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Resistenza al fuoco dei sistemi strutturali arch. Roberto Lenzi Corpo permanente dei vigili del Resistenza al fuoco dei sistemi strutturali arch. Roberto Lenzi Corpo permanente dei vigili del fuoco Provincia Autonoma di Trento

La resistenza al fuoco rappresenta un requisito tecnologico, concorrente al raggiungimento d’un risultato globale La resistenza al fuoco rappresenta un requisito tecnologico, concorrente al raggiungimento d’un risultato globale di sicurezza all’incendio Attività di gestione della qualità all’interno del processo edilizio

Qualità delle opere di costruzione Risposta adeguata in termini prestazionali n q q Approccio Qualità delle opere di costruzione Risposta adeguata in termini prestazionali n q q Approccio esigenziale-prestazionale Obiettivi ed indirizzi generali (politica per la qualità) Ricerca di soluzioni progettuali Qualità dei prodotti da costruzione Qualità dell’esecuzione

Sicurezza Classe che raggruppa una serie d’esigenze Insieme delle condizioni relative all’incolumità degli utenti, Sicurezza Classe che raggruppa una serie d’esigenze Insieme delle condizioni relative all’incolumità degli utenti, nonché alla difesa e prevenzione di danni in dipendenza da fattori accidentali, nell’esercizio del sistema edilizio.

Sicurezza Requisito: resistenza al fuoco Dall’esigenza sicurezza si possono derivare serie logiche di caratteri Sicurezza Requisito: resistenza al fuoco Dall’esigenza sicurezza si possono derivare serie logiche di caratteri tecnici, tra i quali è possibile isolare quelli connessi con la conservazione, durante l’evento incendio, entro limiti determinati e durante un intervallo di tempo determinato, le prestazioni fornite dal sistema tecnologico, o anche dal singolo elemento tecnico.

Normazione n n Regola tecnica: disposizione cogente emanata da un organismo pubblico al quale Normazione n n Regola tecnica: disposizione cogente emanata da un organismo pubblico al quale è riconosciuta potestà legislativa o regolamentare. Ha lo scopo di stabilire un livello di sicurezza e l’affidabilità generale del sistema al quale si riferisce, in conformità a scelte d’ordine pubblico e d’interesse generale. Norma: specificazione tecnica volontaria, emanata da organi tecnici non facenti parte della pubblica amministrazione ma riconosciuti. Ha lo scopo di stabilire come si procede per raggiungere un determinato obiettivo di qualità o di standardizzazione.

Normazione n Verticale: il suo campo d’applicazione è limitato a determinate fattispecie. n Orizzontale: Normazione n Verticale: il suo campo d’applicazione è limitato a determinate fattispecie. n Orizzontale: trova applicazione generale in tutta la materia. La tradizione italiana è orientata alla normazione di tipo verticale, mentre quella comunitaria, di derivazione anglosassone, è orientata alla normazione di tipo orizzontale.

Regolamentazione comunitaria n Regolamentazione comunitaria n

Direttiva Prodotti da Costruzione 89/106/CE (modificata dalla Direttiva 93/68/CE – Recepita in Italia con Direttiva Prodotti da Costruzione 89/106/CE (modificata dalla Direttiva 93/68/CE – Recepita in Italia con DPR 21/04/1993 n° 246) Le opere d’ingegneria civile siano concepite e realizzate in modo da non compromettere la sicurezza delle persone e dei beni.

Direttiva Prodotti da Costruzione 89/106/CE Allegato I - Requisiti essenziali Enunciati in termini di Direttiva Prodotti da Costruzione 89/106/CE Allegato I - Requisiti essenziali Enunciati in termini di obiettivi, costituiscono criteri generali e specifici per conferire alle opere un congruo grado di sicurezza. Sono precisati in documenti interpretativi, i quali danno forma concreta ai requisiti di cui sopra. Requisito essenziale n° 2: Sicurezza in caso d’incendio

Direttiva Prodotti da Costruzione 89/106/CE Documento interpretativo per il requisito essenziale n° 2 Approccio Direttiva Prodotti da Costruzione 89/106/CE Documento interpretativo per il requisito essenziale n° 2 Approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio Impostazione di carattere nordeuropeo, oggettuale di stampo levantino. contrapposta all’impostazione Si valuta il livello di sicurezza necessario e si progettano le conseguenti misure.

Sicurezza in caso d’incendio L’opera deve essere concepita e costruita in modo che, in Sicurezza in caso d’incendio L’opera deve essere concepita e costruita in modo che, in caso d’incendio: q q q La capacità portante dell’edificio possa essere garantita per un periodo di tempo determinato La produzione e la propagazione del fuoco e del fumo all’interno dell’opera siano limitate La propagazione del fuoco ad opere vicine sia limitata Gli occupanti possano lasciare l’opera o essere soccorsi altrimenti Sia presa in considerazione la sicurezza delle squadre di soccorso

Sicurezza in caso d’incendio Nei paesi UE i requisiti di sicurezza antincendio costituiscono parte Sicurezza in caso d’incendio Nei paesi UE i requisiti di sicurezza antincendio costituiscono parte essenziale della normativa sulle opere di costruzione La sicurezza antincendio nelle opere di costruzione comprende requisiti sulla configurazione degli edifici e sulle prestazioni strutturali, sui prodotti da costruzione, sui servizi ed installazioni e sugli impianti di protezione antincendio

Sicurezza in caso d’incendio I singoli stati dell’Unione sono responsabili della sicurezza sul proprio Sicurezza in caso d’incendio I singoli stati dell’Unione sono responsabili della sicurezza sul proprio territorio Il livello di sicurezza dev’essere garantito con una probabilità accettabile e per una vita d’esercizio economicamente ragionevole Gli stati possono adottare provvedimenti di supervisione della progettazione e dell’esecuzione delle opere, nonché provvedimenti concernenti le qualifiche dei soggetti interessati

