Costruzioni in acciaio secondo l’approccio ingegneristico di progetto

incendio, evidenziando i meccanismi ele-mentari di risposta strutturale che sono fon-damentali per ottenere una risposta coeren-te e realistica dell’intero sistema.

Infine si tratterà della modellazione e alladiscussione dei risultati delle analisi non li-neari non stazionarie, di uno specifico edifi-cio reale in acciaio di un certo impegno, og-getto di riabilitazione.

Approccio prestazionalenell’ingegneria strutturale

Prestazionale è un termine che ha comin-ciato a diffondersi negli Anni Sessanta pro-prio nel campo delle costruzioni soggette arischio d’incendio.

Successivamente, tale approccio è statoadottato anche ad altre situazioni, in partico-lare in presenza di azioni sismiche, ed è at-tualmente indicato come Performance-Ba-sed Design (PBD)1.

Generalizzando il problema e facendo rife-rimento alla Figura 1, l’approccio prestazio-nale si presenta come una metodologia ordi-nata per lo sviluppo di un progetto, attraver-so l’individuazione dei seguenti successivi li-velli logici.

– Livello 1: individuazione dei principi ge-nerali di progettazione, in termini di obiet-

tivi globali e requisiti funzionali generali;tale livello rende comprensibile qualitati-vamente cosa si vuole ottenere dall’ope-ra strutturale, ed è sviluppata dal Com-mittente con il supporto e il concerto di fi-gure tecniche quali Consulenti e Progetti-sta; la descrizione qualitativa di quelloche si vuole dall’opera è sviluppata attra-verso affermazioni sintetiche (statement)di carattere generale, quali, ad esempio:

a) la costruzione deve essere funzionaleanche in presenza di situazioni am-bientali o accidentali estreme,

b) la costruzione deve presentare la mi-nore interferenza possibile con l’am-biente circostante, …; in queste defi-nizioni, devono trovare posto le esi-genze di tutti gli interessati alla costru-zione (stakeholders), sia espliciti comeil Committente, sia impliciti come laSocietà in genere, ad esempio parlan-do di sostenibilità e riciclabilità;

– Livello 2: traduzione dei principi generalidi progettazione indicati in termini quali-tativi al livello precedente in quantità mi-surabili (performance), individuazione delloro metodo di misura (metrica, ovveroperformance criteria), e scelta dei limitiaccettabili (performance limits);

– Livello 3: definizione di una soluzioneprogettuale preliminare; nel corso delleattività progettuali, si ritornerà a questo li-vello ogni qualvolta le verifiche prestazio-nali da svolgere nel livello inferiore risulti-no non soddisfatte;

– Livello 4: verifica delle capacità presta-zionali della soluzione definita al livelloprecedente; tale processo può essererealizzato secondo due approcci, norma-ti di conseguenza con differenti codici:

1) esplicito o prestazionale: si verifica di-rettamente il raggiungimento delle ca-pacità prestazionali attraverso modellianalitici, modelli fisici, e la combina-zione delle due tecniche precedenti;

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L’approccio prestazio-nale si presenta comeuna metodologia or-dinata per lo sviluppo dei moderni

progetti delle costruzioni, e in particolare diquelle in acciaio

L’impostazione prestazionale delle struttu-re soggette a incendio, nell’ottica del cosid-detto Performance-Based Design (PBD), at-tiene alla valutazione del comportamentomeccanico delle strutture esposte al fuoco.

Un progetto moderno delle costruzioni, ein particolare di quelle di acciaio, deve tene-re presente molteplici aspetti legati sia allafunzionalità, sia alla sicurezza sia alla robu-stezza. In tal senso, l’approccio prestaziona-

le si presenta come una me-todologia ordinata per lo svi-luppo del progetto, attraverso

l’individuazione di successivi livelli logici.Allo stesso tempo esso può rivestire una

particolare importanza in quanto permette alprogettista di operare scelte differenti, in ter-mini di componenti, per il raggiungimentodei prescelti livelli prestazionali, garantendoun’ottimizzazione del progetto e quindi, inparticolare, un vantaggio economico, inun’ottima generale di comprensione del qua-dro normativo.

