Tattoni - Associazione aicap

Il nuovo quadro normativo
sulla progettazione antincendio
delle strutture di calcestruzzo armato
ROMA 8 febbraio 2008
L’EUROCODICE 1992-1-2
Prof. Ing. Sergio Tattoni
Università degli Studi di Cagliari
Nuove norme tecniche
Rivoluzione nel campo normativo italiano
Arrivano gli eurocodici!
Nuove norme tecniche
Il quadro normativo sul fuoco
DM 16.02.2007
Classificazione di resistenza al fuoco dei prodotti e
delle opere da costruzione
DM 9.03.2007
Prestazioni di resistenza al fuoco delle costruzioni
nelle attività soggette al controllo del Corpo
nazionale dei VF
DM 9.05.2007
Direttive per l’attuazione dell’approccio
ingegneristico alla sicurezza antincendio.
NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI
(pubblicato pochi giorni fa)
Nuove norme tecniche
Dal DM 16.02.2007
L’articolo 2 introduce le nuove classificazioni di resistenza al fuoco
facendo riferimento ad apposito allegato:
“I prodotti e gli elementi costruttivi vengono classificati in base alle loro
caratteristiche di resistenza al fuoco, secondo i simboli e le classi indicate
nelle tabelle al presente decreto, in conformità alle decisioni della
Commissione dell’Unione europea 2000/367/CE del 3 maggio 2000 e
2003/629/CE 7 agosto 2003”
Nuove norme tecniche
Le novità: simboli e classi
Nuove norme tecniche
Caratteristiche del decreto
ha una portata generale poiché si applica a tutti i prodotti/elementi
costruttivi per i quali e’ richiesto il requisito della sicurezza in caso di
incendio e quindi va oltre le attività soggette ai regolamenti o ai controlli di
prevenzione incendi, nello spirito del Decreto del Ministero delle
Infrastrutture e dei Trasporti 14 settembre 2005 (NTC)
riorganizza il quadro normativo sulla resistenza al fuoco, in relazione
alla necessaria attuazione delle decisioni della commissione europea
2000/367/CEE E 2003/629/CEE per quanto attiene le nuove classificazioni
di resistenza al fuoco ed al recepimento della Raccomandazione UE
2003/887/CE riguardante il ricorso agli eurocodici. In relazione a tale fatto
esso recepisce o introduce:
- 3 NORME EN per la classificazione di prodotti ed elementi costruttivi
resistenti al fuoco;
- 22 Norme EN di prova;
- 6 Norme EN per la caratterizzazione sperimentale dei sistemi protettivi;
- 5 Norme EN di calcolo strutturale;
- 3 Norme UNI di calcolo strutturale;
- 15 tabelle per la progettazione / verifica spedita di elementi costruttivi
resistenti al fuoco
IL DECRETO 9 MARZO 2007
Nuove norme tecniche
Prestazioni di resistenza al fuoco delle costruzioni nelle attività soggette al
controllo del Corpo nazionale dei vigili del fuoco.
Si tratta di una conferma e rielaborazione della parte dedicata alle
protezione al fuoco delle costruzioni, contenuta nel decreto del Ministero
delle Infrastrutture e dei Trasporti 14 settembre 2005, pubblicato nel
supplemento ordinario alla G.U. della Rep. Italiana n. 222 del 23
settembre 2005, recante norme tecniche per le costruzioni
Necessità di aggiornare i criteri per determinare le prestazioni di resistenza
al fuoco che devono possedere le costruzioni nelle attività soggette al
controllo dei vigili del fuoco.
Nuove norme tecniche
Oggetto e campo di applicazione
Il decreto stabilisce i criteri per determinare le prestazioni di resistenza
al fuoco che devono possedere le costruzioni nelle attività soggette al
controllo del Corpo nazionale dei Vigili del fuoco, ad esclusione delle
attività per le quali le prestazioni di resistenza al fuoco sono
espressamente stabilite da specifiche regole tecniche di prevenzione
incendi
Le disposizioni si applicano alle attività i cui progetti sono presentati ai
Comandi provinciali dei vigili del fuoco competenti per territorio, per
l’acquisizione del parere di conformità, in data successiva all’entrata in
vigore del presente decreto.