Capacità portante della costruzione 1. Stabilità complessiva della struttura principale: n n n Nessun Capacità portante della costruzione 1. Stabilità complessiva della struttura principale: n n n Nessun requisito per fabbricati con basso carico d’incendio o dove le conseguenze del crollo siano accettabili Requisiti per un periodo limitato, dove è sufficiente garantire l’evacuazione degli occupanti in luogo sicuro Requisiti specifici per garantire che la struttura possa reggere la combustione completa di tutti i materiali combustibili presenti nell’edificio o in una determinata parte di esso

Sicurezza in caso d’incendio La normativa nazionale cogente (regole tecniche) dovrebbe contenere solo gli Sicurezza in caso d’incendio La normativa nazionale cogente (regole tecniche) dovrebbe contenere solo gli obiettivi e le prescrizioni generali, intesi a garantire la sicurezza nelle opere di costruzione La norma tecnica volontaria dovrebbe contenere le indicazioni prestazionali e le modalità applicative

Verifiche Le verifiche alla situazione accidentale sono condotte allorquando ritenute necessarie, dal progettista, in Verifiche Le verifiche alla situazione accidentale sono condotte allorquando ritenute necessarie, dal progettista, in relazione all’importanza, alla destinazione d’uso ed alle caratteristiche della costruzione Indipendentemente dalle valutazioni del progettista, dette verifiche sono obbligatorie dove imposte da una regola tecnica o da un criterio tecnico di prevenzione incendi

Sicurezza in caso d’incendio (EC 1) Le funzioni richieste ed i livelli di prestazione Sicurezza in caso d’incendio (EC 1) Le funzioni richieste ed i livelli di prestazione sono generalmente specificati dalle competenti autorità nazionali, soprattutto in termini di tipo di valutazione di resistenza al fuoco Dove è accettata l’ingegneria della sicurezza al fuoco per la valutazione delle misure attive e passive, le richieste delle autorità saranno meno prescrittive e possono aggiungersi come strategie alternative

Capacità portante della costruzione 2. Tenuta della compartimentazione: n n n Limitare lo sviluppo Capacità portante della costruzione 2. Tenuta della compartimentazione: n n n Limitare lo sviluppo e la propagazione del fuoco e del fumo all’interno delle opere di costruzione Ritardare lo sviluppo dell’incendio, la propagazione del fuoco e del fumo nelle opere, in modo da lasciare agli occupanti il tempo sufficiente per mettersi in salvo Consentire alle squadre di soccorso di domare l’incendio prima che questo assuma proporzioni maggiori

Durata di resistenza al fuoco Analisi del rischio incendio Il danno strutturale è strettamente Durata di resistenza al fuoco Analisi del rischio incendio Il danno strutturale è strettamente interrelato alla durata e all’intensità dell’incendio L’energia termica sviluppata dall’incendio è in diretta relazione con la quantità di materiale combustibile presente

Cause di danno d’un sistema strutturale durante l’incendio n n n n Superamento della Cause di danno d’un sistema strutturale durante l’incendio n n n n Superamento della velocità di deformazione Superamento della deformazione massima ammissibile (freccia, spostamento in prossimità dei vincoli) Perdita della capacità portante della singola sezione Instabilità flessionale di elementi compressi Combinazioni anomale di azioni flettenti e taglio Scarsa duttilità delle sezioni, con comportamenti di tipo fragile Riduzione delle sezioni resistenti

Limitazione del danno potenziale n n n Evitare, limitare o ridurre i rischi a Limitazione del danno potenziale n n n Evitare, limitare o ridurre i rischi a cui la struttura può essere soggetta Scegliere una forma strutturale che abbia una minore sensibilità al rischio considerato Selezionare una forma strutturale ed una progettazione che può sopravvivere adeguatamente alla rimozione eccezionale d’un singolo elemento o d’una parte limitata della struttura, o all’occorrenza di accettabile danno limitato Evitare il più possibile sistemi strutturali che possano collassare senza avvertimento Connettere la struttura

Limitazione del danno potenziale Gli edifici devono essere progettati in modo che il sistema Limitazione del danno potenziale Gli edifici devono essere progettati in modo che il sistema strutturale principale possa sopportare danneggiamenti locali senza subire un collasso totale

Progetto delle strutture all’incendio Fasi della progettazione: n Scelta degli scenari d’incendio significativi per Progetto delle strutture all’incendio Fasi della progettazione: n Scelta degli scenari d’incendio significativi per il caso in esame n Determinazione dei relativi incendi di progetto n Calcolo dell’evoluzione della temperatura all’interno degli elementi strutturali n Calcolo del comportamento meccanico delle strutture esposte al fuoco

Approccio alla resistenza strutturale all’incendio n n n Determinazione, attraverso convenienti schematizzazioni, di uno Approccio alla resistenza strutturale all’incendio n n n Determinazione, attraverso convenienti schematizzazioni, di uno o più modelli rappresentativi della realtà Analisi del comportamento dei modelli, con particolare riguardo alla sicurezza al fuoco Trasferimento della sicurezza dai modelli alla realtà, mediante l’individuazione di soluzioni applicabili (strutturali e tecnologiche), nonché di opportuni controlli

Controllo di qualità della sicurezza Non è possibile la riduzione dei requisiti, dato che Controllo di qualità della sicurezza Non è possibile la riduzione dei requisiti, dato che il progresso tecnologico ne aumenta costantemente i valori attesi Miglioramento delle prestazioni, basata sull’accrescimento delle conoscenze relative all’evoluzione del fenomeno incendio Controllo progettuale (maggiore attenzione al problema della resistenza al fuoco)

Approccio per sistemi Osservando i danni strutturali conseguenti gli incendi, si notano errori di Approccio per sistemi Osservando i danni strutturali conseguenti gli incendi, si notano errori di concezione e di sottovalutazione dei comportamenti. Tendenza a ragionare per singole unità. Esempio: i collegamenti diventano, durante l’incendio, nodi critici in grado di rendere labili sistemi costituiti da elementi di per sé capaci di prestazioni molto elevate.