Oltre all’inquadramento normativo, vengo-no di seguito presentati gli aspetti fonda-mentali dell’analisi strutturale in presenza di

� Prof. Franco Bontempi� Ing. Chiara Crosti

Costruzioni in acciaiosecondo l’approccioingegneristico di progetto

L’impostazioneprestazionaledelle strutture soggettea incendio, nell’otticadel cosiddettoPerformance-BasedDesign (PBD), attienealla valutazionedel comportamentomeccanicodelle struttureesposte al fuoco

FFrraannccoo BBoonntteemmppii è professore ordinario di Tecnica delleCostruzioni nella Facoltà di Ingegneria dell’Università diRoma “La Sapienza”. Si occupa di analisi strutturale e pro-gettazione prestazionale di edifici alti e ponti, coordinandoun gruppo di ricerca tra i più attivi nel settore del calcoloautomatico e della modellazione strutturale. Negli ultimi anni, è stato membro della Commissione per ilTesto Unico delle Norme Tecniche delle Costruzioni pressoil Ministero delle Infrastrutture e del Comitato Scientificoper il Ponte sullo Stretto di Messina. Fa parte dellaCommissione Tecnica per la Sicurezza delle Costruzioni inAcciaio in caso di Incendio. Svolge attività di consulenza perstrutture speciali.

CChhiiaarraa CCrroossttii è allieva del Dottorato di Ricerca in IngegneriaStrutturale presso l’Università di Roma “La Sapienza”, dovesi occupa di analisi strutturale e di progettazione di costru-zioni soggette ad incendio ed esplosioni.

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.. CChhiiaarraa CCrroossttii

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zionali: si presuppone che, così facendo,dai componenti si ottenga un insiemestrutturale soddisfacente;

– in un codice prestazionale, invece, sonodescritti e specificati i requisiti che unastruttura deve possedere e garantire, di-mostrando di ottenere tali requisiti conl’utilizzo di combinazioni diverse di diffe-renti elementi costituenti; è questa intrin-seca attenzione alla costruzione nella suatotalità che costituisce la cosiddetta vi-sione sistemica dell’approccio prestazio-nale; secondo tale visione, è più impor-tante avere una chiara consapevolezzadell’organizzazione della costruzione difronte ai differenti scenari di contingenza,che prestare attenzione a come è fatto unelemento strutturale, che alla fine, pur es-sendo singolarmente valido, può non es-sere collocato o funzionare opportuna-mente nella costruzione (si pensi a un’ot-tima porta tagliafuoco che resta aperta).

A tal riguardo va messo in luce come unapproccio prestazionale permetta di operarescelte differenti in termini di componenti peril raggiungimento dei prescelti livelli presta-

zionali, garantendo un’ottimizzazione delprogetto e quindi, in particolare, un vantag-gio economico.

In passato la normativa antincendio era ditipo essenzialmente prescrittivo, cioè eranoimposte delle prescrizioni, alle quali occorre-va attenersi, indipendentemente dal grado dirischio e dalla natura dell’edificio.

Il nuovo criterio su cui è basato il cosiddet-to approccio ingegneristico, che si richiame-rà brevemente nel paragrafo seguente, è in-vece di tipo prestazionale, cioè la soluzioneè determinata dal Progettista, che, seguen-do una rigorosa procedura di valutazione delcaso e applicando degli standard necessari,riproduce una situazione prevedibile in casod’incendio e dimostra di raggiungere gliobiettivi di sicurezza fissati.

Approccio ingegneristico nel caso di strutture soggette ad incendio

L’approccio ingegneristico con il quale siaffronta il problema dell’azione dell’incendiosulle strutture è stato codificato nel 1998 conil rapporto tecnico ISO TR 13387 2 , (Fire Sa-

2) implicito o prescrittivo: si ritiene ade-guata la costruzione realizzata secondoregole tecniche specifiche e codificate.

Questo processo di progettazione presta-zionale è riferito nella Tabella 1 a un caso ge-nerale di un edificio. Dalla Tabella 1 è possi-

bile comprendere al meglio il significato pra-tico dei quattro livelli di progettazione primadescritti: nel livello 1 si sceglie l’obiettivo ge-nerale da garantire; nel livello 2 si localizzal’interesse agli elementi solai per i quali si in-dividuano le prestazioni da garantire e i limi-ti oltre i quali le prestazioni non si ritengono

più soddisfatte; il livello 3 iden-tifica quali analisi condurre pertrovare i risultati richiesti; nel li-vello 4 si effettua la verificaprestazionale, cioè si controllache i risultati ottenuti dall’ana-lisi condotta siano effettiva-mente inferiori ai limiti stabilitinel livello 2. In caso negativo,si modifica lo schema proget-tuale, in altre parole il solaio.

