Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli

NORMA ITALIANA
Procedimento analitico per valutare la resistenza al
fuoco degli elementi costruttivi di conglomerato
cementizio armato, normale e precompresso
UNI 9502
Seconda edizione
MAGGIO 2001
Analytical fire resistance assessment of reinforced concrete and
prestressed concrete structural elements
CLASSIFICAZIONE ICS
13.220.50
SOMMARIO
La norma specifica un metodo di calcolo per la valutazione della resistenza al fuoco di elementi singoli di conglomerato cementizio armato
(normale e precompresso), sottoposti all’incendio normalizzato e si
applica ad elementi costruttivi di conglomerato cementizio armato, con
armatura ordinaria e/o di precompressione, anche protetti da idonei rivestimenti.
RELAZIONI NAZIONALI
La presente norma è la revisione della UNI 9502:1989.
RELAZIONI INTERNAZIONALI
ORGANO COMPETENTE
Commissione "Ingegneria strutturale"
Commissione "Comportamento all’incendio"
RATIFICA
Presidente dell’UNI, delibera dell’8 maggio 2001
UNI
Ente Nazionale Italiano
di Unificazione
Via Battistotti Sassi, 11B
20133 Milano, Italia
© UNI - Milano
Riproduzione vietata. Tutti i diritti sono riservati. Nessuna parte del presente documento
può essere riprodotta o diffusa con un mezzo qualsiasi, fotocopie, microfilm o altro, senza
il consenso scritto dell’UNI.
Gr. 7
UNI 9502:2001
Pagina I
PREMESSA
La presente norma è stata elaborata dalla Commissione "Ingegneria strutturale" e dalla Commissione "Comportamento all’incendio"
dell’UNI, nell’ambito del Gruppo di lavoro misto "Resistenza all’incendio delle strutture portanti", con il contributo determinante del
Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco (CNVVF).
La Commissione Centrale Tecnica ha dato la sua approvazione il
22 marzo 2001.
Rispetto all’edizione precedente è stato aggiornato il testo per allinearlo al quadro normativo di riferimento in evoluzione in ambito europeo (Eurocodici, parti relative alla progettazione della resistenza
all’incendio delle strutture).
Le norme UNI sono revisionate, quando necessario, con la pubblicazione di nuove edizioni o di aggiornamenti.
È importante pertanto che gli utilizzatori delle stesse si accertino di
essere in possesso dell’ultima edizione e degli eventuali aggiornamenti.
Si invitano inoltre gli utilizzatori a verificare l’esistenza di norme UNI
corrispondenti alle norme EN o ISO ove citate nei riferimenti normativi.
Le norme UNI sono elaborate cercando di tenere conto dei punti di vista di tutte le parti
interessate e di conciliare ogni aspetto conflittuale, per rappresentare il reale stato
dell’arte della materia ed il necessario grado di consenso.
Chiunque ritenesse, a seguito dell’applicazione di questa norma, di poter fornire suggerimenti per un suo miglioramento o per un suo adeguamento ad uno stato dell’arte
in evoluzione è pregato di inviare i propri contributi all’UNI, Ente Nazionale Italiano di
Unificazione, che li terrà in considerazione, per l’eventuale revisione della norma stessa.
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INDICE
1
SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE
1
2
RIFERIMENTI NORMATIVI
1
3
DEFINIZIONI
1
4
SIMBOLI
2
5
5.1
5.2
PRINCIPI DI BASE
3
Classi di resistenza al fuoco ............................................................................................................... 3
Applicazione del procedimento analitico ...................................................................................... 3
6
prospetto
1
prospetto
2
prospetto
3
prospetto
4
DETERMINAZIONE DELLE TEMPERATURE NEGLI ELEMENTI ESPOSTI
AL FUOCO
3
Determinazione analitica ...................................................................................................................... 4
Determinazione sperimentale ............................................................................................................ 5
Determinazione mediante mappatura termica .......................................................................... 6
Solette piane esposte sull'intradosso (s = 30 cm) ............................................................................. 6
Mappatura termica su sezione a T ......................................................................................................... 7
Mappatura termica su sezione quadrata .............................................................................................. 9
Determinazione in presenza di rivestimenti protettivi......................................................... 10
Spessori equivalenti di materiali protettivi ......................................................................................... 10
prospetto
5
VERIFICA DELLA RESISTENZA AL FUOCO
10
Verifica del criterio di capacità portante (R) ............................................................................ 10
Verifica del criterio di tenuta e di isolamento (EI) ................................................................. 11
Spessore minimo dello strato continuo e uniforme di materiale isolante ............................... 11
prospetto
6
6.1
6.2
6.3
6.4
7
7.1
7.2
8
AZIONI
9
9.1
12
Coefficienti di combinazione delle azioni ........................................................................................... 12
PROPRIETÀ DEI MATERIALI
13
Conglomerato cementizio ................................................................................................................. 13
figura
1
9.2
Coefficienti kc(θ) e kct(θ) per la valutazione della diminuzione della resistenza
caratteristica del conglomerato cementizio all’aumentare della temperatura ....................... 14
Acciaio ......................................................................................................................................................... 14
figura
2
10
Coefficienti ks1(θ), ks2(θ), kb(θ) e kp(θ) per la valutazione della diminuzione della
resistenza caratteristica dei tre tipi di acciaio all’aumentare della temperatura ................... 15
COEFFICIENTE DI SICUREZZA DEI MATERIALI NELLA VERIFICA DELLA
CAPACITÀ PORTANTE DI ELEMENTI ESPOSTI ALL'INCENDIO
CONVENZIONALE
15
APPENDICE
(normativa)
A.1
A
prospetto A.1
A.2
A.3
figura
A.1
VERIFICA DELLA CAPACITÀ PORTANTE CON METODI SEMPLIFICATI
16
Verifica con il sistema tabellare ..................................................................................................... 16
Distanze a (cm), dell'asse dell'acciaio dalla superficie esposta al fuoco ................................ 17
Verifica con il metodo del fattore di riduzione medio .......................................................... 17
Verifica con il metodo della sezione equivalente.................................................................. 18
Esempio di una sezione equivalente di una trave ad I ................................................................. 19
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1
SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE
La presente norma specifica un metodo di calcolo per la valutazione della resistenza al
fuoco di elementi singoli di conglomerato cementizio armato (normale e precompresso),
sottoposti all'incendio rappresentato dalla curva temperatura/tempo normalizzata.
Questo metodo può essere considerato alternativo al metodo sperimentale ivi indicato in
quanto valuta la resistenza al fuoco dell'elemento, come se questo fosse posizionato su
un ideale forno di prova.
La presente norma non entra quindi nel merito della verifica del sistema strutturale soggetto ad incendio.
Nota
Sarà cura del progettista, in relazione alla classificazione della resistenza al fuoco di un comparto, valutare
l'idoneità del sistema strutturale, delle unioni, dei dettagli costruttivi e di ogni altra particolarità strutturale nel
rispetto di regole e specifiche tecniche non trattate in questa norma.
La presente norma si applica ad elementi costruttivi di conglomerato cementizio armato,
con armatura ordinaria e/o di precompressione, anche protetti da idonei rivestimenti. Il
conglomerato cementizio può essere costituito da aggregati normali o leggeri o speciali.
La presente norma non si applica né alle pareti o murature in blocchi di conglomerato cementizio, né ai singoli blocchi.
Il metodo di calcolo è estrapolabile a programmi di esposizione termica diversi dalla curva
temperatura/tempo normalizzata purché sia comprovata l’applicabilità a tali casi delle ipotesi e dei riferimenti di cui in 6.
