladocumentazione da allegare, ai sensi dell'articolo 2, comma 7, del decreto del Presidente della Repubblica 1° agosto 2011, n. 151”.
NORME DI PREVENZINE INCENDI GENERALI E SEMPIFICALTE (DRAFT -APRILE 2014)
DM 16/02/2007: “Classificazione di prodotti , elementi da costruzione e opere”
Resistenza al fuoco delle strutture
Pietro Crespi
PANORAMA NORMATIVO6
Resistenza al fuoco delle strutture Mauro Madeddu
DM 09/03/2007: “Prestazioni di resistenza al fuoco delle costruzioni nelle attività soggette al controllo del Corpo nazionale dei vigili del fuoco”
D.M. 14/01/2008 “ Norme Tecniche per le costruzioni”
EUROCODICI – EN 1990 1.2/ EN 1991.1.2/ EN 1992.1.2/ EN 1993.1.2/ EN 1994.1.2/ EN 1995.1.2/ EN 1996.1.2/ EN 1999.1.2
NORME DI PRODOTTO (EN 13381...)
NORME SPECIFICHE DI PREVENZIONE INCENDI
NORMATIVA INTERNAZIONALE
Resistenza al fuoco delle strutture
Pietro Crespi
CERTIFICAZIONI DI RESISTENZA AL FUOCO - MODULISTICA7
Resistenza al fuoco delle strutture
In sintesi con l’aggiornamento della modulistica dal 1° maggio 2014 (art. 2 comma 11 D.M. 07/08/2012) per la certificazione al fuoco delle strutture si considerano i seguenti modelli:
Mod. Cert.REI 2012
Mod. Dich. Prod 2014 (sostituisce il modello Dich. Prod. 2012)
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Resistenza al fuoco delle strutture
RESISTENZA AL FUOCOCRITERI DI VERIFICA
Nel dominio del tempotempo collasso ≥ tempo di resistenza richiesto
Nel dominio della resistenzaresistenza a caldo al tempo richiesto ≥ Sollecitazione a caldo al tempo richiesto
Nel dominio della temperaturatemperatura di collasso ≥ della temperatura del materiale al tempo richiesto
Pietro Crespi9
Resistenza al fuoco delle strutture
RESISTENZA AL FUOCOAZIONE - RISPOSTA
Resistenza al fuoco > Gravità Incendio
Pietro Crespi
VERIFICHE DI RESISTENZA AL FUOCO
Resistenza al fuoco delle strutture
- VERIFICHE SEZIONALI- VERIFICHE DI SISTEMA
Pietro Crespi11
Resistenza al fuoco delle strutture
RESISTENZA AL FUOCOVERIFICHE SPERIMENTALI– ALLEGATO B (D.M. 16/02/2007)
-RAPPORTI DI PROVA
-RAPPORTI DI CLASSIFICAZIONE (CAMPO DI APPLICAZIONE DIRETTA E CAMPO DI APPLICAZIONE ESTESA)
-FASCICOLO TECNICO
Pietro Crespi12
Resistenza al fuoco delle strutture
RESISTENZA AL FUOCOVERIFICHE ANALITICHE– ALLEGATO C (D.M. 16/02/2007)
C.1 I metodi di calcolo della resistenza al fuoco….anche prendendo in considerazione i collegamenti e le mutue interazioni con altri elementi, sotto specifiche condizioni di esposizione……”
“C.2 Le condizioni di esposizione al fuoco sono definite in specifici regolamenti e basate sugli scenari di incendio in essi prescritti o su quelli attesi.Nei medesimi regolamenti sono definite le combinazioni di carico da considerare agenti insieme all’azione del fuoco e i coefficienti di sicurezza sui materiali e sui modelli.”
E’ cioè possibile impiegare la modellazione più congruente e realistica con la attesa dinamica dell’incendio: la modellazione di fuoco avanzata è giustificata solo se la verifica è “di sistema ” e non “sezionale ”.
C.3 I metodi di calcolo utilizzabili sono quelli contenuti negli Eurocodici (sono stati publicati gli NPD)
Pietro Crespi13
Resistenza al fuoco delle strutture
RESISTENZA AL FUOCOAZIONE ECCEZIONALE – D.M. 14/01/2008
Nelle situazioni di incendio, le azioni di progetto devono essere così combinate:
Ffi,d = γG,A · GK + ψ1,1 · QK,1 + Σψ2,i · QK,i + Σ Ad (t)
dove:
GK è il valore caratteristico delle azioni permanenti;QK,1 è il valore caratteristico dell’azione variabile considerata come principale;QK,i è il valore caratteristico delle altre azioni variabili;Ad (t) sono i valori di progetto delle azioni derivanti dalla esposizione all’incendio;γG,A è il coefficiente parziale di sicurezza per le azioni permanenti per situazioni eccezionali (in caso di incendio γγγγG,A è posto pari a 1);ψ1,1 è il coefficiente di combinazione relativo alla azione variabile considerata come principale;ψ2,i è il coefficiente di combinazione generico delle azioni variabili considerate come secondarie.
