Montefiori Emilio

Titolo 1

Roma Roma -- 22 Maggio 200722 Maggio 2007

I nuovo approccio prestazionale della resistenza al fuoco delle I nuovo approccio prestazionale della resistenza al fuoco delle strutture strutture

nella sicurezza nella sicurezza antincendiantincendi

COMPORTAMENTO AL FUOCO COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI SISTEMI STRUTTURALIDEI SISTEMI STRUTTURALI

LA VERIFICA AL FUOCO SECONDO GLI EUROCODICILA VERIFICA AL FUOCO SECONDO GLI EUROCODICIE D.M. 14E D.M. 14--0909--20052005

IL CONCETTO DI ROBUSTEZZA STRUTTURALE E IL CONCETTO DI ROBUSTEZZA STRUTTURALE E LA VERIFICA DI SISTEMALA VERIFICA DI SISTEMA

Prof. Prof. Ing.Ing. Paolo SettiPaolo SettiDipDip. Ing. Strutturale . Ing. Strutturale –– Politecnico di MilanoPolitecnico di Milano

RESISTENZA AL FUOCO RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE PORTANTIDELLE STRUTTURE PORTANTI

RESISTENZA AL FUOCO RESISTENZA AL FUOCO DELLE COMPARTIMENTAZIONI DELLE COMPARTIMENTAZIONI

Resistenza al fuoco degli elementi costruttiviResistenza al fuoco degli elementi costruttivi

Montefiori Emilio

Titolo 2

ComportamentoComportamento al al fuocofuoco deideimaterialimateriali costruttivicostruttivi

�� I materiali costruttivi modificano le loro I materiali costruttivi modificano le loro

caratteristiche con la temperatura e con il tempo caratteristiche con la temperatura e con il tempo

di esposizione al fuocodi esposizione al fuoco

�� Bisogna conoscere il comportamento al fuoco dei Bisogna conoscere il comportamento al fuoco dei

materiali, dei protettivi e lmateriali, dei protettivi e l’’impatto delle singole impatto delle singole

situazioni critiche sullsituazioni critiche sull’’elemento strutturale elemento strutturale

singolo, su una porzione o sullsingolo, su una porzione o sull’’intera strutturaintera struttura

Comportamento al fuoco dellComportamento al fuoco dell’’acciaioacciaio

Formazione di meccanismo di collasso plasticoFormazione di meccanismo di collasso plastico

InstabilitInstabilitàà locale della sezionelocale della sezione

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Titolo 3

Legame costitutivo acciaio in Legame costitutivo acciaio in funzione della temperaturafunzione della temperatura

Caratteristiche dei materialiCaratteristiche dei materiali

Legame costitutivo calcestruzzo in Legame costitutivo calcestruzzo in funzione della temperaturafunzione della temperatura

Comportamento al fuoco di solaio a lastreComportamento al fuoco di solaio a lastre

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Titolo 4

Comportamento al fuoco di pilastro in Comportamento al fuoco di pilastro in calcestruzzocalcestruzzo

Fenomeno di Fenomeno di spallingspalling\\

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Titolo 5

SpallingSpalling� L’effetto spalling è un particolare comportamento degli

elementi in calcestruzzo esposti all’incendio che causa un distacco di porzioni di cemento dall’elemento stesso e la loro caduta per gravità.

� I legami chimici fra le molecole di acqua all’interno del cemento si rompono, distruggendo il reticolo molecolare che mantiene coeso il cemento

� L’acqua contenuta nel cemento si trasforma in vapore con un coefficiente di espansione di 1:1.700, quindi la tensione cui è sottoposta la faccia calda di una struttura in cemento armato esposta al fuoco è enorme.