2
RIFERIMENTI NORMATIVI
UNI ENV 1991-2-2
UNI ENV 1992-1-2
3
Eurocodice 1 - Basi di calcolo ed azioni sulle strutture - Parte 2-2:
Azioni sulle strutture - Azioni sulle strutture esposte al fuoco
Eurocodice 2 - Progettazione delle strutture in calcestruzzo - Parte 1-2:
Regole generali - Progettazione della resistenza all'incendio
DEFINIZIONI
Ai fini della presente norma valgono le definizioni riportate nelle UNI ENV 1991-2-2 e
UNI ENV 1992-1-2. Per maggior chiarezza, si riportano le seguenti definizioni:
3.1
curve temperatura/tempo nominali: Andamento nel tempo della temperatura dei gas
nell’intorno della superficie degli elementi costruttivi.
3.2
curva temperatura/tempo nominale normalizzata: Variazione della temperatura, in funzione del tempo, prescritta secondo una specifica modalità durante una prova di resistenza al fuoco normalizzata.
θ g = 20 + 345 log 10 ( 8t + 1 )
dove:
θg
è la temperatura del gas in caso di incendio [°C];
t
3.3
è il tempo di esposizione all’incendio [min].
stato limite ultimo di collasso: Stato corrispondente alla perdita di capacità portante
dell'elemento strutturale per rottura o instabilità.
3.4
compartimento antincendio: Uno spazio in un edificio comprendente uno o più piani, delimitato da strutture o elementi di separazione, tali da prevenire la propagazione del fuoco
al di là del compartimento durante la specifica esposizione al fuoco.
3.5
resistenza al fuoco: Capacità di un elemento di conservare, per un periodo di tempo stabilito, la richiesta stabilità e/o tenuta e/o isolamento termico, e/o ogni altra prestazione attesa definita in una prova di resistenza al fuoco normalizzata.
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3.6
capacità portante (R): Capacità di un elemento o di una struttura di sostenere determinate azioni durante la pertinente prova di resistenza al fuoco.
3.7
capacità di compartimentazione (RE o REI): Capacità di un elemento di separazione
esposto al fuoco su una sola faccia, di impedire il passaggio di fiamme e gas caldi o l’apparire di fiamme sulla faccia non esposta e di limitare ad un determinato valore il passaggio di calore, per un tempo prestabilito durante una specifica esposizione al fuoco.
3.8
elemento protetto: Elemento per il quale vengono adottati rivestimenti atti a ridurre l’aumento di temperatura, dovuto all’incendio, nell’elemento stesso.
4
SIMBOLI
Si adottano i simboli della UNI ENV 1991-2-2 e della UNI ENV 1992-1-2 e in particolare:
θ
Temperatura
t
Tempo di esposizione all'incendio
Ffi,d
Azione di progetto in caso d’incendio
Efi,d
Effetto delle azioni di progetto in caso di incendio
Ed
Effetto delle azioni di progetto a temperatura ambiente
ηfi
Fattore di riduzione in caso di incendio delle azioni assunte a temperatura ordinaria
a
Distanza dell'asse della barra di acciaio dalla più vicina superficie esposta al fuoco
Cc
Calore specifico del conglomerato cementizio
ρc
Massa volumica del conglomerato cementizio
λc
Conducibilità termica del conglomerato cementizio
hnet,d Flusso di calore netto di progetto
αc
Coefficiente di scambio di calore per convezione
αr
Coefficiente di scambio di calore per irraggiamento
εres
Fattore di emissività risultante
B
Costante di Stefan-Boltzmann
fck(θ) Resistenza caratteristica a compressione del conglomerato cementizio alla temperatura θ
fsk(θ) Resistenza caratteristica allo snervamento dell'acciaio ordinario alla temperatura θ
fpk(θ) Resistenza caratteristica allo snervamento dell'acciaio da pretensione alla temperatura θ
fbk(θ) Resistenza caratteristica allo snervamento delle barre da pretensione alla temperatura θ
kθ
Fattore di riduzione per la valutazione della resistenza alla temperatura θ
γM,fi
Coefficiente parziale di sicurezza per il materiale in caso d’incendio
σc,fi
Tensione di compressione nel conglomerato cementizio in caso d’incendio
σs,fi
Tensione nell'acciaio ordinario in caso d’incendio
σp,fi
Tensione nell'acciaio di precompressione (fili, trecce, trefoli) in caso d’incendio
σb,fi
Tensione nelle barre di pretensione in caso d’incendio
θg
Temperatura dei gas in caso di incendio
θm
Temperatura di superficie dell’elemento
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5
PRINCIPI DI BASE
5.1
Classi di resistenza al fuoco
Per ogni elemento costruttivo di un compartimento, può essere richiesta la resistenza al
fuoco secondo i criteri R, E ed I.
Ogni elemento costruttivo può quindi essere classificato per:
- la sola capacità portante, con simbolo R, qualora rispetti il criterio della capacità portante (per esempio può essere richiesta per elementi strutturali interni al compartimento);
- la capacità di compartimentazione, con simbolo RE, qualora rispetti il criterio della capacità portante e il criterio della tenuta (per esempio può essere richiesta per gli elementi di tamponamento oppure per la copertura di un compartimento);
- la capacità di compartimentazione, con simbolo REI, qualora rispetti il criterio della
capacità portante, il criterio della tenuta e il criterio dell'isolamento (per esempio può
essere richiesta per gli elementi di separazione tra due compartimenti).
Le classi di resistenza al fuoco sono espresse dai simboli R, RE o REI seguiti da un numero (30, 60, 90, 120, 180, 240) che esprime il tempo in minuti per il quale il rispetto del
criterio (o dei criteri) è garantito.
Nota
Le classi di resistenza al fuoco 15, 20 e 45, previste da altre norme e regolamenti, non vengono contemplate
in questa norma. Se richieste si farà riferimento alla classe immediatamente superiore.
Le classi di resistenza al fuoco sono riferite alla curva temperatura/tempo normalizzata.
Agli elementi costruttivi viene attribuita la classe immediatamente inferiore al tempo per il
quale è rispettato il criterio (o i criteri) di resistenza al fuoco.
5.2
Applicazione del procedimento analitico
L’applicazione del procedimento analitico per la valutazione della resistenza al fuoco degli
elementi costruttivi deve tener conto delle effettive caratteristiche geometriche, fisiche e
meccaniche dell’elemento e delle reali condizioni di posa in opera qualora comportino significative modifiche delle modalità di scambio termico con l’ambiente circostante.
In particolare si segnala che:
- se gli ambienti in cui vengono messi in opera gli elementi costruttivi hanno umidità relativa tenuta costantemente elevata (> 90%) occorre prendere idonei provvedimenti
(spessori minimi, armature diffuse, qualità del conglomerato, ecc.) per prevenire il pericolo di scoppio;
- se gli elementi costruttivi vengono messi in opera con l’aggiunta, sulla superficie non
esposta al fuoco, di materiali isolanti che non annullano la propria resistenza termica
entro i 200 °C ovvero di elementi che creano una camera d’aria non ventilata, occorre
tenerne conto nel procedimento analitico;
- in presenza di aperture quali lucernari, fori, evacuatori di fumo, zone di minimo spessore non strutturale destinate a forarsi, ecc. incorporate in elementi strutturali o a questi intervallate, la verifica non deve tener conto della possibilità di riduzione della temperatura dei gas a contatto con la superficie esposta al fuoco;
- elementi accostati con giunti di larghezza non maggiore di 1,5 cm si possono considerare continui, anche in assenza di sigillatura del giunto, ai fini della determinazione
della superficie esposta al fuoco.
6
DETERMINAZIONE DELLE TEMPERATURE NEGLI ELEMENTI ESPOSTI AL FUOCO
Il presupposto del calcolo della resistenza al fuoco è la determinazione della distribuzione
delle temperature all'interno dell'elemento per il tempo di esposizione al fuoco richiesto.
I fattori che influenzano la distribuzione della temperatura sono:
- le proprietà fisiche del conglomerato cementizio (conducibilità termica, calore specifico, massa volumica, contenuto d'acqua);
- la geometria dell'elemento con eventuali cavità o inserti e sua configurazione di esposizione nell'ambiente ed al fuoco;
- i rivestimenti generici e protettivi.