È ammesso non tenere conto delle azioni sismiche e di quelle di natura dinamica, ragionevolmente non presenti durante l’incendio.
Pietro Crespi14
Resistenza al fuoco delle strutture
RESISTENZA AL FUOCOAZIONE ECCEZIONALE – D.M. 14/01/2008
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Resistenza al fuoco delle strutture
RESISTENZA AL FUOCOAZIONE ECCEZIONALE – D.M. 14/01/2008
In via approssimata gli effetti delle azioni permanenti e variabili possono essere ricavati dai
corrispondenti effetti a temperatura ordinaria mediante la seguente espressione:
Ed,fi = ηηηηfi · Ed
ηηηηfi < 1 !!
Ed è l'effetto delle azioni di calcolo allo stato limite ultimo utilizzando la
combinazione fondamentale in condizioni di temperatura ambiente;
ηfi è un fattore di riduzione, che vale:
ηfi = (γG,A + ψ1,1 ·ξ) / (γG + γQ ·ξ) dove : ξ = QK,i / GK,1 γG,A = 1
γG è il coefficiente parziale di sicurezza per le azioni permanenti a temperatura
ordinaria.
da Eurocodice 2-1.2
Pietro Crespi16
Resistenza al fuoco delle strutture
RESISTENZA AL FUOCOAZIONE ECCEZIONALE – D.M. 14/01/2008
Se tutti i carichi fossero permanenti si avrebbe, ponendo:
valore raccomandato dall’Eurocodice
γG = 1,4 ηfi = 1/ 1,4 = 0,714 ≅ 0,7
(valore che può essere assunto cautelativamente per tutte le combinazioni di carico).
Se i sovraccarichi fossero uguali ai pesi permanenti, si avrebbe ponendo:
γG = 1,4 γQ = 1,5 e Ψ1,1 = 0,5
ηfi = 1,5 / (1,4 + 1,5) = 0,51
Dall’analisi di questi due valori si può affermare che le azioni di calcolo in condizioni di incendio possono essere valutate almeno pari o inferiori al 70% di quelle agenti in condizioni ordinarie.
Copertura in legnopeso proprio 0,2 kN/m2
permanente 0,85 kN/m2
Gk = 1,05 kN/m2
Qk,1 = 1,3 kN/m2
ψ2,i = 0
γG,A = 1
Ff i,d = 1,05
γG = 1,3
γQ1 = 1,5
ξ = 1,24
ηf i = 0,32 << 0,7 !!
Pietro Crespi
COMPORTAMENTO IN CASO DI INCENDIOTIPOLOGIE STRUTTURALI
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Resistenza al fuoco delle strutture
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Misura della sicurezza
Resistenza al fuocoResistenza al fuoco
Determinazione del livello di prestazione da richiedereDeterminazione del livello di prestazione da richiedere
Verifica del livello di prestazione posseduta
Verifica del livello di prestazione posseduta
Classe del compartimentoClasse del compartimento
Curva di incendioCurva di incendio
Azioni meccanicheAzioni meccaniche
TabelleTabelle
ProveProve
CalcoliCalcoli
D.M. 9 marzo 2007 e D.M. 9 maggio 2007 D.M. 16 Febbraio 2007
EUROPEOEN 1991 - 1.2INTERNAZIONALE API 2218NFPABS…
Civile EN 199X – 1.2Iindustriale?GASAFEULBS…
Resistenza al fuoco delle strutture
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0
100
200
300
400
500
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700
800
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1100
1200
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180Tempo [min]
Tem
pera
tura
[°
C]
Curva nominale standard (ISO 834)
Curva nominale degli idrocarburi
Curva nominale esterna
Curve di incendio nominale
Curva Standard (ISO 834): θg = 20 + 345 log 10 (8t +1)
Curva da Idrocarburi: θg= 1080(1-0,325 e-0,167t – 0,675 e-2,5t)+20
Curva da Esterni: θg = 660 (1-0,687 e-0,32t – 0,313 e-3,8t)+20
Resistenza al fuoco delle strutture
Pietro Crespi
CURVE NATURALI
Nel caso in cui il progetto sia condotto con un approccio prestazionale, la capacità portante e/o la capacità di compartimentazione può essere verificata rispetto all ’ azione termica della curva naturale di incendio,applicata per l’intervallo di tempo necessario al ritorno alla temperatura ordinaria, da determinarsi attraverso:
� modelli di incendio sperimentali oppure,� modelli di incendio numerici semplificati oppure,� modelli di incendio numerici avanzati
Le curve di incendio naturale dovranno essere determinate per lo specifico compartimento e facendo riferimento al carico di incendio specifico di progetto ponendo pari ad 1 i coefficienti δni relativi alle misure di protezione che si intende modellare
Resistenza al fuoco delle strutture
Pietro Crespi
I metodi semplificati di tipo parametrico danno lo sviluppo della temperatura media del compartimento in funzione del carico di incendio, della ventilazione, dell’area in pianta e delle caratteristiche termofisiche delle pareti.