� La pressione sull’acqua vaporizzata sugli strati di cemento indebolito è una delle cause principali dell’effetto spalling

2 diverse linee normative2 diverse linee normative

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

ProveProve

TabelleTabelle

CalcoliCalcoli

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Titolo 6

La parte relativa all’incendio è stata compilata sulla base del:- Documento interpretativo per il requisito essenziale n. 2 - Bollettino CNR 28 dicembre 1999 n. 192 - Eurocodice 1991-1.2

D.M. 16 febbraio 2007D.M. 9 marzo 2007UNI 9503/ ed. febbraio 2007

Art.4 Azioni Accidentali

Art. 4.1. Incendio

Fermo restando il rispetto delle presenti disposizioni per tutte le costruzioni, per le attività soggette al

controllo del Corpo nazionale dei Vigili del fuoco si applicano anche le specifiche regolamentazioni

emesse ai sensi del Decreto del Presidente della Repubblica 29 luglio 1982 n. 577 e successive

modifiche e integrazioni ovvero i criteri generali di prevenzione incendi di cui all’art. 3 dello stesso

Decreto.

CalcoloCalcolo delladella resistenzaresistenza al al fuocofuocodeglidegli elemntielemnti strutturalistrutturali

�� UtilizzoUtilizzo delledelle normenorme UNI 9502 UNI 9502 –– 9503 9503 –– 9504 come 9504 come

previstoprevisto daidai recentirecenti D.M. D.M. sullasulla resistenzaresistenza al al fuocofuoco

�� La La rilevazionerilevazione deidei datidati termofisicitermofisici deidei materialimateriali isolantiisolanti

necessitanonecessitano didi unauna ““adeguataadeguata sperimentazionesperimentazione””

�� Si Si prevedeprevede ll’’usouso deglidegli EurocodiciEurocodici a a partirepartire daldal 2008.2008.

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Titolo 7

UNI 9503 UNI 9503 –– febbraio 2007febbraio 2007

Montefiori Emilio

Titolo 8

curva d’incendio

IL PROBLEMA ANALITICO DEL TRANSITORIO TERMICO

La trasmissione del calore

La conduzione in un corpo

Le condizioni al contorno

x y z

T T T TQ cp

x x y y z z tλ λ λ ρ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + + + = ⋅ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂

( )dT tq A

dxλ= −

( )q hA T t T∞

= −

( )4 4q T t Tεσ = −

conduzione

convezione

irraggiamento

coefficienti di scambio convettivo

emissività / assorbitività

conservazione dell’energia

La normativa ComunitariaLa normativa Comunitaria

GiGiàà disponibili e utilizzabilidisponibili e utilizzabili gli EUROCODICIgli EUROCODICI

Una serie di norme tecniche Una serie di norme tecniche SPERIMENTALI che costituiscono SPERIMENTALI che costituiscono

unun’’alternativa armonizzata, pialternativa armonizzata, piùù completa completa e dettagliata, alle norme UNI 9502e dettagliata, alle norme UNI 9502--

95039503--9504.9504.

NOVITANOVITA’’

Introduzione di differenti azioni termiche Introduzione di differenti azioni termiche di riferimento, oltre alla tradizionale curva di riferimento, oltre alla tradizionale curva di incendio da cellulosa (ISO 834):di incendio da cellulosa (ISO 834):

�� Curva di incendio da esterniCurva di incendio da esterni�� Curva di incendio da idrocarburiCurva di incendio da idrocarburi�� Curve parametriche Curve parametriche

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Titolo 9

ValutazioneValutazione del del comportamentocomportamento al al fuocofuoco delldell’’interainterastrutturastruttura e non e non pipiùù del del singolosingolo elementoelemento

�� Valutazione del comportamento strutturale degli Valutazione del comportamento strutturale degli elementi e dellelementi e dell’’influenza di questi sugli elementi influenza di questi sugli elementi adiacentiadiacenti

�� Valutazione degli allungamenti a caldo Valutazione degli allungamenti a caldo (e non solo a (e non solo a

freddo)freddo)

�� Verifica del danno probabile causato da una Verifica del danno probabile causato da una struttura collassata sulle strutture collegatestruttura collassata sulle strutture collegate