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Si postula inoltre che la presenza delle armature non modifica la distribuzione delle temperature nel conglomerato cementizio, assumendosi come temperatura dell'acciaio, costante per tutta la sua sezione, la temperatura che ha il conglomerato cementizio nel baricentro dell'area di acciaio.
6.1
Determinazione analitica
6.1.1
Propagazione del calore nell'elemento
La propagazione del calore all'interno di un volume elementare di conglomerato è del tipo
conduttivo e governata dall'equazione di Fourier:
δθ
div (λc · grad θ) + w = Cc · ρc · -----δt
con la condizione al contorno su una superficie elementare:
div (λc · grad θ)n = hnet,d
dove:
θ
è la temperatura
t
è il tempo
λc
è la conducibilità termica
Cc
è il calore specifico
ρc
[°C]
[min]
[W/m °C]
[J/kg °C]
[kg/m3]
è la massa volumica
w
è la potenza generata nell'unità di volume
[W/m3]
La temperatura θ risulta funzione dello spazio (x, y, z) e del tempo t, mentre con l'ipotesi
di materiale isotropo le grandezze λc, Cc e ρc sono funzione della sola variabile temporale t.
È possibile tener conto anche del calore di vaporizzazione (w) dell'acqua contenuta nel
conglomerato cementizio; la massa d’acqua non può in tal caso essere assunta maggiore
di 50 kg/m3 di conglomerato.
Le condizioni di non linearità presenti nelle equazioni differenziali rendono il problema non
risolubile in forma chiusa e richiedono l’uso di soluzioni numeriche e di strumenti di calcolo automatico.
Nota
6.1.2
L'utilizzo di programmi automatici di calcolo è consentito solo dichiarando il tipo di programma e la sua validazione effettuata con le mappature riportate in 6.3.
Proprietà fisiche del conglomerato cementizio
Indicando con θ la temperatura del conglomerato esposto alla curva temperatura/tempo
normalizzata, si possono assumere, per il conglomerato con aggregati prevalentemente
calcarei, i valori convenzionali di seguito riportati.
In caso di prodotti di serie si raccomanda che la costanza qualitativa del conglomerato sia
garantita attraverso opportuni controlli di produzione, al fine di assicurare il mantenimento
dei parametri fisici e meccanici assunti a base del calcolo analitico.
La conducibilità termica λc(θ) è data dalla seguente relazione:
λc(θ) = 1,5 - 0,26 (θ / 120) + 0,017 (θ / 120)2
[W/m °C]
e quindi:
λc (0) = 1,5
[W/m °C]
λc (500) = 0,7
[W/m °C]
λc (1 000) = 0,5
[W/m °C]
Il calore specifico Cc(θ) è dato dalla seguente relazione:
Cc (θ) = 900 + 80 (θ / 120) - 4 (θ / 120)2
[J/kg °C]
e quindi:
Cc (0) = 900
[J/kg °C]
[J/kg °C]
Cc (500) = 1 164
Cc (1 000) = 1 289
[J/kg °C]
La massa volumica ρc(θ) ipotizzando un contenuto di umidità di 50 kg per m3 di calcestruzzo (2% in peso) vale:
ρc (θ) = 2 300
per
θ < 100 °C
[kg/m3]
ρc (θ) = 2 250
per
θ ≥ 100 °C
[kg/m3]
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Per conglomerati cementizi con aggregati prevalentemente silicei si devono assumere proprietà fisiche diverse da quelle sopra definite, secondo quanto riportato nella
UNI ENV 1992-1-2.
Per conglomerati cementizi con aggregati leggeri o speciali si possono assumere cautelativamente le proprietà fisiche sopra definite per gli aggregati calcarei ovvero ricavarle da
specifiche prove di laboratorio adeguatamente documentate.
6.1.3
Scambio di calore dell'elemento con l'ambiente
Lo scambio termico tra le superfici dell'elemento e l'ambiente è per ipotesi di tipo convettivo e radiante. Il flusso di calore netto trasmesso per convezione e irraggiamento su una
superficie a contatto con il gas è dato dalla relazione:
hnet,d = αc · (θg - θm) + αr · [(θg + 273)4 - (θm + 273)4]
[W/m2 °C]
dove:
αc
è il coefficiente di scambio di calore per convenzione
[W/m2 °C]
αr = B · εres
θg
θm
εres
è il coefficiente di scambio di calore per irraggiamento
è la temperatura dei gas del compartimento
è la temperatura di superficie dell’elemento
è il fattore di remissività risultante
[W/m2 °C]
[°C]
[°C]
B = 5,7 · 10-8 è la costante di Stefan-Boltzmann
6.1.4
[W/m2 °K4]
Configurazione di esposizione al fuoco
Per elementi con superfici libere si possono assumere i seguenti valori di scambio termico:
- per le superfici esposte direttamente al fuoco
coefficiente di convezione
αc = 25
[W/m2 °C]
coefficiente di irraggiamento
εres = 0,56
- per le superfici non esposte al fuoco (valido anche per vuoti interni)
coefficiente di convezione
αc = 9
[W/m2 °C]
coefficiente di irraggiamento
εres = 0,56
mentre per la temperatura iniziale si assume convenzionalmente θ0 = 20 °C.
Per superfici che delimitano camere d'aria o che delimitano materiali isolanti che a temperature minori di 200 °C perdono ogni resistenza termica, si possono assumere i coefficienti di scambio di calore per convezione e irraggiamento uguali a quelli delle superfici
non esposte al fuoco.
Si può assumere in prima approssimazione l'ipotesi che l'aria dei vuoti interni, almeno finché l'altezza del vuoto non superi 1 m, sia a temperatura uniforme.
6.2
Determinazione sperimentale
In alternativa alla determinazione analitica è possibile procedere all'individuazione della
distribuzione delle temperature nel conglomerato cementizio mediante idonee determinazioni sperimentali, condotte secondo metodi di prova normalizzati.
Questo metodo è particolarmente indicato per situazioni strutturali particolarmente complesse in cui l'applicazione del metodo di cui in 6.1 possa risultare problematica e in particolare per le strutture prefabbricate di serie a geometria complessa o realizzate con fori
o con isolanti incorporati.
Tale procedimento implica il rilievo della temperatura nei punti interni dell'elemento a diverse distanze dalle superfici esposte, almeno in corrispondenza delle armature previste
e della zona compressa per la verifica della capacità portante e in corrispondenza della
superficie non esposta al fuoco per la verifica del criterio dell’isolamento.
Il grafico temperatura/tempo sperimentale si può assumere a base del calcolo purché il
contenuto d'acqua che durante la prova evapora non sia maggiore del 2% (50 kg/m3) del
peso del calcestruzzo. In caso contrario dovrà essere analiticamente corretto.
I dati sperimentali dovranno comunque trovare analogie e giustificazioni con il metodo
analitico.
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6.3
Determinazione mediante mappatura termica
Di seguito sono riportati esempi di mappatura delle temperature nel conglomerato cementizio con aggregato calcareo esposto alla curva temperatura/tempo nominale normalizzata in funzione della distanza a dalla superficie esposta al fuoco e del tempo t di esposizione per alcuni tipi di sezioni.
La linea tratteggiata indica la superficie esposta al fuoco.
Per le mappature non si è tenuto conto del contenuto d'acqua di 50 kg per metro cubo di
calcestruzzo.
6.3.1
Solette piane
Per la sezione di solette piane dello spessore pari a 30 cm, la risoluzione dell'equazione
di cui in 6.1 fornisce i risultati riportati nel prospetto 1.
prospetto
1
Solette piane esposte sull'intradosso (s = 30 cm)
Tempo di esposizione al fuoco t (min)
a (cm)
30
60
90
120
180
240
1039
914
770
648
594
544
498
458
390
335
289
251
218
1 092
977
840
723
671
622
577
534
460
399
350
308
271
Temperatura θ (°C)
0
1
2
3
3,5
4
4,5
5
6
7
8
9
10
6.3.2
661
482
326
222
191
161
135
114
82
60
45
35
29
824
661
490
370
325
286
252
223
175
138
109
86
69
907
758
595
466
415
372
334
301
246
202
166
136
112
963
824
669
541
486
439
398
362
302
254
213
180
152
Sezioni tipiche in conglomerato cementizio
Per le sezioni di travi e pilastri la risoluzione dell'equazione, di cui in 6.1, determina la
mappatura delle temperature riportata nei prospetti seguenti.