A proposito dell’ultimo livelloe osservando la Figura 2, sipuò affermare che:

– in un codice prescrittivo, icomponenti della struttura(elementi costituenti) sono de-scritti e specificati, supponen-do in tal modo, implicitamenteun insieme di requisiti presta-

L’edificio deve essere funzionaleLivello 1

Livello 2

Livello 3

L’obiettivo generale è esplicitato nelle sue varie specificità;ad esempio, a proposito degli orizzontamenti (solai):

Performance: rigidezza

Performance Criteria: frequenza naturale di vibrazione

Performance Limits: > 10Hz, per i locali dell’edificioaperti al pubblico (flim);

> 5Hz, per gli altri locali(flim);

Scelta di una soluzione progettuale Analisi modale per ladeterminazione delle frequenzeproprie del solaio

Livello 4 Verifica della capacità prestazionale f (Hz) < flim (Hz)

Si specificano:

Metodo Prescrittivo Metodo Prestazionale

Elementi costituenti

Da ciò si presupponel’ottentimento:

Requisiti Prestazionali

Si definiscono:

Requisiti Prestazionali

Da ciò si scelgono

Elementi costituenti

Figura 2 - Definizione delle caratteristiche degli elementi costituenti una costruzione se-condo un approccio prescrittivo in confronto alla definizione esplicita dei requisiti strut-turali secondo l’approccio prestazionale Tabella1 - Esempio di approccio prestazionale alla progettazione

Obiettivi generalie requisiti funzionali

Livello 1Qualitativo

Requisitiprestazionali

Scelta del livellodi prestazioneda garantire

Livello 2

Livello 3

Livello 4

Quantitativo

AttraversoModelli analitici

AttraversoModelli fisici

AttraversoAnalitici & Fisici

AttraversoMetodi prescrittivi

Metodi prestazionali Metodi prescrittivi

Figura 1 - Struttura formale dell’approccio prestazionale alla progettazione (PBD)

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scegliere assumendosene leresponsabilità tra i modelli dicalcolo che sono disponibilinel settore.

Anche queste conoscenze,quindi, sono soggette all’evo-luzione tecnologica e presup-pongono un costante aggior-namento del tecnico, unacompetenza nell’utilizzo deisoftware, e un’approfonditaconoscenza dei fondamentiteorici che ne sono alla base.La validazione dei modelli dicalcolo può essere corretta-mente compiuta seguendoquanto prescritto nella ISO TR13387 2 o in opportuni testiche offrono un’ottima lineaguida per la scelta del softwa-re da utilizzare 4.

L’ultima fase di questo iterprogettuale riguarda la gestio-ne della sicurezza e, in partico-lare, gli adempimenti finalizza-ti al mantenimento degli impe-gni gestionali assunti al mo-mento della presentazione delprogetto. Il decreto affermache la metodologia prestazio-nale, basandosi su l’individua-zione delle misure di protezio-ne effettuata su scenari di in-cendio valutati appositamente,richiede un attento manteni-mento di tutti i parametri postialla base della scelta sia degliscenari sia dei progetti; da ciòconsegue che è necessarial’individuazione di un opportu-no sistema di gestione della si-curezza. Questo si basa suuno specifico documento pre-sentato all’organo di controllogià dalla fase di approvazionedel progetto.

Quindi, riassumendo, la pri-ma fase si conclude con la

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fety Engineering). Tale approccio consente diindividuare le migliori soluzioni per il raggiun-gimento degli obiettivi di sicurezza previstidal legislatore e permette di considerare inmaniera corretta le varie esigenze funzionalidell’attività a rischio incendio permettendocosì di studiare le conseguenze degli incen-di negli edifici e di valutare, prima di realizza-re l’opera, l’effetto sulle persone e sulle cosedegli incendi considerati.

Le tecniche del Fire Safety Engineering so-no ampiamente sviluppate e utilizzate inmolti paesi come il Canada, il Giappone, laNuova Zelanda, gli Stati Uniti d’America. Ne-gli ultimi anni si sono fortemente diffuse an-che in Italia, dove, con il decreto del Ministrodell’Interno 9 maggio 2007, “Direttive perl’attuazione dell’approccio ingegneristico al-la sicurezza antincendio”, il panorama nor-mativo ha finalmente compiuto un passo im-portante verso la sua modernizzazione.