�� Uno dei compiti principali del progettista Uno dei compiti principali del progettista èè quello quello di avere di avere sempresempre una visione duna visione d’’insiemeinsieme

COMPORTAMENTO AL FUOCO DI UNA TRAVE COMPORTAMENTO AL FUOCO DI UNA TRAVE

ANALISI ELASTICA LINEARE T = 500 ANALISI ELASTICA LINEARE T = 500 °°CC

Profilo HEB 300Profilo HEB 300L = 500 cmL = 500 cmp =10000 kg/mp =10000 kg/mfy = 3600 kg/cm^2fy = 3600 kg/cm^2MdMd = 31601 kgm= 31601 kgmσσ = 1959 kg/cm^2= 1959 kg/cm^2

σσ = 1959kg/cm^2= 1959kg/cm^2∆∆l=l= 3,5 cm3,5 cmfreccia = 1,8 cmfreccia = 1,8 cm

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Titolo 10

COMPORTAMENTO AL FUOCO DI UNA TRAVE COMPORTAMENTO AL FUOCO DI UNA TRAVE

ANALISI ELASTICA NON LINEARE T = 500 ANALISI ELASTICA NON LINEARE T = 500 °°CC

σσ = 1959kg/cm^2= 1959kg/cm^2∆∆l = l = 3,4 cm3,4 cmfreccia = 3,3 cmfreccia = 3,3 cm

ANALISI ANELASTICA T = 500 ANALISI ANELASTICA T = 500 °°CC

80% del carico80% del caricoσσ = 1610 kg/cm^2= 1610 kg/cm^2∆∆l=l= 0,50,5 cmcmfreccia = 24,8 cmfreccia = 24,8 cm

COMPORTAMENTO AL FUOCO TELAIO METALLICOCOMPORTAMENTO AL FUOCO TELAIO METALLICO

Profili HEB 300Profili HEB 300L = 500 cmL = 500 cmH = 500 cmH = 500 cmp =16500 kg/mp =16500 kg/mfy = 3600 kg/cm^2fy = 3600 kg/cm^2

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Titolo 11

COMPORTAMENTO AL FUOCO TELAIO METALLICOCOMPORTAMENTO AL FUOCO TELAIO METALLICOAnalisi lineare con Analisi lineare con ∆∆T = 500 T = 500 °°CC

Momento FlettenteMomento Flettente Azione assialeAzione assiale

Mezzeria traverso superiore Mezzeria traverso superiore σσ = 1688 kg/cm^2= 1688 kg/cm^2freccia = 1,37 cmfreccia = 1,37 cm

Estremi traversoEstremi traversoσσ = 1530 kg/cm^2= 1530 kg/cm^2∆∆ll== 1,7 5 cm1,7 5 cm

COMPORTAMENTO AL FUOCO TELAIO METALLICOCOMPORTAMENTO AL FUOCO TELAIO METALLICOAnalisi lineare con Analisi lineare con ∆∆T = 500 T = 500 °°CC

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Titolo 12

COMPORTAMENTO TELAIO METALLICOCOMPORTAMENTO TELAIO METALLICOAnalisi non lineare con Analisi non lineare con ∆∆T = 500 T = 500 °°CC

Mezzeria traverso superiore Mezzeria traverso superiore σσ = 1827 kg/cm^2= 1827 kg/cm^2freccia = 2,81 cmfreccia = 2,81 cm

Estremi traversoEstremi traversoσσ = 1400 kg/cm^2= 1400 kg/cm^2∆∆ll== 1,7 5 cm1,7 5 cm

COMPORTAMENTO TELAIO METALLICOCOMPORTAMENTO TELAIO METALLICOAnalisi Analisi anelasticaanelastica con con ∆∆T = 500 T = 500 °°CC

Mezzeria traverso superiore Mezzeria traverso superiore σσ = 1737 kg/cm^2= 1737 kg/cm^2freccia = 1,94 cmfreccia = 1,94 cm