La distribuzione delle temperature ai vari tempi di esposizione è riportata per travi con diverse larghezze della nervatura b e per pilastri quadrati. Le temperature indicate si riferiscono al valore rilevato al centro dei quadrati di 2 cm di lato in cui è stato discretizzato
l'elemento.
La temperatura in qualsiasi punto si può ottenere con interpolazione lineare tra i valori del
centro dei quadrati.
Non è possibile l'interpolazione tra valori che compaiono in mappature differenti.
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prospetto
2
Mappatura termica su sezione a T
Il prospetto 2 riporta la temperatura (°C) al centro
dei quadrati di 2 cm di lato e sono state interrotte ad
un valore "a" dal fondo trave oltre il quale le temperature si mantengono costanti (il tratteggio indica la
superficie esposta al fuoco)
t = 30
b
12
20
28
36
161 249 492
43
65
120 234 487
22
26
37
63
119 234 487
20
21
22
26
37
63
119 234 487
161 249 492
43
65
120 234 487
22
26
37
63
119 234 487
20
21
22
26
37
63
119 234 487
161 249 492
43
65
120 234 487
23
26
37
63
119 234 487
20
21
22
26
37
63
119 234 487
161 249 492
43
65
120 234 487
23
26
37
63
119 234 487
20
21
22
26
37
63
119 234 487
161 250 492
44
65
120 234 487
23
27
38
64
119 234 487
21
21
22
27
38
64
119 234 487
162 250 492
45
67
121 235 487
24
28
39
65
120 235 487
22
22
24
28
39
65
120 235 487
164 252 493
48
70
124 237 488
28
32
43
68
123 236 488
26
27
28
32
43
68
123 236 488
170 257 495
58
79
131 242 491
39
43
53
77
131 242 491
37
38
39
43
53
77
131 242 491
186 270 502
82
101 151 256 498
65
68
77
100 150 256 498
63
64
65
68
77
100 150 256 498
225 302 520 135 151 195 291 516 121 123 131 150 194 291 516 119 119 120 123 131 150 194 291 516
313 378 566 245 257 291 370 564 235 236 242 256 291 370 564 234 234 235 236 242 256 291 370 564
t = 60
527 568 683 492 498 517 564 682 487 488 491 498 516 564 682 487 487 487 488 491 498 516 564 682
343 439 684 126 160 237 382 660
49
62
91
142 229 378 659
26
30
40
58
89
142 229 379 659
343 439 684 126 160 237 382 660
49
62
91
143 229 379 659
27
31
40
58
90
142 229 379 659
343 439 684 127 161 238 382 660
50
63
92
143 230 379 659
28
32
41
59
90
143 229 379 659
343 440 684 128 162 239 383 661
52
65
94
145 231 379 660
30
34
44
61
92
144 230 379 660
344 441 685 131 165 241 384 661
57
69
97
148 233 381 660
35
39
48
65
96
147 233 381 660
347 442 686 137 171 246 388 663
65
78
105 154 238 384 662
45
49
57
74
103 154 238 384 662
352 447 688 150 182 255 395 667
82
93
119 167 248 392 666
63
66
74
90
118 166 248 392 666
364 457 694 172 203 273 408 674 110 121 145 190 267 406 673
93
96
104 118 114 189 267 406 673
387 477 705 213 242 307 435 688 159 169 190 230 302 433 687 145 148 154 166 189 230 301 432 687
434 518 728 286 310 368 484 715 242 250 268 302 364 483 715 231 233 238 248 267 301 364 483 715
535 605 772 419 438 485 581 764 387 393 406 433 483 580 764 380 381 384 392 406 432 483 580 764
t = 90
740 775 857 679 690 716 764 854 663 666 673 688 715 764 854 660 660 662 666 673 687 715 764 854
478 577 803 213 250 332 487 766
95
112 149 211 310 475 762
46
54
70
98
141 207 308 474 478
479 577 803 214 251 333 487 766
96
113 150 212 310 476 762
48
56
72
99
143 208 309 475 479
479 577 803 215 252 334 488 767
99
116 152 214 312 477 762
52
59
75
102 145 210 310 476 479
480 578 803 218 255 336 490 768 104 121 157 217 315 478 763
58
65
81
108 150 214 313 478 480
481 579 804 224 260 340 493 769 113 129 164 224 320 482 765
68
75
91
116 157 220 318 481 481
485 582 805 233 269 348 498 772 127 143 177 235 328 488 768
86
92
107 131 171 232 327 488 485
492 588 808 250 284 361 509 777 151 165 198 253 344 500 774 113 119 132 155 192 250 342 499 492
505 600 813 278 310 384 527 786 188 201 231 283 369 519 783 154 160 172 193 227 281 368 519 505
segue nella pagina successiva
UNI 9502:2001
© UNI
Pagina 7
b
12
20
28
36
continua dalla pagina precedente
t = 90
533 624 824 324 355 425 560 801 246 258 285 332 412 554 799 218 222 232 251 281 330 411 553 799
587 667 844 403 430 495 617 826 338 348 371 412 485 612 825 316 319 328 342 368 411 485 612 825
686 747 881 544 567 619 712 869 495 503 521 554 613 709 868 480 482 488 499 519 554 612 709 868
856 884 945 794 804 827 869 941 771 775 784 799 825 868 940 764 765 768 774 783 799 825 868 940
590 683 881 290 328 413 571 838 145 164 204 270 375 549 831
75
85
105 139 188 261 370 546 830
590 683 881 292 329 414 572 839 148 167 206 272 377 550 831
79
89
109 142 191 263 372 547 830
590 684 881 294 331 416 573 839 152 171 210 276 379 551 832
85
95
114 147 195 267 374 549 831
591 684 882 298 335 419 876 840 160 178 217 281 384 555 833
95
104 123 155 202 273 379 552 832
t = 120
593 686 882 305 342 425 580 842 171 189 227 290 391 560 835 109 118 137 167 213 282 387 558 834
598 690 884 317 353 435 588 845 189 207 243 304 404 570 839 131 140 157 186 231 297 400 568 838
607 696 887 336 371 451 601 851 217 233 268 627 423 585 845 164 171 188 215 257 320 420 583 845
623 709 893 366 400 478 623 860 258 273 305 361 453 609 855 211 218 233 258 296 356 451 607 855
653 773 903 416 448 523 658 875 320 334 363 415 502 647 872 280 286 299 321 356 411 500 646 871
704 774 921 500 530 598 714 900 418 430 457 503 582 706 897 385 390 401 420 451 500 580 705 897
791 843 952 644 667 716 802 938 581 590 611 648 706 797 936 556 560 569 583 608 646 705 796 936
932 955 1003 869 879 901 938 997 843 847 856 872 897 936 997 834 835 839 845 855 871 897 936 997
760 835 988 419 459 549 704 937 242 262 304 374 487 665 922 143 155 178 216 272 352 473 656 919
761 835 988 421 461 551 705 938 246 266 308 377 490 667 923 150 161 185 222 277 356 476 658 920
762 836 988 425 464 554 707 939 253 273 314 383 495 670 925 160 171 193 230 284 363 481 662 922
763 837 988 430 470 559 711 940 263 282 323 391 502 676 927 174 184 206 242 295 372 489 668 924
t = 180
766 839 989 439 478 567 717 943 278 297 337 403 513 784 930 193 203 225 259 310 386 501 677 928
771 843 991 453 492 579 726 946 300 318 356 422 529 696 935 220 230 250 283 333 406 519 690 933
781 851 994 476 514 599 740 952 331 348 385 449 554 714 943 258 267 286 317 364 435 545 709 941
797 863 1000 512 550 630 762 962 377 393 429 491 591 740 953 311 319 337 366 410 479 583 736 952
823 884 1009 570 604 677 796 976 445 461 495 554 644 778 969 387 394 410 437 479 544 639 775 968