Richieste di prestazione (Vedi D.M.14.09.2005)
Nuove norme tecniche
Le prestazioni da richiedere ad una costruzione, in funzione degli obiettivi
di sicurezza, sono individuate nei seguenti livelli:
Nuove norme tecniche
Disposizioni tecniche (Art. 3)
Contenute nell’apposito allegato al decreto, nel quale vengono
recepite le nuove definizioni e metodologie europee in materia
(cpd 89/106/cee + id 2 + eurocodice 1 parte 2)
Disposizioni tecniche (allegato)
Nuove norme tecniche
)
3.3 Livello III di prestazione
1. Il livello III di prestazione può ritenersi adeguato per tutte le
costruzioni rientranti nel campo di applicazione del presente decreto
fatte salve quelle per le quali sono richiesti i livelli IV o V.
2. Le classi di resistenza al fuoco necessarie per garantire il livello III
sono indicate nella tabella 4, in funzione del carico d’incendio specifico
di progetto (qf,d) definito al punto 2.
Nuove norme tecniche
Disposizioni tecniche (allegato):
elementi secondari
6. Per i soli elementi strutturali secondari contenuti in costruzioni che
devono garantire il livello III di prestazione è consentito limitare il
requisito di resistenza al fuoco alla classe 30, purché siano verificate
tutte le seguenti condizioni:
a) l’eventuale crollo degli elementi strutturali secondari non compromette
la capacità portante di altre parti della struttura;
b) l’eventuale crollo degli elementi strutturali secondari non compromette
l’efficacia di elementi costruttivi di compartimentazione e di impianti di
protezione attiva;
c) l’eventuale crollo degli elementi strutturali secondari non deve costituire
un significativo rischio per gli occupanti e per i soccorritori.
ATTENZIONE!
La prestazione richiesta non può essere immediatamente confrontata
 né con la durata di un incendio reale,
 né con il tempo effettivo di arrivo dei VF sul luogo del sinistro.
EN 1992-1-2
EN 1992-1-2:
oggetto della normativa
Il testo principale della EN 1992-1-2, insieme agli annessi informativi
A, B, C, D and E, include la maggior parte dei concetti principali e
delle regole necessarie per il progetto strutturale degli elementi in
conglomerato armato nella situazione di incendio.
EN 1992-1-2:
contenuto
EN 1992-1-2
Testo principale (prescrittivo)
1 Generalità
2 Principi della progettazione
3 Proprietà dei materiali
4 Procedure di progettazione
5 Dati tabellari
6 Calcestruzzo ad alta resistenza (HSC high strength concrete)
Allegati informativi
A Mappe termiche
B Metodi di calcolo semplificati
C Instabilità dei pilastri in condizione di incendio
D Metodo di calcolo per taglio, torsione e ancoraggi
E Metodi di calcolo semplificati per travi e piastre.
EN 1992-1-2
Capitolo 1: procedure di verifica
EN 1992-1-2
Capitolo 1: metodi alternativi di verifica
INCENDIO STANDARD ISO 834
Incendio standard
I requisiti R, E ed I quando
richiesti, devono essere
garantiti per il tempo
richiesto di esposizione al
fuoco
 gs( t )  345 log ( 8 t  1)  20
INCENDIO STANDARD ISO 834
temperatura °C
1200
900
600
300
INCENDIO ALL'ESTERNO

 ge( t )  660 1  0.687 e
 0.32 t
 0.313 e
 3.8 t
0
60
120
180
240
tempo t [min]
300
360
INCENDIO DI IDROCARBURI
  20

 gi( t )  1080 1  0.325 e
INCENDIO ALL'ESTERNO
 0.167 t
 0.675 e
 2.5 t
  20
INCENDIO DI IDROCARBURI
1500
1200
1200
temperatura °C
1500
900
600
300
0
t  0  1  360
1500
0
temperatura °C
EN 1992-1-2
Capitolo 2: basi del progetto
incendi di progetto
900
600
300
0
60
120
180
240
tempo t [min]
300
360
0
0
60
120
180
240
tempo t [min]
300
360
Capitolo 2: basi del progetto
incendi di progetto
INCENDIO PARAMETRICO
1500
Tempo
equivalente =
80.9 min
1200
temperatura °C
EN 1992-1-2
Incendio parametrico
I requisiti R, E ed I quando richiesti, devono essere garantiti per l’intera
durata dell’incendio inclusa la fase di raffreddamento o per uno
specificato tempo equivalente.