Estremi traversoEstremi traversoσσ = 1414 kg/cm^2= 1414 kg/cm^2∆∆ll== 0,42 cm0,42 cm

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Titolo 13

ANLISI ELASTICAANLISI ELASTICANON LINEARE NON LINEARE

ANALISI LINEARE ANALISI LINEARE

UtilizzoUtilizzo deidei sistemisistemi didi calcolocalcolo

�� UNI 9502 UNI 9502 –– elementielementi in in calcestruzzocalcestruzzo

�� EurocodiceEurocodice 1993 11993 1--22-- ElementiElementi in in acciaioacciaio

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Titolo 14

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Titolo 15

curva d’incendio

IL PROBLEMA ANALITICO DEL TRANSITORIO TERMICO

La trasmissione del calore

La conduzione in un corpo

Le condizioni al contorno

x y z

T T T TQ cp

x x y y z z tλ λ λ ρ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + + + = ⋅ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂

( )dT tq A

dxλ= −

( )q hA T t T∞

= −

( )4 4q T t Tεσ = −

conduzione

convezione

irraggiamento

coefficienti di scambio convettivo

emissività / assorbitività

conservazione dell’energia

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Titolo 16

Problemi di fissaggio dei pannelli Problemi di fissaggio dei pannelli

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Titolo 17

EurocodiceEurocodice acciaioacciaio

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Titolo 18

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Titolo 19

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Titolo 20

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Titolo 21

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Titolo 22

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Titolo 23

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Titolo 24

NomogrammaNomogramma

�� UnoUno strumentostrumento semplicesemplice e e didi praticopratico utilizzoutilizzo per per ilil

progettistaprogettista

�� VerificaVerifica delladella resistenzaresistenza al al fuocofuoco al al variarevariare didi ““pochipochi”” e e

definitidefiniti parametriparametri

�� TemperaturaTemperatura criticacritica, , fattorefattore didi massivitmassivitàà e e calcolocalcolo del del

coefficientecoefficiente didi isolamentoisolamento termicotermico deidei materialimateriali protettiviprotettivi

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Titolo 25

NOMOGRAMMANOMOGRAMMA

0

200

400

600

800

1000

1200

0 30 60 90 120 150 180

Tempo (min)

Tem

pera

tura

(°C

)

T fuoco (ISO 834)

HEB 200 sp. 10 mm di intonaco isolante

HEB 200 sp. 20mm di intonaco isolante

HEB 200 sp. 30 mm di intonaco isolante

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Titolo 26

Comportamento al fuoco di elemento ligneoComportamento al fuoco di elemento ligneo

ComportamentoComportamento al al fuocofuoco del del legnolegno

�� Perdita della capacitPerdita della capacitàà portante a causa della portante a causa della

variazione di sezione variazione di sezione

�� Valutazione della percentuale di umiditValutazione della percentuale di umiditàà, della , della

velocitvelocitàà di carbonizzazione e della capacitdi carbonizzazione e della capacitàà

portante residuaportante residua

�� Valutazione di giunti, collegamenti e dellValutazione di giunti, collegamenti e dell’’utilizzo di utilizzo di

elementi in acciaio nelle strutture ligneeelementi in acciaio nelle strutture lignee

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Titolo 27

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Titolo 28

Degrado della capacità portanteTravi principali 27x37 cm

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

0.00 15.00 30.00 45.00 60.00 75.00 90.00 105.00 120.00

Tempo (min)

Mom

ento

resi

ste

nte

%

Momento ammissibile

Momento ultimo

M sollecitante ipotesi A

M sollecitante Ipotesi B

Catena 202x14 cmDominio M - N

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80

Azione assiale

Azi

one

fle

ttent

e

M - N tempo 0minutiM - N tempo15 minuti

M - N tempo 30minutiM - N tempo 45 minuti

Dominio Ipotesi A

Dominio Ipotesi B

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Titolo 29

Grazie per lGrazie per l’’attenzioneattenzione