866 917 1023 657 686 747 847 997 552 566 596 646 722 833 992 502 509 523 547 584 639 718 831 992
932 969 1046 786 806 850 922 1029 713 723 744 779 833 913 1026 678 683 693 710 736 775 831 911 1025
1032 1047 1080 972 981 999 1029 1074 942 946 955 970 993 1026 1073 928 930 934 941 952 968 992 1025 1073
881 942 1061 526 569 658 799 1006 326 347 390 464 581 751 980 210 222 247 286 345 429 556 737 982
882 942 1062 529 572 660 801 1007 332 352 395 468 585 754 989 219 231 255 294 351 436 561 740 984
883 943 1062 534 576 663 803 1008 340 360 403 476 591 758 990 231 242 266 304 361 444 569 745 986
884 944 1063 541 583 669 808 1009 352 371 413 486 600 765 993 247 258 281 319 374 457 579 752 989
t = 240
888 947 1064 552 593 678 814 1012 369 388 429 501 613 774 997 269 280 302 338 392 474 594 763 993
893 851 1065 570 609 692 824 1016 392 411 452 523 632 787 1002 299 309 330 365 418 498 615 777 998
902 958 1068 596 634 713 839 1023 426 445 485 554 658 805 1010 339 349 369 403 454 532 644 797 1007
916 969 1073 635 670 744 861 1032 477 495 534 599 696 832 1021 396 405 424 457 507 581 684 825 1018
938 986 1080 691 723 788 893 1045 551 569 604 662 748 869 1036 478 486 505 536 582 647 738 864 1034
972 1013 1092 772 798 852 939 1065 659 673 702 750 821 921 1058 598 606 622 647 685 739 814 917 1056
1024 1052 1108 886 904 943 1004 1091 807 817 838 872 922 992 1086 765 770 781 799 826 864 917 990 1086
1098 1109 1132 1043 1051 1066 1091 1126 1010 1015 1023 1038 1058 1087 1124 994 996 1000 1008 1019 1035 1056 1086 1124
UNI 9502:2001
© UNI
Pagina 8
prospetto
3
Mappatura termica su sezione quadrata
Il prospetto 3 si riferisce a pilastri quadrati di 40 cm di lato, riportando
la temperatura (°C) al centro del quadratino di 2 cm di lato. Possono
anche essere utilizzate, per sezioni rettangolari o quadrate di lato
maggiore di 40 cm, essendo comunque corrispondente la temperatura
del quadratino equidistante dallo spigolo
t = 30
t = 60
20
20
21
22
26
37
63
119 234 487
25
27
32
42
60
91
143 230 379 659
20
20
21
22
26
37
63
119 234 487
27
29
34
44
61
92
144 230 379 660
21
21
21
22
27
38
64
119 234 487
32
34
39
48
65
96
147 233 381 660
22
22
22
24
28
39
65
120 235 487
42
44
48
57
74
103 154 238 384 662
26
26
27
28
32
43
68
123 236 488
60
61
65
74
90
118 166 248 392 666
37
37
38
39
43
53
77
131 242 491
91
62
96
103 118 144 189 267 406 673
63
63
64
65
68
77
100 150 256 498
143 1444 147 154 166 189 230 301 432 687
119 119 119 120 123 131 150 194 291 516
230 230 233 238 248 267 301 364 483 715
234 234 234 235 236 242 256 291 370 564
379 379 381 384 392 406 432 483 580 764
487 487 487 487 488 491 498 516 564 682
659 660 660 662 666 673 687 715 764 854
t = 90
t = 120
45
50
60
77
105 147 212 311 477 762
77
83
96
50
54
64
81
108 150 215 313 478 763
83
89
102 124 156 204 275 381 553 833
60
64
73
90
116 158 221 318 481 765
96
102 115 136 167 214 283 388 559 835
77
81
90
106 131 171 232 327 488 768
118 124 136 155 186 231 297 400 568 838
105 108 116 131 155 192 250 342 499 774
151 156 167 186 214 257 320 420 583 845
147 150 158 171 192 227 281 368 519 783
200 204 214 234 257 296 356 451 607 855
212 215 221 232 250 281 330 411 553 799
271 275 283 297 320 356 410 500 646 871
311 313 318 327 342 368 411 485 612 825
378 381 388 400 420 451 500 580 705 897
477 478 481 488 499 519 553 612 709 868
551 553 559 568 583 607 646 705 796 936
762 763 765 768 774 783 799 825 868 940
832 833 835 838 845 855 871 897 936 997
t = 180
t = 240
153 161 177 202 240 294 372 489 668 924
272 236 252 279 319 376 459 581 754 989
161 168 184 209 247 300 377 494 671 925
236 244 260 287 326 838 465 587 757 991
177 184 199 224 260 312 388 503 679 928
252 260 277 303 341 397 478 598 765 994
202 209 224 247 282 333 406 520 691 933
279 287 303 328 365 419 500 617 778 999
240 247 260 282 315 364 435 545 709 941
319 326 341 365 401 454 532 644 798 1007
294 300 312 333 364 409 478 583 736 952
376 383 397 419 454 505 580 683 825 1018
372 377 388 406 435 478 543 638 775 968
459 465 478 500 532 580 646 738 864 1034
489 494 503 520 545 583 638 718 831 992
581 587 598 617 644 683 738 813 917 1056
668 671 679 691 709 736 775 831 911 1025
754 757 765 778 798 825 864 917 989 1086
924 925 928 933 941 952 968 992 1025 1073
989 991 994 999 1007 1018 1034 1056 1086 1124
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118 151 200 271 378 551 832
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6.4
Determinazione in presenza di rivestimenti protettivi
Per la determinazione delle temperature in presenza di rivestimenti protettivi, si può ricadere nei casi precedenti, aggiungendo convenzionalmente agli spessori del conglomerato
cementizio lo spessore equivalente.
Si definisce spessore equivalente del materiale protettivo il minimo spessore del conglomerato cementizio che occorrerebbe per esercitare lo stesso grado di protezione del rivestimento protettivo applicato.
Si definisce rapporto di equivalenza il rapporto tra lo spessore equivalente e lo spessore
del rivestimento protettivo.
Nel prospetto seguente sono riportati i valori del rapporto di equivalenza di alcuni materiali protettivi, valori che possono essere utilizzati per il calcolo, in mancanza di dati specifici.
prospetto
4
Spessori equivalenti di materiali protettivi
Materiali
Rapporto di
equivalenza
Conglomerato cementizio normale (2 400 kg/m3)
3
1,0
Conglomerato cementizio cellulare (≤ 500 kg/m )
2,0
Conglomerato cementizio con aggregati di
argilla espansa (≤ 1 500 kg/m3)
1,5
Gesso
1,8
Laterizio
1,0
Intonaco di cemento
1,1
Intonaco o lastre di fibre minerali, di vetro o
di roccia (contenuto in fibre > 80%)
2,5
Intonaco di cemento e vermiculite (rapporto
in peso ≤ 2:1)
2,5
Intonaco di gesso e vermiculite (rapporto in peso
≤ 2:1)
2,7
Intonaco di cemento e perlite (rapporto in peso
≤ 2:1)
2,5
Intonaco di gesso e perlite (rapporto in peso
≤ 2:1)
2,7
La capacità protettiva di rivestimenti, di cui sono note le caratteristiche termofisiche può
essere valutata con più precisi algoritmi di calcolo.
7
VERIFICA DELLA RESISTENZA AL FUOCO
La verifica della resistenza al fuoco di elementi costruttivi si articola come segue:
- Verifica del criterio di capacità portante (R).
- Verifica dei criteri di tenuta ed isolamento (EI).