900
600
.
300
0
0
30
60
tempo t [min]
parametrico
ISO 834
90
120
Tempo di
estinzione =
90.9 min
Capitolo 2: basi del progetto
azioni e valori di progetto delle proprietà dei materiali
EN 1992-1-2
Le azioni termiche e meccaniche devono essere prese da EN 1991-1-2
Oltre a quanto riportato in EN 1991-1-2, l’emissività della superficie di
calcestruzzo deve essere assunta pari a 0.7
I valori di progetto delle caratteristiche meccaniche dei materiali
(resistenza e deformabilità) sono definite da:
Xd,fi = kθ Xk/γMfi
Fattore di riduzione funzione
della temperatura θ
I valori di progetto delle caratteristiche termiche dei materiali sono
definite da:
Xd,fi = Xθ/γMfi
Capitolo 2: basi del progetto
metodi di verifica (1)
Si deve verificare che durante il tempo di esposizione all’incendio t
risulti:
Ed,fi  Rd,t,fi
EN 1992-1-2
La verifica può essere svolta:
PER ELEMENTI
riducendo le azioni risultanti dal calcolo a freddo a mezzo del
coefficiente ηfi che tiene conto delle quote di carichi permanenti ed
accidentali e dai coefficienti a freddo e a caldo
EN 1992-1-2
Capitolo 2: basi del progetto
metodi di verifica (2)
PER SOTTOSTRUTTURE
Analizzando parte della struttura, applicando alla sotto-struttura da
analizzare le reazioni calcolate dal calcolo a freddo al tempo t = 0.
Si suppone quindi che le reazioni vincolari e le condizioni al contorno
siano indipendenti dal tempo durante l’esposizione al fuoco.
Gli effetti delle deformazioni termiche e le variazioni di rigidezza
devono invece essere considerate nell’analisi della sotto-struttura.
EN 1992-1-2
Capitolo 2: basi del progetto
metodi di verifica (3)
ANALISI GLOBALE
Analizzando l’intera struttura, tenendo in conto sia delle deformazioni
termiche che delle variazioni di rigidezza oltre che delle variazioni
delle caratteristiche termo-meccaniche dei materiali durante il tempo di
esposizione al fuoco.
Capitolo 3: proprietà dei materiali
generalità
EN 1992-1-2
Si danno le proprietà termo-meccaniche dei materiali
Calcestruzzo
Acciaio
in funzione della temperatura.
I valori di riferimento a 20°C sono quelli riportati nella EN 1992-1-1.
I valori indicati in questo capitolo possono essere utilizzati sia
nell’applicazione dei metodi semplificati di calcolo che di quelli
generali.
Va però precisato che i valori indicati provengono da sperimentazioni si
materiali sottoposti a incendio standard (ISO 834) e quindi non sono
rigorosamente applicabili nel caso di temperatura decrescente (fase di
estinzione).
Capitolo 3: proprietà dei materiali
calcestruzzo – caratteristiche meccaniche
fattore di riduzione
EN 1992-1-2
Calcestruzzo compresso
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
siliceo
calcareo
20
200 400 600 800 1000 1200
temperatura °C
Per il calcestruzzo compresso viene dato il legame costitutivo mediante
una equazione (fig.3.1) ed i valori dei parametri caratteristici fc,θ εc1,θ
εcu1,θ a varie temperature (Tabella 3.1) e distinguendo fra inerti silicei e
calcarei.
Per il calcolo semplificato è possibile utilizzare semplicemente il fattore
di riduzione della resistenza kc(θ) = fcθ/fc.