La valutazione tecnica della sicurezza an-tincendio, secondo quanto prescritto nelD.M. 9 Maggio 2007 3 , è effettuata per fasisecondo un prestabilito processo di base, il-lustrato in Figura 3.

Nella prima fase, i passi da compiere trat-

tano diverse questioni ed hanno come sco-po finale la definizione in maniera univoca eoggettiva degli scenari di incendio.

Partendo, infatti, dalla identificazione degliobiettivi di sicurezza è possibile delineare icorrispondenti livelli di prestazioni e definirecosì gli scenari di incendio di progetto cherappresentano il cuore del procedimento in-gegneristico. Dall’analisi qualitativa si passapoi all’analisi quantitativa. Questa secondafase è quella in cui si eseguono valutazioninumeriche che sono confrontate con i risul-tati ottenuti con i livelli di prestazione primadefiniti. Sulla base di questo, si definiscepertanto il progetto da sottoporre a definitivaapprovazione.

Le valutazioni quantitative di questa se-conda fase, cui corrisponde la cosiddettaverifica prestazionale, possono essere svoltesia manualmente sia mediante programmiautomatici. Uno degli aspetti più critici ri-guarda proprio la scelta di tali codici di cal-colo, che possono riferirsi sia alla valutazio-ne dello sviluppo dell’incendio e delle suepossibili conseguenze, sia alla valutazionedelle condizioni di esodo. Sarà quindi il Pro-gettista, sulla base delle sue valutazioni, a

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Obiettivi di Sicurezza

Sicurezza degli occupanti durantetutta la loro permanenza previstanell’edificio

Sicurezza delle squadre di soccorsoe delle squadre antincendio

Evitare crolli nell’edificio

Permettere ai componentie ai sistemi antincendiodi mantenere la loro funzionalità

Consentire l’eventuale riutilizzazionedella struttura

Livelli di prestazione

Assenza di requisiti specifici

Resistenza dell’incendio per un temposufficiente per l’evacuazione

Non raggiungimento del collasso

Limitato danneggiamento

Mantenimento della totale funzionalità

Figura 4 - Relazione tra obiettivi e prestazioni

Ferrovie

Trasportomarittimo

1 23 4

Missionespaziale

Impiantinucleari

Ingegneriagenetica

Operazionimilitari

Agenziemultiobiettivo

Linee di produzionee catene di montaggio

Agenziead obiettivosingolo

Lineare Non lineareTipo di interazione

fra le varie parti del sistema

Tipo

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Figura 5 - Valutazione della complessità di un sistema in base alla natura delle interazio-ni (lineari/non lineari) e delle connessioni (strette/lasche) fra le varie parti che compon-gono il sistema stesso 8

Analisi Qualitativa

1a Fase

Definizionedel progetto

Definizione degli obiettividi sicurezza

Individuazionedei livelli di prestazioni

Scelta degli scenaridi incendio di progetto

Sommario Tecnico

Analisi Quantitativa

2a Fase

Ipotesi di progetto

Scelta delmodello di calcolo

Analisidei risultati

Individuazionedel progetto finale

Documentazione

3a Fase

Organizzazione del personale

Identificazione e valutazionedei pericoli derivanti dall’attività

Controllo operativo

Gestione delle modifiche

Pianificazione di emergenza

Sicurezza delle squadre di soccorso

Controllo delle prestazioni

Manutenzionedei sistemi di protezione

Controllo e revisione

Figura 3 - Struttura formale dell’approccio prestazionale alla progettazione (PBD)

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razioni ricorrenti. La complessità è ritenutacrescente sia passando da interazioni lineari(caratterizzate da proporzionalità e dunqueprevedibilità) ad interazioni non lineari, siapassando da connessioni lasche (ovvero si-stemi con parti poco connesse) a connessio-ni strette. I sistemi che possono rappresen-tarsi nel quadrante 3 sono caratterizzati da(relativa) semplicità, mentre i sistemi delquadrante 2 sono caratterizzati da massimacomplessità. Per rendere concreto lo sche-ma di Figura 5, si pensi, nel caso dell’azionedell’incendio, ai concetti di compartimenta-zione (connessione fra parti del sistema) ealle modalità di propagazione di un incendio(interazione).