Approccio per sistemi Una struttura è considerata resistente al fuoco se è dimostrato che Approccio per sistemi Una struttura è considerata resistente al fuoco se è dimostrato che la resistenza al fuoco dei singoli elementi è come minimo la stessa ed i punti di contatto tra le parti non riducono la capacità di resistenza della struttura principale, tenuto conto delle azioni indirette causate dalla dilatazione termica, dalla deformazione e/o dal cedimento degli elementi strutturali. Compatibilità dimensionale e funzionale tra elementi strutturali, nonché tra elementi strutturali e di completamento.

Approccio per sistemi Tendenza a condurre la verifica della resistenza strutturale all’incendio per singoli Approccio per sistemi Tendenza a condurre la verifica della resistenza strutturale all’incendio per singoli elementi. Data una catena d’elementi in serie, non è plausibile affermare che se resistono gli elementi singoli allora resiste anche la catena nel suo complesso – meccanismi d’instabilità locale. Le norme UNI CNVVF richiamano l’attenzione del progettista sulla necessità di valutare l’idoneità dell’intero sistema strutturale (unioni, dettagli costruttivi, ogni altra particolarità strutturale). Esclusione di qualsiasi cedimento di tipo fragile.

Capacità del sistema strutturale (DM 14/09/2005) La capacità del sistema strutturale in caso d’incendio Capacità del sistema strutturale (DM 14/09/2005) La capacità del sistema strutturale in caso d’incendio si determina sulla base della capacità portante propria degli elementi strutturali singoli, di porzioni di struttura o dell’intero sistema costruttivo, comprese le condizioni di carico e di vincolo, tenendo conto dell’eventuale presenza di materiali protettivi

Sicurezza - probabilità Dalla sicurezza – certezza alla sicurezza – probabilità. Viene scelta prioritariamente Sicurezza - probabilità Dalla sicurezza – certezza alla sicurezza – probabilità. Viene scelta prioritariamente una determinata probabilità (definita accettabile) di raggiungimento di certi stati limite. Metodo semiprobabilistico: si accetta che i valori delle variabili aleatorie abbiano una certa probabilità, assegnata, d’essere superiori o inferiori ad un valore di riferimento detto caratteristico. Ai valori caratteristici sono associati coefficienti di sicurezza, attraverso i quali si ottengono i valori di progetto.

Sicurezza all’incendio Relazione simbolica che descrive il confronto tra sollecitazioni applicate durante l’incendio e Sicurezza all’incendio Relazione simbolica che descrive il confronto tra sollecitazioni applicate durante l’incendio e capacità di prestazione di resistenza ridotta dall’incendio:

Sicurezza all’incendio Si confronta la caratteristica di sollecitazione agente con la corrispondente sollecitazione resistente. Sicurezza all’incendio Si confronta la caratteristica di sollecitazione agente con la corrispondente sollecitazione resistente. Sezione di identiche caratteristiche geometriche, ma con caratteristiche meccaniche ridotte a causa dell’innalzamento di temperatura. Noto il campo di temperatura, raggiunto dopo un certo tempo d’esposizione al fuoco, nella sezione oggetto di verifica si associa al suddetto campo una distribuzione di coefficienti riduttivi delle caratteristiche meccaniche.

Sicurezza all’incendio n Resistenza: n Robustezza: n Durabilità: affidabilità nei riguardi dei comportamenti meccanici Sicurezza all’incendio n Resistenza: n Robustezza: n Durabilità: affidabilità nei riguardi dei comportamenti meccanici affidabilità nei riguardi della stabilità d’insieme (ad esempio rispetto ai collassi a catena) mantenimento della tenuta, dell’isolamento termico ed eventualmente di altri criteri

Sicurezza all’incendio La sicurezza e le prestazioni di una costruzione devono considerare gli stati Sicurezza all’incendio La sicurezza e le prestazioni di una costruzione devono considerare gli stati limite ultimi e d’esercizio, oltre alla robustezza nei confronti di eventi accidentali (incendio)

Sicurezza all’incendio n n Soluzioni progettuali riconosciute ed accettate (metodi tabellari), per tipi definiti Sicurezza all’incendio n n Soluzioni progettuali riconosciute ed accettate (metodi tabellari), per tipi definiti d’elementi strutturali Metodi di calcolo semplificati per tipi definiti d’elementi strutturali Modelli avanzati e generalizzati di calcolo per la simulazione del comportamento della struttura nel suo insieme, di parti della struttura o solamente d’un elemento strutturale Prove di laboratorio

Metodo tabellare (DM 16/02/2007) Confronto tra elemento realmente posto in opera ed apposite tabelle, Metodo tabellare (DM 16/02/2007) Confronto tra elemento realmente posto in opera ed apposite tabelle, redatte da organismi normatori riconosciuti, purché le caratteristiche dell’elemento rientrino nei limiti specificati. I dati tabellari forniscono risultati a favore di sicurezza rispetto alle prove in forno ed ai modelli di calcolo. Non è ammessa alcuna estrapolazione dei dati, né un uso estensivo delle tabelle al di fuori del loro campo d’applicazione.

Metodo sperimentale (DM 16/02/2007) Prova in forno del singolo elemento strutturale secondo un programma Metodo sperimentale (DM 16/02/2007) Prova in forno del singolo elemento strutturale secondo un programma termico normalizzato, nelle effettive condizioni d’utilizzo. Le prestazioni rilevate sono certificate dal laboratorio riconosciuto ed il produttore può mettere in commercio l’elemento, accompagnato da una dichiarazione di conformità al prototipo e dalle indicazioni di montaggio ed utilizzo, le quali non devono discostarsi da quelle di prova.