7.1
Verifica del criterio di capacità portante (R)
Conosciuta la distribuzione delle temperature in ogni sezione di verifica dell'elemento costruttivo (mappatura termica), si procede alla verifica del criterio di capacità portante con
le regole seguenti:
- la verifica va condotta sul singolo elemento, tenendo conto delle condizioni al contorno e degli effetti delle dilatazioni termiche;
- la verifica viene eseguita con le azioni e il degrado dei materiali per il tempo di esposizione richiesto, secondo quanto esposto successivamente;
- la verifica del criterio di capacità portante consiste nella verifica allo stato limite ultimo
dell'elemento per il tempo di esposizione richiesto.
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L'elemento deve essere verificato nelle sue sezioni significative, tenendo conto delle sezioni di massima sollecitazione assiale, flettente, tagliante e composta e tenendo conto
delle sezioni di massimo riscaldamento; in genere la verifica va eseguita nelle sezioni in
cui è stata eseguita la verifica a temperatura ordinaria.
Nell’appendice A si riportano alcuni metodi semplificati per la verifica del criterio di capacità portante.
7.2
Verifica del criterio di tenuta e di isolamento (EI)
Per gli elementi costruttivi con funzioni di compartimentazione orizzontale o verticale, la
verifica del criterio di isolamento (I) si conduce per via analitica attraverso il calcolo della
distribuzione delle temperature nell’elemento come indicato in 7.2.1.
Per quanto riguarda la verifica del criterio di tenuta (E), non conducibile per via analitica,
si procede come indicato in 7.2.2.
In alternativa ai metodi di seguito esposti è possibile fare riferimento, per la verifica dei criteri di tenuta ed isolamento, a prove di laboratorio (vedere 6.2).
Nota
7.2.1
Nel caso di unione di più elementi che formano una separazione continua, la tenuta e l’isolamento sono particolarmente sensibili alla presenza del giunto; la progettazione dei giunti dovrà curare attentamente la geometria degli stessi, la sigillatura, l’efficienza delle unioni tra i componenti, l'efficienza delle armature di collegamento fino al tempo di esposizione richiesto ed evitare che gli spostamenti relativi tra gli elementi contigui
ne compromettano l'integrità.
Verifica del criterio di isolamento termico (I)
La verifica del criterio dell'isolamento termico (I) del singolo elemento può ritenersi soddisfatta quando sulla superficie non esposta al fuoco, sono rispettate, per il tempo di esposizione richiesto, entrambe le condizioni seguenti:
- la massima temperatura non superi di 180 °C il valore della temperatura a tempo zero;
- la temperatura media non superi di 140 °C il valore della temperatura a tempo zero.
Le temperature sulla superficie non esposta al fuoco si ricavano dalla mappatura delle
temperature come evidenziato in 6. In alternativa il rispetto del criterio è comunque garantito qualora l’elemento presenti una strato continuo e uniforme di materiale con spessore
non minore dei valori indicati nel prospetto 5.
prospetto
5
Spessore minimo dello strato continuo e uniforme di materiale isolante
Resistenza al fuoco (min)
Spessore
30
60
90
120
180
240
h (mm)
60
80
100
120
150
175
Detto strato può essere composto dalla sovrapposizione di strati di materiale diverso dal
conglomerato cementizio purché:
- i materiali siano incombustibili e con conducibilità termica non maggiore di quella del
conglomerato cementizio;
- almeno 40 mm dello strato siano costituiti da conglomerato cementizio armato.
7.2.2
Verifica del criterio di tenuta (E)
La verifica del criterio di tenuta (E) del singolo elemento o di più elementi accostati può ritenersi soddisfatta quando sono rispettate le seguenti condizioni:
- presenza di uno strato continuo ed uniforme di conglomerato cementizio armato con
spessore pari almeno a 40 mm fino a 60 min di esposizione e pari a 50 mm per tempi
di esposizione superiori;
- presenza di armatura diffusa in ambedue le direzioni nello strato di conglomerato sopra descritto, non inferiore a 1,5 kg/m2.
Quando si mettono in opera dei materiali protettivi finalizzati ad incrementare la capacità
portante (R) o l’isolamento termico (I) gli spessori minimi sopra riportati possono essere
ridotti a 40 mm per qualsiasi tempo di esposizione al fuoco.
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Nel caso di elementi che inglobino materiali che alle alte temperature diventano gas, occorre predisporre opportuni sfoghi, in direzione della faccia esposta al fuoco, per evitare
che la tenuta venga compromessa da esplosioni.
8
AZIONI
Nelle situazioni di incendio, le azioni di progetto devono essere così combinate:
Ffi,d = γG,A · GK + ψ1,1 · QK,1 + Σ ψ2,i · QK,i + Σ Ad (t)
dove:
GK
è il valore caratteristico delle azioni permanenti;
QK,1
è il valore caratteristico dell’azione variabile considerata come principale;
QK,i
è il valore caratteristico delle altre azioni variabili;
Ad (t) sono i valori di progetto delle azioni derivanti dalla esposizione all’incendio;
γG,A
è il coefficiente parziale di sicurezza per le azioni permanenti per situazioni eccezionali (in caso di incendio γG,A è posto pari a 1);
ψ1,1
è il coefficiente di combinazione relativo alla azione variabile considerata come principale;
ψ2,i
è il coefficiente di combinazione generico delle azioni variabili considerate come
secondarie.
È ammesso non tenere conto delle azioni sismiche e di quelle di natura dinamica, ragionevolmente non presenti durante l’incendio.
I valori dei coefficienti ψ1,1 e ψ2,i sono forniti nel prospetto 6:
prospetto
6
Coefficienti di combinazione delle azioni
Categoria
Tipo di locale
ψ1,1
ψ2,i
1
Ambienti non suscettibili di affollamento (locali di abitazione e relativi servizi,
alberghi, uffici non aperti al pubblico) e relativi terrazzi a livello praticabili.
0,5
0,3
2
Ambienti suscettibili di affollamento (ristoranti, caffè, banche, ospedali, uffici
aperti al pubblico, caserme) e relativi terrazzi a livelli praticabili.
0,5
0,3
3
Ambienti suscettibili di grande affollamento (sale convegni, cinema, teatri, chiese,
negozi, tribune con posti fissi) e relativi terrazzi a livello praticabili.
0,7
0,6
4
Sale da ballo, palestre, tribune libere, aree di vendita con esposizione diffusa
(mercati, grandi magazzini, librerie, ecc.) e relativi terrazzi a livello praticabili, balconi e scale.
0,7
0,6
5
Balconi, ballatoi e scale comuni (esclusi quelli pertinenti alla categoria 4).
0,8
0,7
6
Sottotetti accessibili (per sola manutenzione).
0,5
0,3
7
Rimesse e parcheggi:
- per autovetture di peso a pieno carico sino a 30 kN;
- per transito di automezzi di peso maggiore di 30 kN: i coefficienti di combinazione delle azioni sono da valutarsi caso per caso.
0,7
-
0,6
-
0,9
0,8
0,5
-
0,3
-
0,5
0,5
0
0,3
0,3
0
8
Archivio, biblioteche, magazzini, depositi, laboratori, officine e simile, i coefficienti
di combinazione delle azioni sono da valutarsi secondo il caso ma comunque
non minori di:
9
Coperture
- non accessibili (neve);
- accessibili: secondo categoria di appartenenza (da 1 a 4);
- speciali (impianti, eliporti, altri): i coefficienti di combinazione delle azioni sono
da valutarsi secondo il caso.
10
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Altre azioni variabili:
- vento;
- carroponte (solo carichi statici);
- sisma.
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Pagina 12
In via approssimata gli effetti delle azioni permanenti e variabili possono essere ricavati
dai corrispondenti effetti a temperatura ordinaria mediante la seguente espressione:
Ed,fi = ηfi · Ed
dove:
Ed
è l'effetto delle azioni di calcolo allo stato limite ultimo utilizzando la combinazione
fondamentale;
ηfi
è un fattore di riduzione, il cui valore si ricava dalle espressioni:
ηfi = (γG,A + ψ1,1 · ξ) / (γG + γQ · ξ)
dove:
ξ
= QK,i / GK,1
γG è il coefficiente parziale di sicurezza per le azioni permanenti a temperatura ordinaria.