Appare chiaro come un approccio pura-mente probabilistico alla sicurezza struttura-le non possa trattare azioni o eventi, comequelli accidentali, che sono difficilmente de-scrivibili in termini statistici. Simili difficoltàsono altrimenti ereditate dai metodi che de-rivano concettualmente da tale sistema, co-me l’approccio ai coefficienti di sicurezzaparziale della forma semipro-babilistica agli stati limite. Èutile, dal punto di vista inge-gneristico, considerare allora ilgrafico riportato in Figura 6:nel quale sono ordinate inascissa situazioni di crescentecomplessità, mentre in ordina-ta sono riportati approcci de-terministici e probabilistici. Sirileva l’alternanza delle impo-stazioni: la sicurezza di situa-zioni semplici è valutata conanalisi deterministiche qualita-tive che però, al crescere dellacomplessità del problemastrutturale in esame, sono so-stituite da analisi più raffinatebasate su considerazioni pro-babilistiche. Questa tendenzas’inverte, all’ulteriore cresceredella complessità, per tornaread approcci deterministici: siconsiderano in altre parole

analisi pragmatiche basate sull’individuazio-ne di scenari di rischio secondo giudiziesperti, che trascendono dunque il quadrodelle mere descrizioni statistiche.

Con l’espressione scenario di rischio, in-trodotta in Figura 6, si intende, nella manierapiù generale, una circostanza plausibile ecoerente in cui può realisticamente trovarsiun’opera strutturale, sia durante la sua vitautile, sia nelle fasi di costruzione e dismissio-ne. Tale scenario sarà dunque caratterizza-to dalla concomitanza di:

– una determinata configurazione struttura-le, usuale o transitoria; in quest’ultimo ca-so, oltre a considerare le fasi di realizza-zione e dismissione dell’opera, devonoessere identificate situazioni di danno ac-cidentale realisticamente attendibili perl’opera stessa, ponendo la dovuta atten-zione anche ai fenomeni di degrado strut-turale connessi a processi chimico-fisici,e ai riflessi in termini di organizzazionedella struttura;


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predisposizione di un documento (chiamatosommario tecnico), firmato congiuntamentedal Progettista e dal titolare dell’attività, oveè sintetizzato il processo seguito per indivi-duare gli scenari di incendio e i livelli di pre-stazione; nella seconda fase compaiono levalutazioni quantitative degli effetti dell’in-cendio che sono confrontati con i risultati ot-tenuti dal calcolo con i livelli di prestazioneindividuati in precedenza e infine, sulla basedi questo confronto, si definisce il progettoda sottoporre a definitiva approvazione.

Attraverso l’approccio ingegneristico, dinatura quindi prestazionale, il Progettista rie-sce ad individuare per ogni specifico caso lesoluzioni che risultano più vantaggiose eco-nomicamente, evitando l’esecuzione di mi-sure inutili le quali saranno realizzate solodove effettivamente necessarie.

Incendio come azione accidentale

Per la prima volta in Italia, nell’organizza-zione logica del D.M. 14/05/2005 5 , la quali-tà della costruzione, in altre parole la sua ca-pacità prestazionale, è valutata in presenza diazioni appartenenti a tre differenti categorie:

– azioni ambientali e naturali, agenti sullacostruzione a causa delle sua sola pre-senza, quali sisma, vento, temperatura eneve;

– azioni antropiche, dovute all’utilizzo dellacostruzione, quali sovraccarichi variabililegati alla destinazione d’uso;

– azioni accidentali, che si presentano inquelle situazioni che si definiscono inci-denti, e che, a differenza dei precedentidue tipi, non sono caratterizzabili con unformalismo statistico ma che non posso-no essere esclusi dall’accadere verosimil-mente nella vita della costruzione; nellospecifico, si considerano a) incendi, b)esplosioni, c) urti.

Il Testo Unitario D.M. 14/05/2005 5, classi-ficava quindi l’azione incendio comeun’azione accidentale, cioè come un’azione

che accade in concomitanza di eventi di ori-gine antropica definiti come incidenti. E’ me-rito assoluto del Testo Unitario avere intro-dotto un capitolo specifico sulle azioni acci-dentali e aver puntualizzato l’importanza dicondurre verifiche oltre che agli stati limiteultimi e di esercizio anche in termini di robu-stezza strutturale6, evitando così danni spro-porzionati rispetto all’entità delle cause inne-scanti. Tali aspetti sono riconfermati nell’at-tuale D.M. 14/01/2008 8.