Metodo sperimentale Norme UNI EN 1363 – 1364 – 1365: specificano i principi generali Metodo sperimentale Norme UNI EN 1363 – 1364 – 1365: specificano i principi generali ed i metodi per determinare la resistenza al fuoco dei diversi elementi costruttivi, sottoposti a condizioni normalizzate d’esposizione all’incendio. Norme UNI ENV serie 13381: metodi di prova per la determinazione del contributo alla resistenza al fuoco di elementi strutturali a seguito d’applicazione di strati protettivi. Per la prima volta, sono definiti i limiti d’applicabilità dei risultati.

Metodo analitico (DM 16/02/2007) Analisi strutturale (globale, di sottostrutture ovvero di singoli elementi), ottenuta Metodo analitico (DM 16/02/2007) Analisi strutturale (globale, di sottostrutture ovvero di singoli elementi), ottenuta attraverso specifiche modellazioni. Metodo di validità generale, ma complesso e, in genere, limitato al criterio capacità portante R. Si effettua calcolando il transitorio termico degli elementi strutturali e la variazione di resistenza associata all’andamento della temperatura. Il procedimento deve dimostrare che la struttura, o i suoi componenti, offriranno una prestazione adeguata in caso d’incendio reale.

Metodo analitico Crisi strutturale in condizioni d’incendio: n n n Rottura delle sezioni Instabilità Metodo analitico Crisi strutturale in condizioni d’incendio: n n n Rottura delle sezioni Instabilità di elementi compressi Trasformazione in meccanismo (formazione di cerniere plastiche) Eccessive deformazioni Perdita di congruenza della geometria deformata Perdita d’equilibrio di tipo rigido

Azioni sulle strutture in condizioni d’incendio L’incendio rientra nella categoria degli eventi eccezionali, per Azioni sulle strutture in condizioni d’incendio L’incendio rientra nella categoria degli eventi eccezionali, per cui le azioni di progetto sono calcolate mediante l’applicazione dei coefficienti specifici per le combinazioni eccezionali di azioni meccaniche:

Azioni sulle strutture in condizioni d’incendio Combinazione eccezionale semplificata di azioni meccaniche (UNI CNVVF): Azioni sulle strutture in condizioni d’incendio Combinazione eccezionale semplificata di azioni meccaniche (UNI CNVVF): O anche

Resistenza del materiale costitutivo in condizioni d’incendio La resistenza ultima di progetto in condizioni Resistenza del materiale costitutivo in condizioni d’incendio La resistenza ultima di progetto in condizioni d’incendio è derivata dal valore caratteristico di resistenza del materiale, minorata attraverso l’applicazione d’un coefficiente di sicurezza

Resistenza del materiale costitutivo in condizioni d’incendio Azione termica dovuta all’incendio: conduzione interna per Resistenza del materiale costitutivo in condizioni d’incendio Azione termica dovuta all’incendio: conduzione interna per condizioni di tipo radiativo - convettivo sulla superficie esterna dell’elemento. Degrado delle caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali da costruzione. Azioni indirette causate dalle deformazioni termiche.

Trasmissione del calore all’interno dell’elemento strutturale n n n Geometria dell’elemento Esposizione all’incendio Proprietà Trasmissione del calore all’interno dell’elemento strutturale n n n Geometria dell’elemento Esposizione all’incendio Proprietà termofisiche del materiale costitutivo (calore specifico, conduttività termica, capacità di disperdere calore per irraggiamento) Massa volumica Contenuto d’acqua

Esempio: conglomerato cementizio armato Mappatura termica d’una sezione al tempo t d’esposizione all’incendio. Esempio: conglomerato cementizio armato Mappatura termica d’una sezione al tempo t d’esposizione all’incendio.

Esempio: conglomerato cementizio armato La semplice verifica dello spessore di copriferro (temperatura dell’armatura) può Esempio: conglomerato cementizio armato La semplice verifica dello spessore di copriferro (temperatura dell’armatura) può essere ammessa nel caso di sezioni massicce, dove il collasso atteso è dovuto al cedimento dell’acciaio. Nel caso di sezioni sottili, dove è prevedibile il rapido riscaldamento del conglomerato, il collasso atteso può determinarsi per sfaldamento del calcestruzzo.

Esempio: acciaio da carpenteria La distribuzione di progetto della temperatura nella sezione resistente deve Esempio: acciaio da carpenteria La distribuzione di progetto della temperatura nella sezione resistente deve mantenersi inferiore al valore critico (temperatura in corrispondenza della quale, per un assegnato livello di carico e per una determinata configurazione, ci si aspetta il collasso d’un elemento) – Procedimento tipico del metodo tabellare. La temperatura critica è funzione del grado d’utilizzazione, dello schema statico, del fattore di massività.

Esempio: acciaio da carpenteria Decadimento meccanico degli elementi d’acciaio: n Riduzione della resistenza a Esempio: acciaio da carpenteria Decadimento meccanico degli elementi d’acciaio: n Riduzione della resistenza a rottura n Riduzione della tensione di snervamento n Riduzione del modulo d’elasticità Coefficiente di riduzione della tensione di snervamento dell’acciaio:

Esempio: legno Zona carbonizzata Incendio Linea di carbonizzazione Zona alterata Zona interna Esempio: legno Zona carbonizzata Incendio Linea di carbonizzazione Zona alterata Zona interna

Esempio: legno n n n Zona carbonizzata: situata all’esterno, soggetta a combustione completa, in Esempio: legno n n n Zona carbonizzata: situata all’esterno, soggetta a combustione completa, in essa non si considera più alcuna caratteristica di resistenza meccanica Zona alterata: strato intermedio dello spessore d’alcuni millimetri, in cui le caratteristiche meccaniche sono degradate Zona interna: parte della sezione non ancora investita dall’azione di demolizione termica, in cui la piccola diminuzione delle caratteristiche meccaniche è compensata dall’aumento imputabile all’essiccazione