Capitolo 3: caratteristiche dei materiali
calcestruzzo – caratteristiche meccaniche
EN 1992-1-2
Calcestruzzo teso
Per la resistenza a trazione viene dato soltanto il valore di riduzione kc,t(θ)
della resistenza stessa.
Il valore indicato, largamente cautelativo, viene utilizzato nel calcolo della
resistenza a taglio.
EN 1992-1-2
Capitolo 3: caratteristiche dei materiali
acciaio – caratteristiche meccaniche
Anche per l’acciaio (sia normale che ad alta resistenza) vengono date le
equazioni valide nei diversi campi mediante la definizione di opportuni
parametri in funzione della temperatura (fig. 3.3).
Per il calcolo semplificato è possibile definire solamente il coefficiente di
riduzione ks(θ) = fy,θ/fy.
Capitolo 3: caratteristiche dei materiali
dilatazione termica
EN 1992-1-2
Calcestruzzo
Acciaio
Capitolo 3: caratteristiche dei materiali
calcestruzzo – caratteristiche termiche
EN 1992-1-2
Calore specifico
Conducibilità
termica
EN 1992-1-2
Capitolo 4: procedure di progetto
4.2 Metodi di calcolo semplificati
Si basano sostanzialmente sul concetto di riduzione di sezione e
sulla riduzione della capacità resistente ultima (di cls ed
acciaio). Le temperature possono essere desunte per pochi punti
significativi a mezzo di mappe termiche.
4.3 Metodi di calcolo generali
Prevedono la definizione dettagliata delle mapper termiche e
l’implementazione dei legami costitutivi dei materiali, funzione
della temperatura.
4.4 Taglio torsione ed ancoraggi
Non si richiede verifica specifica applicando i dati tabellari.
4.5 Spalling
4.6 Giunti
4.7 Strati protettivi
Capitolo 5: dati tabellati
principi
Il capitolo 5 fornisce gli strumenti per la verifica della prestazione R:
• Elementi semplici in ca e cap (travi singole e continue, pilastri,
solette in semplice appoggio e continuità, pareti)
EN 1992-1-2
• Esposizione a incendio standard (ISO 834) sino a 240’
I valori tabellati sono di natura sostanzialmente empirica, confermati
dall’esperienza e dalla interpretazione teorica delle prove.
I valori indicati sono conservativi.
Nel caso di verifica con il metodo tabellare, non sono necessarie
ulteriori verifiche per spalling (salvo lo spessore del copriferro),
taglio, torsione, e dettagli di armatura (!).
La funzione di separazione (requisiti prestazionali E ed I) è
automaticamente soddisfatta se sono rispettati i valori minimi per
piastre e pareti riportati nella Tab. 5.3)
Capitolo 5: dati tabellati
principi (2)
Il valori tabellati si riferiscono alla curva di degrado dell’acciaio e ad
una temperatura critica di 500 °C.
EN 1992-1-2
Per temperature critiche diverse possono essere apportate opportune
correzioni ai valori tabellati (formule 5.2 5.3 e 5.4)
Capitolo 5: dati tabellati
grandezze significative
Le tabelle riportano i valori minimi delle grandezze geometriche:
a = posizione delle armature (baricentro termico (?))
EN 1992-1-2
b = larghezza della sezione
Capitolo 5: dati tabellati
esempio di tabella per travi
Travi continue
EN 1992-1-2
Travi semplicemente appoggiate
Vengono anche indicate tre classi WA, WB e WC in funzione della
larghezza dell’anima, da definire nei NAD.
EN 1992-1-2
Capitolo 5: dati tabellati
disposizione armature
Le indicazioni di ricoprimento dei diagrammi del momento flettente
intendono fornire un presidio nei confronti dell’incremento dei momenti
di continuità per effetto delle distorsioni termiche (incendio
all’intradosso).
Capitolo 5: dati tabellati
piastre
EN 1992-1-2
Piastre piene (semplice appoggio)
Piastre nervate (semplice
appoggio)
Capitolo 5: dati tabellati
considerazioni
La parte dedicata alle tabelle è particolarmente corposa (circa 20 pagg.)
e deriva sostanzialmente dalle DIN 4102.