Se tutti i carichi fossero permanenti si avrebbe, ponendo:
γG = 1,4
ηfi = 1/ 1,4 = 0,714 ≅ 0,7 (valore che può essere assunto cautelativamente per
tutte le combinazioni di carico).
Se i sovraccarichi fossero uguali ai pesi permanenti, si avrebbe ponendo:
γG = 1,4
γQ = 1,5
e Ψ1,1 = 0,5
ηfi = 1,5 / (1,4 + 1,5) = 0,51
9
PROPRIETÀ DEI MATERIALI
Nel calcolo della capacità portante (R) vanno utilizzati i valori convenzionali di seguito riportati per la riduzione della resistenza caratteristica del conglomerato cementizio e della
resistenza caratteristica dell'acciaio (4 tipi) che si manifesta con il crescere della temperatura.
9.1
Conglomerato cementizio
La riduzione della resistenza caratteristica a compressione del conglomerato cementizio
in funzione della temperatura θ si ricava per mezzo del coefficiente kc(θ), chiamato fattore
di riduzione della resistenza del conglomerato cementizio compresso:
fck(θ) = kc(θ) · fck(20 °C)
Convenzionalmente dovranno essere adottati i seguenti valori di kc(θ), utilizzabili per il
conglomerato cementizio con aggregato siliceo:
kc(θ) = 1,0
per
20 °C ≤ θ < 100 °C
kc(θ) = (1 600 - θ) / 1 500
per
100 °C ≤ θ < 400 °C
per
400 °C ≤ θ < 900 °C
kc(θ) = (900 - θ) / 625
kc(θ) = 0
per
θ ≥ 900 °C
La riduzione della resistenza caratteristica a trazione del conglomerato in funzione della
temperatura θ si ricava per mezzo del coefficiente kct(θ), chiamato fattore di riduzione della resistenza del conglomerato cementizio teso:
fctk(θ) = kct(θ) · fck(20 °C)
Convenzionalmente possono essere adottati i seguenti valori di kct(θ), utilizzabili per il
conglomerato cementizio con aggregato siliceo:
kct(θ) = 1
per
20 °C ≤ θ < 100 °C
kct(θ) = (600 - θ) / 500
per
100 °C ≤ θ < 600 °C
per
θ ≥ 600 °C
kct(θ) = 0
Dette relazioni possono cautelativamente essere assunte anche per conglomerati cementizi con aggregati calcarei e con aggregati leggeri o speciali.
In alternativa, si può assumere quanto riportato nella UNI ENV 1992-1-2.
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Pagina 13
figura
1
Coefficienti kc(θ) e kct(θ) per la valutazione della diminuzione della resistenza caratteristica del conglomerato cementizio all’aumentare della temperatura
1,0
Y
0,8
0,6
0,4
0,2
0
200
400
600
800
1000
1200
X
9.2
Acciaio
La resistenza caratteristica allo snervamento di un acciaio ordinario per conglomerato cementizio alla temperatura θ si ricava per mezzo del coefficiente ks(θ) chiamato fattore di riduzione della resistenza dell'acciaio:
fyk(θ) = ks(θ) · fyk(20 °C)
Convenzionalmente per tale acciaio dovranno essere utilizzati i valori ks(θ) che seguono.
Si distinguono due casi:
1) Acciaio teso per travi e solette con possibilità di deformazione ultima in caso di incendio εs,fi ≥ 2% (acciaio tipo 1)
ks1(θ) = 1,0
per
20 °C ≤ θ < 350 °C
ks1(θ) = (6 650 - 9 θ) / 3 500
per
350 °C ≤ θ < 700 °C
ks1(θ) = (1 200 - θ) / 5 000
per
700 °C ≤ θ < 1 200 °C
ks1(θ) = 0
per
θ ≥ 1 200 °C
2) Acciaio compresso nei pilastri o nelle zone compresse di elementi inflessi e acciaio teso per elementi inflessi con deformazione ultima in caso di incendio εs,fi < 2% (acciaio
tipo 2)
ks2(θ) = 1,0
per
20 °C ≤ θ < 100 °C
per
100 °C ≤ θ < 400 °C
ks2(θ) = (1 100 - θ) / 1 000
ks2(θ) = (8 300 - 12 θ) / 5 000
per
400 °C ≤ θ < 650 °C
ks2(θ) = (1 200 - θ) / 5 000
per
650 °C ≤ θ < 1 200 °C
per
θ ≥ 1 200 °C
ks2(θ) = 0
La resistenza caratteristica di un acciaio armonico (fili, trecce e trefoli) da pretensione alla
temperatura θ si ricava per mezzo del coefficiente kp(θ) per il quale:
fpk(θ) = kp(θ) · fpk(20 °C)
Convenzionalmente per tale acciaio dovranno essere utilizzati i seguenti valori kp(θ):
kp(θ) = 1,0
per
20 °C ≤ θ ≤ 100 °C
kp(θ) = (850 - θ) / 750
per
100 °C < θ ≤ 250 °C
per
250 °C < θ ≤ 600 °C
kp(θ) = (650 - θ) / 500
kp(θ) = (1 000 - θ) / 4 000
per
600 °C < θ ≤ 1 000 °C
kp(θ) = 0
per
θ ≥ 1 000 °C
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La resistenza caratteristica per barre da pretensione, alla temperatura θ si ricava per mezzo del coefficiente kb(θ) per il quale:
fbk(θ) = kb(θ) · fbk (20 °C)
Convenzionalmente per tale acciaio dovranno essere utilizzati i seguenti valori kb(θ):
kb(θ) = 1,0
per
20 °C ≤ θ ≤ 100 °C
kb(θ) = (1 600 - θ) / 1 500
per
100 °C < θ ≤ 250 °C
kb(θ) = (700 - θ) / 500
per
250 °C < θ ≤ 650 °C
kb(θ) = (1 000 - θ) / 3 500
per
650 °C < θ ≤ 1 000 °C
kb(θ) = 0
per
θ ≥ 1 000 °C
Per valori di kc(θ) minori di 0,1 (vedere zona tratteggiata) si assume kc(θ) = 0.
figura
2
Coefficienti ks1(θ), ks2(θ), kb(θ) e kp(θ) per la valutazione della diminuzione della resistenza caratteristica dei tre tipi di acciaio all’aumentare della temperatura
1,0
Y
0,8
0,6
0,4
0,2
0
200
400
600
800
1000
1200
X
10
COEFFICIENTE DI SICUREZZA DEI MATERIALI NELLA VERIFICA DELLA CAPACITÀ
PORTANTE DI ELEMENTI ESPOSTI ALL'INCENDIO CONVENZIONALE
Nella verifica della capacità portante di elementi esposti all'incendio convenzionale si assumono i seguenti fattori parziali di sicurezza, indicati con il simbolo γM,fi
per il conglomerato cementizio
γc,fi = 1,2
per l'acciaio controllato
γs,fi = 1,0
per l'acciaio non controllato
γs,fi = 1,15
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APPENDICE
(normativa)
A VERIFICA DELLA CAPACITÀ PORTANTE CON METODI SEMPLIFICATI
La verifica analitica della capacità portante può avvenire con 3 metodi semplificati:
- con la verifica tabellare;
- con la verifica del fattore di riduzione;
- con la verifica della sezione ridotta.
Sia la verifica tabellare che la verifica del fattore di riduzione derivano dalla verifica della
sezione ridotta con ipotesi conservative che danno spesso immediatamente o comunque
più rapidamente una condizione sufficiente per la verifica della capacità portante.