Azioni termiche: modellazione dell’incendio Equazione del bilancio termico d’un compartimento, riferita all’energia termica scambiata Azioni termiche: modellazione dell’incendio Equazione del bilancio termico d’un compartimento, riferita all’energia termica scambiata nell’unità di tempo (potenza termica): n n n hc he hr hw hg è l'energia termica sviluppata è l'energia termica asportata dai prodotti di combustione è l'energia termica irradiata attraverso le aperture è l'energia termica accumulata negli elementi strutturali e di partizione è l'energia termica accumulata nei gas combusti

Azioni termiche: modellazione dell’incendio (DM 14/09/2005) Per definire le azioni del fuoco, devono essere Azioni termiche: modellazione dell’incendio (DM 14/09/2005) Per definire le azioni del fuoco, devono essere determinati i principali scenari d’incendio e i relativi incendi convenzionali di progetto, sulla base di una valutazione del rischio d’incendio. In linea generale, gli incendi convenzionali di progetto devono essere applicati ad un compartimento dell’edificio alla volta, salvo che non sia diversamente indicato nello scenario d’incendio. In particolare in un edificio multipiano sarà possibile considerare separatamente il carico di incendio dei singoli piani qualora le strutture orizzontali posseggano una capacità di compartimentazione adeguata.

Azioni termiche: modellazione dell’incendio S’individua una funzione, correlante lo stato termico dell’ambiente ed il Azioni termiche: modellazione dell’incendio S’individua una funzione, correlante lo stato termico dell’ambiente ed il tempo, rappresentativa dell’incendio reale, tale da sottoporre l’elemento ad uno stress compatibile con quello che subirebbe durante una vera esposizione al fuoco. n n n Curva CMI 91/61 (non normalizzata) Curva ISO 834 (recepita dalla normativa comunitaria) Curve rappresentative di casi particolari

Curve d’incendio Nominali Adottate per la classificazione delle costruzioni e per le verifiche di Curve d’incendio Nominali Adottate per la classificazione delle costruzioni e per le verifiche di resistenza al fuoco di tipo convenzionale Naturali Determinate in base a modelli e parametri fisici che definiscono le variabili di stato all’interno del compartimento

Azioni termiche: modellazione dell’incendio Azioni termiche: modellazione dell’incendio

Potere calorifico Quantità di calore sviluppata dalla combustione completa, a pressione costante, dell’unità di Potere calorifico Quantità di calore sviluppata dalla combustione completa, a pressione costante, dell’unità di massa o di volume del combustibile, avendo riportato i prodotti della combustione alla temperatura iniziale. Si misura in MJ/kg o MJ/m 3

Carico d’incendio Il danno strutturale è strettamente correlato alla durata ed intensità dell’incendio. L’energia Carico d’incendio Il danno strutturale è strettamente correlato alla durata ed intensità dell’incendio. L’energia termica sviluppata dall’incendio è in diretta relazione con la quantità di materiale combustibile presente, detta carico d’incendio o anche carico del fuoco.

Carico d’incendio specifico (EC 1) Calore totale (potenziale termico) prodotto dalla combustione di tutti Carico d’incendio specifico (EC 1) Calore totale (potenziale termico) prodotto dalla combustione di tutti i materiali combustibili presenti in una determinata area, riferito all’unità di superficie del pavimento. Si misura in MJ/m 2

Carico d’incendio (DM 09/03/2007) Potenziale termico netto della totalità dei materiali combustibili contenuti in Carico d’incendio (DM 09/03/2007) Potenziale termico netto della totalità dei materiali combustibili contenuti in uno spazio, corretto in base ai parametri indicativi della partecipazione alla combustione dei singoli materiali Carico d’incendio specifico: carico d’incendio riferito all’unità di superficie lorda

Carico d’incendio specifico di progetto (DM 09/03/2007) Carico d’incendio specifico corretto in base ai Carico d’incendio specifico di progetto (DM 09/03/2007) Carico d’incendio specifico corretto in base ai parametri indicatori del rischio d’incendio del compartimento e dei fattori relativi alle misure di protezione presenti. Esso costituisce la grandezza di riferimento per le valutazioni della resistenza al fuoco delle costruzioni

Carico d’incendio Valore caratteristico del carico d’incendio specifico: gi Hi mi ψi A è Carico d’incendio Valore caratteristico del carico d’incendio specifico: gi Hi mi ψi A è la quantità del singolo materiale combustibile in kg è il potere calorifico inferiore del singolo materiale è il fattore che descrive la partecipazione alla combustione del singolo materiale combustibile è il fattore che descrive la protezione dal fuoco del singolo materiale combustibile è la superficie planimetrica netta del compartimento o spazio di riferimento

Carico d’incendio Il valore caratteristico del carico d’incendio può essere determinato anche mediante tabelle, Carico d’incendio Il valore caratteristico del carico d’incendio può essere determinato anche mediante tabelle, purché fornite da organismi normatori riconosciuti. I carichi di fuoco permanente, che si prevede non varino durante la vita di servizio d’una struttura, sono introdotti con i loro valori risultanti dalla ricerca; i carichi di fuoco variabili sono rappresentati da valori corrispondenti al frattile superiore d’ordine 0, 80 oppure 0, 95. In ogni caso, il valore rilevato non può essere inferiore ad un minimo fissato dal CNR.