EN 1992-1-2
La derivazione dei dati è, come si è detto, empirica e non sempre è
possibile risalire ai valori tabellati mediante l’applicazione dei metodi
analitici di calcolo.
Il tentativo di adattare le tabelle a condizioni particolari (p.e. minor
carico rispetto a quello di calcolo) rende il loro impiego meccanicistico e
farraginoso e non sempre fisicamente giustificabile. Ne va a scapito
della immediatezza e semplicità che normalmente si chiede
all’applicazione di un metodo tabellare.
Sarebbe auspicabile, a livello manualistico, la redazione di tabelle di
pronto impiego (tipo quelle della UNI 9502) desunte dal calcolo
analitico.
Capitolo 6: calcestruzzi ad alta resistenza (HSC)
Vengono definite le classi del calcestruzzo:
Classe 1: C 55/67 e C 60/75
Classe 2: C 70/85 e C 80/95
EN 1992-1-2
Classe 3: C 90/105
per le quali si danno i rispettivi valori del coefficiente di riduzione.
Capitolo 6: calcestruzzi ad alta resistenza (HSC)
EN 1992-1-2
È possibile applicare i metodi di verifica per i calcestruzzi ordinari, a patto
di prestare attenzione allo spalling ed apportare riduzioni dei momenti
resistenti (metodi analitici semplificati) ed aumenti della dimensione
mimima (metodi tabellari).
k = 1.1 per la classe 1
k = 1.3 per la classe 2
Per la classe 3 k deve essere determinato con metodi più accurati
Allegato A: mappe termiche
piastre e travi
Vengono riportati i profili di temperatura per incendio standard (ISO634)
per le sezioni di più frequente applicazione. Le mappe sono calcolate con le
caratteristiche dei materiali riportate nel capitolo 3 e per 1.5% di H2O.
EN 1992-1-2
piastra
trave
Allegato A: mappe termiche
pilastri
EN 1992-1-2
Pilastro quadrato
Pilastro circolare
Allegato B: metodi semplificati di calcolo
flessione semplice e composta
1. metodo dell’isoterma dei 500 °C (Anderberg)
EN 1992-1-2
2. metodo delle zone (Hertz)
Si basano sul concetto di riduzione geometrica della geometria in funzione
del danno del cls e della riduzione della tensione di snervamento
dell’acciaio in funzione della temperatura.
Il calcolo dei momenti resistenti viene condotto con i ben noti metodi del
calcolo a freddo.
Allegato B: metodi semplificati di calcolo
instabilità di pilastri
Il metodo consiste nel desumere le curvature a caldo suddividendo al
sezione in zone di ugual temperatura.
EN 1992-1-2
La verifica si effettua con la teoria della “colonna modello”.
EN 1992-1-2
Allegato C: instabilità di pilastri
Vengono fornite tabelle per la
verifica di pilastri in
condizione di incendio; si
suppone la struttura
controventata, pertanto la
lunghezza di libera
inflessione è pari all’altezza
di interpiano.
Le tabelle vengono date per
diversi valori della
percentuale di armatura e
dell’eccentricità.
Allegato D: metodi di calcolo per taglio e torsione, ancoraggi
taglio (1)
EN 1992-1-2
Il procedimento è analogo a quello definito nell’allegato B, salvo che la
temperatura delle staffe viene definita in un particolare punto P.
Allegato D: metodi di calcolo per taglio e torsione, ancoraggi
taglio (2)
La scelta di P si basa sull’osservazione che la tensione e la temperatura
nelle staffe non sono uniformi e pertanto il punto più caldo non coincide
necessariamente con quello più sollecitato (Tattoni, Campanale).
EN 1992-1-2
Z
mas s imo
=~ h t s
t
Allegato D: metodi di calcolo per taglio e torsione, ancoraggi
torsione
EN 1992-1-2
Analogamente si procede per la torsione.
Allegato E: metodi di calcolo semplificati per travi e solette.
EN 1992-1-2
Ipotizzando che il collasso avvenga per formazione di un sufficiente
numero di cerniere plastiche, si danno dei criteri per calcolare il carico
ultimo.
EN 1992-1-2
Grazie per l’attenzione!