Effetti del fuoco (incendio) sul calcestruzzo armato

Effetti del fuoco (incendio)
sul calcestruzzo armato
Effetti generali dell’incendio
a) Distribuzione della temperatura nelle strutture.
Una distribuzione di temperatura non uniforme con differenze di
dilatazione fra strato e strato, sforzi tangenziali, sfaldamento superficiale
o al distacco.
Tipico lo scorticamento della parte inferiore dei solai in laterizio armato
esistenti in locali colpiti da incendi relativamente modesti.
Il rapido aumento di temperatura subita dai mattoni soprastanti il focolaio
provoca dilatazioni differenziali e sforzi che superano il limite di elasticità
del laterizio.
b) Degradazione dei materiali con diminuzione della resistenza.
La degradazione dei materiali con l’aumentare della temperatura spesso
comporta una diminuzione della resistenza sotto sforzo dei materiali che,
una volta superato un certo limite, può portare al cedimento della
struttura.
Effetti generali dell’incendio
c) Dilatazione termica degli elementi e delle strutture.
La dilatazione termica ha conseguenze diverse a seconda dello schema
statico della struttura e dei vincoli.
Dilatazioni termiche libere,
libere non hanno alcun effetto sulle sollecitazione, ma
possono condurre a deformazioni notevoli, che sommate a quelle elastiche,
plastiche e viscose, possono dar luogo a spostamenti o scorrimenti
eccessivi rispetto ai vincoli (per es. appoggi) fino all’abbandono di essi e
quindi al crollo.
Dilatazioni termiche impedite,
impedite anche per modesti aumenti della
temperatura, conducono alla generazione di sforzi normali e momenti
flettenti.
flettenti
Effetti dell’incendio sul calcestruzzo
Il comportamento termico di un calcestruzzo confezionato con cemento
portland è caratterizzato da una modesta dilatazione fino a 100°C per poi
progressivamente subire una contrazione fino a 1000°C e, nel
conseguente raffreddamento, fino a 0°C.
Questo è dovuto alla progressiva disidratazione irreversibile con
conseguente distruzione della struttura cristallina della malta.
Per effetto delle alte temperature il calcestruzzo subisce dei
cambiamenti delle proprie caratteristiche meccaniche dovute alla
progressiva distruzione della struttura cristallina ed alla perdita
dell’acqua di idratazione.
idratazione
Effetti dell’incendio sul calcestruzzo
Per una valutazione sufficientemente approssimata delle caratteristiche
meccaniche del calcestruzzo a varie temperature possono risultare validi i
valori dei coefficienti di riduzione riportati nella tabella seguente per la
resistenza a compressione (cemento portland)
portland).
Temp.°C
Temp
0
250
600
900
1000
colore
grigio
grigio
rosa
fulvo
giallo
aspetto
------
------
poroso
molto poroso friabile poroso
resistenza a
compressione
1
1
0,45
-------
-------
Effetti dell’incendio sul calcestruzzo
Per analisi visiva su strutture incendiate, sono utili le indicazioni dei
valori della resistenza a compressione in funzione del colore assunto dal
calcestruzzo e del suo aspetto superficiale.
superficiale
Il calcestruzzo assume, per variazioni dei suoi componenti, diverse
colorazioni passando dal grigio chiaro al rosa, al grigio scuro al fulvo al
giallo,
giallo con il variare della temperatura dai 600°C ai 1000°C.
Parallelamente la sua superficie diventa sempre più porosa fino a
presentarsi friabile.
Al crescere della temperatura l’acciaio modifica la sua struttura cristallina
perdendo le sue caratteristiche elastiche fino a diventare plastico. E'
importante, per le armature dei manufatti in cemento armato, individuare la
temperatura per la quale si crea una tensione nell’acciaio tale da indurre
allungamento pari al 2 per mille, cioè al limite elastico.
Effetti dell’incendio sul calcestruzzo
Tale temperatura è definita “temperatura critica”.
critica Per gli acciai
comunemente impiegati in edilizia varia tra i 500 ÷ 550 °C, inferiore a
quella del calcestruzzo valutabile per quanto già detto intorno ai 600°C
E' da tenere presente anche il fatto che, mentre nel campo delle
temperature di impiego nelle costruzioni in cemento armato, l’acciaio ed il
calcestruzzo hanno uguale dilatazione termica, per temperature maggiori,
come quelle che possono crearsi per effetto di un incendio l’acciaio
continua a dilatarsi, mentre il calcestruzzo si contrae.
Si creano così stati tensionali elevati che portano alla frantumazione del
calcestruzzo.
Resistenza al fuoco
Attitudine di un elemento da costruzione (componente o struttura) a
conservare - secondo un programma termico prestabilito e per un tempo
determinato.- in tutto o in parte: la stabilità ( R ), la tenuta ( E ) e
l'isolamento termico (I), così definiti:
-stabilità: attitudine di un elemento da costruzione a conservare la
resistenza meccanica sotto l'azione del fuoco;
-tenuta: attitudine di un elemento da costruzione a non lasciar passare nè
produrre -se sottoposto all'azione del fuoco su un lato - fiamme, vapori, o
gas caldi sul lato non esposto;
-isolamento termico: attitudine dell' elemento da costruzione a ridurre,
entro un dato limite, la trasmissione del calore,
Resistenza al fuoco
Pertanto:
-con il simbolo REI si identifica un elemento costruttivo che deve
conservare, per un tempo determinato, la stabilità, la tenuta e l'isolamento
termico;
-con il simbolo RE identifica un elemento costruttivo che deve conservare,
per un tempo determinato, la stabilità, la tenuta;
-con il simbolo R si identifica un elemento costruttivo che deve conservare,
per un tempo determinato, la stabilità.
In relazione ai requisiti dimostrati gli elementi strutturati vengono
classificati da un numero che esprime i minuti primi.
Per la classificazione degli elementi non portanti il criterio R è
automaticamente soddisfatto quando siano soddisfatti i criteri E ed I.
Resistenza al fuoco
I tre requisiti REI devono essere garantiti per un tempo, corrispondente
alla prestazione richiesta, che viene rilevato sperimentalmente mediante
prove al forno su elementi costruttivi nella loro interezza e non suoi singoli
componenti, sottoposti alle sollecitazioni previste per le condizioni di
esercizio.
Non sempre le prestazioni richieste si riferiscono a tutti e tre i requisiti; per
elementi portanti senza funzione di separazione (travi, pilastri) la
prestazione richiesta si riferisce solo alla R, per elementi portanti con
funzione di separazione (pareti in muratura, solai) ci si riferisce
generalmente a tutti e tre i requisiti, per elementi di separazione non
portanti (porte, serrande) ci si riferisce soltanto ai requisiti E, I.