Densità di carico al fuoco caratteristica (EC 1) Valore nominale della densità di carico Densità di carico al fuoco caratteristica (EC 1) Valore nominale della densità di carico d’incendio (DM 14/01/2008) L’uso di valori caratteristici è consigliabile, dato che il carico d’incendio è una tipica grandezza aleatoria, con propria distribuzione di probabilità È però necessario che gli organismi normatori allarghino, mediante studi ed esperienze, il campo della raccolta comparata di dati

Carico d’incendio specifico di progetto (DM 09/03/2007) qf δq 1 δq 2 δn densità Carico d’incendio specifico di progetto (DM 09/03/2007) qf δq 1 δq 2 δn densità di carico al fuoco caratteristica fattore dimensioni del compartimento (≥ 1, 00) fattore tipo d’attività (≥ 0, 80) fattore misure di protezione attiva (≥ 0, 20)

Densità del carico del fuoco di progetto (DM 09/03/2007) Area del compartimento A in Densità del carico del fuoco di progetto (DM 09/03/2007) Area del compartimento A in m 2 δq 1 A < 500 1, 00 500 ≤ A < 1. 000 1, 20 1. 000 ≤ A < 2. 500 1, 40 2. 500 ≤ A < 5. 000 1, 60 5. 000 ≤ A < 10. 000 1, 80 A ≥ 10. 000 2, 00

Densità del carico del fuoco di progetto (DM 09/03/2007) Classi di rischio Descrizione δ Densità del carico del fuoco di progetto (DM 09/03/2007) Classi di rischio Descrizione δ q 2 I Aree che presentano un basso rischio di incendio in termini di probabilità di innesco, velocità di propagazione delle fiamme e possibilità di controllo dell’incendio da parte delle squadre di emergenza 0, 80 II Aree che presentano un moderato rischio di incendio come probabilità d’innesco, velocità di propagazione di un incendio e possibilità di controllo dell’incendio stesso da parte delle squadre di emergenza 1, 00 III Aree che presentano un alto rischio di incendio in termini di probabilità d’innesco, velocità di propagazione delle fiamme e possibilità di controllo dell’incendio da parte delle squadre di emergenza 1, 20

Densità del carico del fuoco di progetto (DM 09/03/2007) Densità del carico del fuoco di progetto (DM 09/03/2007)

Densità del carico del fuoco di progetto (DM 09/03/2007) dni, Funzione delle misure di Densità del carico del fuoco di progetto (DM 09/03/2007) dni, Funzione delle misure di protezione Sistemi automati ci di estinzion e ad ac qu a altr o 0, 60 0, 80 Sistemi di evacuazi one automati ca di fumo e calore Sistemi automati ci di rivelazion e, segnalazi one e allarme di incendio Squadra aziendale dedicata alla lotta antincen dio[ dn 3 dn 4 dn 5 dn 2 Rete idrica antincendio Inter na dn 6 dn 1 Percor si protetti di access o Access ibilità ai mezzi di soccor so VVF intern ae ester na dn 8 dn 9 0, 80 0, 90 dn 7 0, 90 0, 85 0, 90

Calcolo del carico d’incendio Si deve tener conto di tutto ciò che è contenuto Calcolo del carico d’incendio Si deve tener conto di tutto ciò che è contenuto nell’edificio ed è combustibile e degli elementi di costruzione, inclusi i rivestimenti e le finiture Esistono due possibilità: n Esame specifico del caso n Classificazione nazionale sulla base della destinazione d’uso

Esame specifico del caso I carichi d’incendio e le loro combinazioni devono essere stimati Esame specifico del caso I carichi d’incendio e le loro combinazioni devono essere stimati in consultazione con il titolare dell’attività, considerando le finalità d’uso, le forniture, l’installazione, le variazioni con il tempo, gli orientamenti sfavorevoli e le possibili prevedibili modificazioni

Esame specifico del caso I carichi d’incendio sono calcolati sulla base del potere calorifico Esame specifico del caso I carichi d’incendio sono calcolati sulla base del potere calorifico inferiore, ove questo sia definito Può essere presa in considerazione l’umidità del materiale, modificando quindi il potere calorifico da inserire nei calcoli

Classificazione del carico d’incendio in base alla destinazione d’uso La classificazione può avvenire solo Classificazione del carico d’incendio in base alla destinazione d’uso La classificazione può avvenire solo sulla base di prospetti emanati da enti normatori riconosciuti

Densità del carico d’incendio qk per diverse attività in MJ/m 2 (CNR) Destinazione d’uso Densità del carico d’incendio qk per diverse attività in MJ/m 2 (CNR) Destinazione d’uso Val. medio Frattile 0, 95 Civili abitazioni 300 450 Ospedali (stanza) 350 600 Alberghi (stanza) 400 600 Scuole 300 450 Biblioteche 1200 2400 Uffici 300 Attività commerciali 600 Locali di pubblico spettacolo 350 600 Autorimesse sup. sp. parc. < 20 m 2 400 500 Autorimesse sup. sp. parc. > 20 m 2 200 250

Densità del carico d’incendio qk per diverse attività in MJ/m 2 (EC 1) Destinazione Densità del carico d’incendio qk per diverse attività in MJ/m 2 (EC 1) Destinazione d’uso Val. medio Frattile 0, 80 Abitazione 780 948 Ospedale 230 280 Albergo (camera) 310 377 Libreria 1500 1824 Ufficio 420 511 Scuola (aula) 285 347 Centro commerciale 600 730 Teatri e cinema 300 365 Trasporti (spazi pubblici) 100 122

Densità del carico d’incendio qk per diverse attività I valori tabellati sono riferiti alla Densità del carico d’incendio qk per diverse attività I valori tabellati sono riferiti alla destinazione d’uso primaria, non riguardano i locali ad uso specifico (ad es. depositi di materiali combustibili) Nel caso si effettui un’analisi del caso specifico, il valore di qk non può essere inferiore al valore medio indicato dalle tabelle

Comparazione delle densità del carico d’incendio medio qm per diverse attività Destinazione d’uso CNR Comparazione delle densità del carico d’incendio medio qm per diverse attività Destinazione d’uso CNR EC 1 Abitazione 300 780 Ospedale 350 230 Albergo (camera) 400 310 Libreria 1200 1500 Ufficio 300 420 Scuola (aula) 300 285 Centro commerciale 600 Teatri e cinema 350 300