Le curve di tipo parametrico sono valide per compartimenti antincendio fino a 500 mq, di altezza massima 4 m e con aperture solo sulle pareti laterali (EN 1991-1.2 – Appendice A).
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
0 30 60 90 120 150 180 210 240
Tempo [min]
Tem
pera
tura
[°
C]
Curva nominale standard (ISO 834)
qf=200 MJ/mq
qf=400 MJ/mq qf=900 MJ/mq
qf=1200 MJ/mq
qf=1800 MJ/mq
Resistenza al fuoco delle strutture
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INCENDIO LOCALIZZATO
Convezione naturale delle fiamme
Iterazione con aria ambiente (vento, soffitto,
ecc.)
Fuel Type
Fuel Spill Area or Dike Area Adike = 50.00 m2
Mass Burning Rate of Fuel m" = 0.035 kg/m2·
sec
Effective Heat of Combustion
of Fuel∆Hc,eff = 39700 kJ/kg
Fuel Density ρ = 970 kg/m3
Empirical Constant kβ = 1.7 m-1
Ambient Air Temperature Ta = 20 °C = 293 K
Ambient Air Density ρa = 1.20 kg/m3
Gravitational Acceleration g = 9.81 m/sec2
Pool Fire Diameter D = 7.98 m
Heat Release Rate Q = 69475 kW
Convective Energy Release Rate Qc = 55580 kW
Qr = 20842 kW
Regression Rate v = 0.000036 m/sec
Fire Burning Duration tb = 1662.9 sec
Virtual Origin z0 = -0.96 m
Pool Fire Mean Flame Height Hf = 12.18 m
The Heskestad Plume
Fuel Oil, Heavy
Pool Fire
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due zone(crescita)
una zona(completo sviluppo)
curva d’incendio verifica dielementi in acciaio
flashover
Tup > 500°C
hup > 80% h
modelli avanzati - a una o due zone
Resistenza al fuoco delle strutture
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viene usato per calcolare
la composizione, la dinamica e
la temperatura dei fumi
e dei gas nella fase
che precede il flashover
volumi: 1-1000 m3
fino a 30 comparti interconnessi
considera la presenza di sprinklers
più indicato per la verifica
della sicurezza degli occupanti
e dell’efficacia dei sistemi
di controllo attivo
che per il calcolo strutturale
modelli avanzatimodello a due zone per più comparti interconnessi
Corso specializzazione sulla resistenza al fuoco - Firenze 2008
Resistenza al fuoco delle strutture
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divisione del comparto in celle
soluzione numericadelle equazioni differenziali
vengono fornite in ogni puntole variabili termodinamichee aerodinamiche
equazioni di conservazione
della massadella quantità di motodell’energia
modelli avanzatiComputational Fluid Dynamics
Resistenza al fuoco delle strutture
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ESEMPI PRATICITorre Regione Piemonte
Indicazione degli elementi di sostegno delle facciate analizzati nella modellazione – Scenario 1
Figura 17 – Temperature massime raggiunte dagli elementi orizzontali Est e Sud della facciata esterna V3 e degli elementil
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 5 10 15 20 25 30
Max
tem
pera
ture
[°C]
t [min]
Max Temperature Steel towards
roomMax Temperature Steel window
SouthMax Temperature Steel window East
Max Temperature Steel beams
SouthMax Temperature Steel beams East
15 min
l
Resistenza al fuoco delle strutture
Pietro Crespi
g
igura 4 – Modello CF D e ubi cazione delle fiamme al l’interno de l Li vello 23 . La su per fic ie ev idenziata in bl u ra ppr ese nta la
Facciata tra Uffici e Grande Vuoto (V6)
ESEMPI PRATICITorre Regione Piemonte
a
Façade 1 Façade 2
o
Façade 1 Façade 2
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