A.1
Verifica con il sistema tabellare
Per tempi di esposizione da 30 min a 240 min la verifica analitica può essere omessa
quando i valori della distanza a dell'asse dell'acciaio ordinario delle barre o dei trefoli più
esposti dalla superficie esterna sono non minori di quelli riportati nel prospetto A.1.
Quando compare una distanza a maggiore di 6 cm, occorre prevedere un'armatura di sacrificio (cioè un'armatura che arma gli strati esterni di conglomerato, ma che non può tenersi in alcun conto nella verifica di resistenza al fuoco).
I valori riportati nei prospetti derivano dalle seguenti ipotesi:
- i tassi di sollecitazione dell'acciaio nel calcolo a freddo sono i massimi consentiti per
il tipo di acciaio cioè σ reale / σ max = 1 (vedere A.2);
- la capacità portante dell'elemento dipende dall'acciaio e non dal conglomerato;
- si considera il conglomerato cementizio senza acqua interna;
- si assume:
ηfi = 0,7
(vedere 8)
γM,fi/γM = 1/1,15 per acciai controllati
(vedere 10)
Si ha così:
kcrit. = 0,70 · 1/1,15 = 0,60
(vedere A.2)
uguagliando kcrit con k(θ) si individuano per i vari tipi di acciaio una temperatura detta
temperatura critica.
θs1 crit. = 505 °C
θs2 crit. = 440 °C
θb crit. = 400 °C
θp crit. = 350 °C
I valori di a riportati nel prospetto A.1 sono quelli per cui i vari tipi di acciaio si trovano, per
le varie esposizioni, alla temperatura critica.
La verifica che la distanza a per tutte le armature dimensionate con il calcolo a freddo sia
uguale o maggiore di quella riportata in tabella è condizione sufficiente a garantire la capacità portante dell'elemento costruttivo, sempre che si possa escludere una minor capacità per riduzione di resistenza del conglomerato cementizio invece che dell'acciaio.
Nota
La protezione di strutture esistenti può avvenire rilevando la distanza delle armature di forza dalla superficie
esposta al fuoco e assumendo che l'armatura presente sia stata progettata ai massimi tassi di sollecitazione
ammissibile per i sovraccarichi di progetto.
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prospetto A.1
Distanze a (cm), dell'asse dell'acciaio dalla superficie esposta al fuoco
Acciaio
Tempo di esposizione
t
(min)
Fuoco su un lato
Fuoco su 2 lati
Fuoco su 3 lati
Fuoco sullo spigolo
Per acciaio ordinario
(tipo 1)
30
60
90
120
180
240
2,00
2,00
2,72
3,40
4,50
5,44
2,60
4,30
5,60
6,80
8,60
10,20
3,00
5,00
6,40
7,70
9,80
11,70
2,05
3,65
4,60
5,80
7,50
9,00
Per barre
(o cautelativamente
per acciaio tipo 2)
30
60
90
120
180
240
2,00
2,73
3,70
4,50
5,84
7,00
3,15
5,20
6,70
8,00
10,20
12,00
3,60
5,90
7,60
9,00
11,50
13,60
2,70
4,50
6,00
7,10
9,10
10,70
Per acciaio da
precompressione
30
60
90
120
180
240
2,00
3,25
4,20
5,20
6,70
8,00
3,60
5,80
7,30
8,80
11,10
13,00
4,10
6,50
8,30
9,90
12,50
14,60
3,20
5,10
6,70
8,00
10,00
11,90
Il prospetto sopra riportato dà inoltre una precisa informazione in fase di dimensionamento strutturale sulla posizione delle armature, o sull'eventuale utilizzazione di un protettivo
con un preciso spessore equivalente.
A.2
Verifica con il metodo del fattore di riduzione medio
Definita la distribuzione delle temperature nella sezione da verificare, la verifica della capacità portante di un elemento dopo un prefissato tempo di esposizione al fuoco si può effettuare determinando puntualmente il fattore di riduzione ksi, kbi, kpi per ogni area di acciaio ordinario Aswi, di acciaio per barre Abi, di acciaio per precompressione Api e il fattore
di riduzione kci di ogni area elementare di conglomerato cementizio Aci e calcolando i fattori di riduzione medi kmsw, kmb, kmp e kmc come media opportunamente pesata dei singoli
fattori di riduzione ksi, kbi, kpi e kci rispettivamente.
Per la verifica lato acciaio a flessione semplice, sempre che il braccio della coppia interna
non cambi per la riduzione della zona compressa:
n
∑i
A si h i k si
=1
k ms = --------------------------------------n
∑ i = 1 Asi hi
n
k mb
∑i
A bi h i k bi
=1
= ---------------------------------------n
∑ i = 1 Abi hi
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n
k mp
∑i
A pi h i k pi
=1
= ---------------------------------------n
∑ i = 1 Api hi
dove hi è il braccio della coppia interna della singola area Asi.
Per la verifica lato acciaio a taglio semplice:
n
k ma
n
A ai k ai ∑
A ai k ai
=1
i =1
= ------------------------------------- = ------------------------------------n
Aa
∑ i = 1 Aai
∑i
Per la verifica dal lato del conglomerato:
k msw
M
A swi k si
=1
= --------------------------------------n
∑ i = 1 Aswi
∑i
o approssimativamente, se la distribuzione delle temperature è nota al centro delle aree
Aci in cui è stata convenientemente discretizzata la sezione di conglomerato cementizio:
n
A ci k ci
A ci k ci
∑
i =1
=1
= ---------------------------------- = ---------------------------------n
Ac
∑ i = 1 Aci
n
k mc
∑i
Si definisce:
kcrit. = ηfi · (γM,fi / γM) · (σ reale / σ max)
Tale fattore di riduzione critico tiene conto del fattore di riduzione del coefficiente di sicurezza per i carichi presenti in caso d'incendio ηfi, della riduzione della sicurezza dei materiali (γM,fi / γM) e della sollecitazione non al limite dei materiali (conglomerato, acciaio) nella
verifica a freddo.
La verifica che per ogni materiale e per ogni sezione di verifica risultino km > kcrit è condizione sufficiente per la verifica della capacità portante dell'elemento.
Per gli acciai di area A0 nel calcolo a freddo, tale formula consente con immediatezza la
determinazione di una maggior area di acciaio A1 che riduce il rapporto:
σ reale/σ max = A0/A1
affinché sia
kms = kcrit.s
Tali verifiche sono molto veloci se eseguite sulle mappature termiche, per esempio utilizzando le mappature delle temperature riportate in 6.3.
A.3
Verifica con il metodo della sezione equivalente
Come metodo più preciso dei precedenti, necessario nel caso che nella verifica a flessione cambi il braccio della coppia interna e non sia più applicabile il metodo del fattore di riduzione medio, si può calcolare la resistenza al fuoco al tempo θ riducendo puntualmente
le aree resistenti del conglomerato cementizio e dell'acciaio mediante i fattori di riduzione
kc(θ) e ks(θ) o kb(θ) o kp(θ)
Stabilita così quella che è definita la sezione equivalente (cioè la sezione la cui area ridotta di conglomerato e di acciaio ha nel calcolo a freddo la resistenza equivalente a quella
dell'area originaria a caldo), la verifica allo stato limite ultimo può essere eseguita a temperatura ordinaria su tale sezione ridotta, con gli usuali metodi della scienza delle costruzioni senza applicare naturalmente per il conglomerato cementizio il coefficiente riduttivo
della resistenza per i carichi di lunga durata.
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Come esempio, si rappresenta nella figura A.1 con tratteggio la sezione equivalente, per
un tempo di esposizione di 120 min, a quella di una trave ad I dove:
- per il conglomerato cementizio la riduzione è stata effettuata, trattandosi di flessione
retta, per strisce orizzontali riportando in zona compressa delle aree derivate dalla
mappatura termica applicando alle singole aree quadrate il fattore di riduzione kc(θ);
- per i trefoli la riduzione è stata effettuata applicando il relativo fattore di riduzione kp(θ)
alle singole aree.
figura
A.1
Esempio di una sezione equivalente di una trave ad I
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