Comparazione delle densità del carico d’incendio caratt. qk per diverse attività Destinazione d’uso CNR Comparazione delle densità del carico d’incendio caratt. qk per diverse attività Destinazione d’uso CNR (0, 95) EC 1 (0, 80) Abitazione 450 948 Ospedale 600 280 Albergo (camera) 600 377 Libreria 2400 1824 Ufficio Scuola (aula) 511 450 Centro commerciale Teatri e cinema 347 730 600 365

Distribuzione del materiale combustibile Quando il materiale combustibile si presenta concentrato in alcuni punti, Distribuzione del materiale combustibile Quando il materiale combustibile si presenta concentrato in alcuni punti, non è corretto calcolare il carico d’incendio riferendolo alla superficie totale del compartimento In un locale grande, un’intensa azione termica di un incendio localizzato può esporre le strutture circostanti a condizioni di riscaldamento di norma associate ad un incendio in più avanzata fase di sviluppo

Distribuzione del materiale combustibile Il DM 14/01/2008 stabilisce che qualora siano presenti elevate dissimmetrie Distribuzione del materiale combustibile Il DM 14/01/2008 stabilisce che qualora siano presenti elevate dissimmetrie nella distribuzione dei materiali combustibili , qk è calcolato con riferimento all’effettiva distribuzione dello stesso. Per incendio localizzato s’intende un focolaio d’incendio che interessa una zona limitata del compartimento, con sviluppo di calore concentrato in prossimità degli elementi strutturali posti superiormente al focolaio o immediatamente adiacenti.

Distribuzione del materiale combustibile L’EC 1 prende in considerazione l’incendio localizzato (governato dal combustibile), Distribuzione del materiale combustibile L’EC 1 prende in considerazione l’incendio localizzato (governato dal combustibile), con diametro non superiore a 10 m Sono valutati gli effetti locali dell’incendio, con particolare riferimento al pennacchio

Classe di capacità portante Classe di capacità portante

Metodo semplificato In funzione del carico d’incendio specifico di progetto qd, la classe di Metodo semplificato In funzione del carico d’incendio specifico di progetto qd, la classe di capacità portante è fornita da una tabella (classe di riferimento) I valori del carico d’incendio e delle caratteristiche del compartimento adottati per l’applicazione del metodo costituiscono un vincolo d’esercizio per le attività da svolgere all’interno della costruzione

Metodo semplificato (DM 09/03/2007) Carichi d’incendio specifici di progetto (qf, d) Classe Non superiore Metodo semplificato (DM 09/03/2007) Carichi d’incendio specifici di progetto (qf, d) Classe Non superiore a 100 MJ/m 2 0 Non superiore a 200 MJ/m 2 15 Non superiore a 300 MJ/m 2 20 Non superiore a 450 MJ/m 2 30 Non superiore a 600 MJ/m 2 45 Non superiore a 900 MJ/m 2 60 Non superiore a 1200 MJ/m 2 90 Non superiore a 1800 MJ/m 2 120 Non superiore a 2400 MJ/m 2 180 Superiore a 2400 MJ/m 2 240

Metodo analitico – Valori minimi (DM 09/03/2007) Carichi d’incendio specifici di progetto (qf, d) Metodo analitico – Valori minimi (DM 09/03/2007) Carichi d’incendio specifici di progetto (qf, d) Classe Non superiore a 300 MJ/m 2 0 Non superiore a 450 MJ/m 2 15 Non superiore a 600 MJ/m 2 20 Non superiore a 900 MJ/m 2 30 Non superiore a 1200 MJ/m 2 45 Non superiore a 1800 MJ/m 2 60 Non superiore a 2400 MJ/m 2 90 Superiore a 2400 MJ/m 2 120

Metodo semplificato I metodi tabellari consentono di procedere con speditezza, forniscono risultati sempre accettabili Metodo semplificato I metodi tabellari consentono di procedere con speditezza, forniscono risultati sempre accettabili e quindi sono spesso affetti da una certa sovrastima. Un minor lavoro d’analisi è compensato da un esito cautelativo

Metodo del tempo equivalente Si valuta il tempo d’esposizione all’incendio standard che può essere Metodo del tempo equivalente Si valuta il tempo d’esposizione all’incendio standard che può essere considerato equivalente all’incendio reale, arrotondandolo alla classe immediatamente superiore La classe risultante, ad ogni modo, non può essere inferiore al valore minimo dato, in funzione del carico d’incendio specifico di progetto qd, dalla tabella precedente

Metodo del tempo equivalente qd carico d’incendio specifico di progetto, in MJ/m 2 kb Metodo del tempo equivalente qd carico d’incendio specifico di progetto, in MJ/m 2 kb fattore di conversione associato alle proprietà termiche delle superfici di chiusura del compartimento, in min·m 2/MJ w fattore di ventilazione associato alla geometria del compartimento ed alle aperture nelle superfici di chiusura

Metodo dell’incendio naturale La capacità portante può essere verificata rispetto all’azione termica dell’incendio naturale, Metodo dell’incendio naturale La capacità portante può essere verificata rispetto all’azione termica dell’incendio naturale, applicata per l’intervallo di tempo necessario al ritorno alla temperatura ordinaria Si adottano curve parametriche semiempiriche d’esposizione al fuoco, che tengono conto delle caratteristiche del combustibile e di quelle del compartimento

Metodo dell’incendio naturale Sono introdotti numerosi fattori nel modello dell’incendio, quali ad esempio: n Metodo dell’incendio naturale Sono introdotti numerosi fattori nel modello dell’incendio, quali ad esempio: n n n Dimensioni delle aperture Superficie laterale del locale Caratteristiche fisiche del contorno (densità, calore specifico, conduttività termica)

