dip . ing. strutturale –politecnico di milano · comportamento al fuoco dei sistemi strutturali...
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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
Montefiori Emilio
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
Montefiori Emilio
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
Montefiori Emilio
Titolo 17
EurocodiceEurocodice acciaioacciaio
Montefiori Emilio
Titolo 18
Montefiori Emilio
Titolo 19
Montefiori Emilio
Titolo 20
Montefiori Emilio
Titolo 21
Montefiori Emilio
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
Montefiori Emilio
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
Montefiori Emilio
Titolo 29
Grazie per lGrazie per l’’attenzioneattenzione