Metodo dell’incendio naturale Le curve parametriche sono utilizzabili solo in specificate condizioni: n n Metodo dell’incendio naturale Le curve parametriche sono utilizzabili solo in specificate condizioni: n n Superficie del compartimento compresa tra 100 m 2 e 500 m 2 Altezza del locale fino a 4 m Assenza d’aperture nel soffitto Materiale combustibile distribuito in maniera omogenea

Metodo dell’incendio naturale Esempio di curva parametrica in fase scaldante: Le curve parametriche sono Metodo dell’incendio naturale Esempio di curva parametrica in fase scaldante: Le curve parametriche sono sempre al di sotto della curva standard. Un’analisi accurata dell’ambiente porta a previsioni più realistiche e meno severe Il tempo di resistenza al fuoco non può essere inferiore a valori minimi fissati dal CNR

Curve parametriche: influenza del carico d’incendio sulla temperatura (F. Maestri) Curve parametriche: influenza del carico d’incendio sulla temperatura (F. Maestri)

Livelli di qualità della prestazione (CNR, DM 14/01/2008 e DM 09/03/2007) La capacità portante Livelli di qualità della prestazione (CNR, DM 14/01/2008 e DM 09/03/2007) La capacità portante è esplicitata in classi, stabilite in base al rischio ed alle strategie antincendio per i diversi tipi di costruzione e di attività, riferite all’incendio convenzionale rappresentato dalla curva standard R 15; R 20; R 30; R 45; R 60; R 90; R 120; R 180; R 240; R 360

Livello I Nessun requisito specifico di resistenza al fuoco dove le conseguenze della perdita Livello I Nessun requisito specifico di resistenza al fuoco dove le conseguenze della perdita dei requisiti stessi siano accettabili o dove il rischio di incendio sia trascurabile (in genere non ammesso per le costruzioni soggette a controllo VVF) n n n Nessuna presenza di persone, salvo quella occasionale o di breve durata Nessuna compromissione di altre costruzioni o sistemi di compartimentazione Basso carico d’incendio specifico

Livello II Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo sufficiente all’evacuazione Livello II Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo sufficiente all’evacuazione degli occupanti in luogo sicuro all’esterno della costruzione n n n Affollamento limitato e nessuna presenza di posti letto Massimo due piani fuori terra ed un interrato Nessuna compromissione di altre costruzioni o sistemi di compartimentazione R 30 R 60

Livello III Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo congruo con Livello III Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo congruo con la gestione dell’emergenza n n Livello adeguato, in generale, per tutte le costruzioni, salvo quelle particolarmente sensibili all’incendio Capacità portante funzione del carico d’incendio specifico, corretto mediante opportuni coefficienti

Livello IV Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture per garantire, dopo la fine Livello IV Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture per garantire, dopo la fine dell’incendio, un limitato danneggiamento della costruzione n n n Capacità portante mantenuta per tutta la durata dell’incendio Regime deformativo contenuto Capacità portante residua che consenta interventi di ripristino

Livello V Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture per garantire, dopo la fine Livello V Requisiti di resistenza al fuoco delle strutture per garantire, dopo la fine dell’incendio, il mantenimento della totale funzionalità della costruzione stessa. n n n Capacità portante mantenuta per tutta la durata dell’incendio Regime deformativo trascurabile Capacità portante residua adeguata alla funzionalità immediata della costruzione

Valutazione della stabilità globale (CNR) La progettazione dell’intero organismo strutturale deve indicare tutti gli Valutazione della stabilità globale (CNR) La progettazione dell’intero organismo strutturale deve indicare tutti gli accorgimenti necessari al fine d’evitare il collasso dovuto all’interazione tra diversi elementi, a effetti del secondo ordine o a insufficiente capacità di ridistribuzione delle azioni. È ammessa la ridistribuzione plastica delle caratteristiche di sollecitazione, purché questa non comporti la formazione di meccanismi di collasso.

Valutazione della stabilità globale (CNR) Gli spostamenti conseguenti alle deformazioni non devono provocare alterazioni Valutazione della stabilità globale (CNR) Gli spostamenti conseguenti alle deformazioni non devono provocare alterazioni nel funzionamento dei vincoli, sollecitazioni localizzate o effetti del secondo ordine. Per elementi inflessi occorre controllare che variazioni di lunghezza e rotazioni d’estremità non siano tali da causare perdite d’appoggio, contatti localizzati o fenomeni di ribaltamento.

Conclusioni La resistenza strutturale all’incendio non rappresenta un obiettivo, ma piuttosto uno strumento idoneo Conclusioni La resistenza strutturale all’incendio non rappresenta un obiettivo, ma piuttosto uno strumento idoneo a raggiungere, in concorrenza con altri, un ragionevole livello di sicurezza. Analisi di rischio Strategia antincendio

Bibliografia BONESSIO U. Sulla resistenza al fuoco serve una normativa al passo con l’Europa, Bibliografia BONESSIO U. Sulla resistenza al fuoco serve una normativa al passo con l’Europa, Roma, EPC Antincendio, Settembre 2000 CACIOLAI M. Strutture portanti. Un Eurocodice contro gli incendi, Roma, EPC Antincendio, Settembre 2002 GIOMI G. , PAIS P. R. Antologia organica di prevenzione incendi, Roma, EPC Libri, 2002 LENZI R. Resistenza al fuoco delle strutture, Roma, EPC Libri, 2006 MASINI P. , ROMANO M. , PAVIA R. , RAUSA P. , CIPPONE L. Valutazione della resistenza al fuoco di elementi strutturali in C. A. P. per edifici industriali: metodologie a confronto, Pisa, VGR 2004 DE NICOLO B. Resistenza strutturale di costruzioni in cemento e acciaio dopo un incendio, Roma, EPC Antincendio, Febbraio 1998