La progettazione di strutture soggette adincendio nell’ottica dell’approccio prestazio-nale deve consentire il raggiungimento diprestabiliti obiettivi di sicurezza ai quali sonostrettamente collegati altrettanti livelli di pre-stazione indicati in Figura 4.

Il Progettista, quindi, è chiamato a una re-sponsabile attribuzione delle prestazioni dagarantire. Tale libertà decisionale gli offrel’opportunità di trovare la soluzione più eco-nomica e quella più efficace che evita inter-venti inutili e indiscriminati, come può acca-dere seguendo il criterio prescrittivo.

Bisogna tuttavia puntualizzare che l’appli-cazione del metodo prestazionale non èsemplice e immediata come nel caso di ap-proccio prescrittivo, nel quale il rispetto dideterminate prescrizioni e l’interpretazionedelle disposizioni di sicurezza sono semplici:l’approccio prestazionale richiede, infatti,specifiche conoscenze da parte del profes-sionista e quindi maggiori complessità nel-l’applicazione.

Per la comprensione del problema della si-curezza delle costruzioni in presenza di azio-ni accidentali, è interessante introdurre aquesto punto proprio la nozione di comples-sità di un generico sistema.

Nella Figura 5 è proposto uno schema no-to in letteratura8 in diverse forme, che consi-dera lungo due assi ortogonali quelle chepossono essere intese come dimensioni del-la complessità: tali dimensioni sono rappre-sentate dal tipo di interazioni e dal tipo diconnessioni che le varie parti di un sistemasviluppano fra loro, e permettono di indivi-duare quattro quadranti contenenti configu-


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Deterministica

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Complessità

Probabilistica

Eventi frequenticon conseguenze

limitate (HPLC)

AnalisiQualitativa

AnalisiPragmatica

dello Scenariodi rischio

AnalisiQuantitativa

Eventi raricon conseguenze

elevate (LPHC)

Figura 6 - Differenze di impostazione delle verifiche di sicurezza (approccio deter-ministico / approccio probabilistico) al crescere della complessità del problemastrutturale

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2. l’analisi della evoluzione della temperatu-ra all’interno degli elementi strutturali;

3. l’analisi del comportamento meccanicodelle strutture esposte al fuoco;

4. verifiche di sicurezza.

Entriamo dunque nello specifico di ciascu-na delle citate fasi facendo delle considera-zioni a riguardo.

Individuazione dell’incendio di progetto appropriato alla costruzione

In tale procedura si tiene in conto di un in-cendio convenzionale di progetto definito at-traverso una curva di incendio che rappre-senta l’andamento, in funzione del tempo,della temperatura dei gas di combustionenell’intorno della superficie degli elementistrutturali. La curva di incendio di progettopuò essere:

– Nominale: curva adottata per la classifi-cazione delle costruzioni e per le verifichedi resistenza al fuoco di tipo convenzio-nale; tra queste sono note:

– Curva nominale standard, la ISO834, nelcaso di incendio di materiali di naturaprevalentemente cellulosica:

T= 20+345 log10 (8t+1)

dove t è il tempo espresso in minuti e la T viene espressa in °C;

– Curva nominale degli idrocarburi:

T= 1080 (1-0,325e-0,167t -0,675e-2,5t )+ 20

– Curva nominale esterna, nel caso di in-cendi sviluppatisi all’interno del compar-


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– un definito scenario di carico, ovvero uninsieme organizzato e realistico di azioni,presenti contemporaneamente sull’ope-ra, la cui configurazione strutturale è sta-ta prima identificata; è compito del Pro-gettista individuare tale insieme di carichi,definendone le rispettive intensità, anchein base alle correlazioni statistiche.

In ogni caso, tenendo conto delle specifi-cità delle singole azioni, si deve adottare unaprogettazione strutturale orientata all’interosistema resistente, e non solo al dimensio-namento e alle verifiche dei singoli compo-nenti. In particolare, una volta individuati gliscenari di contingenza legati ad azioni acci-

dentali, è opportuno che la costruzione pos-segga un’adeguata robustezza strutturale 6.Proprio una corretta progettazione orientataalla robustezza è lo strumento operativo dautilizzare al fine di ridurre l’impatto delle azio-ni accidentali, e dell’incendio in particolare.

Analisi di resistenza al fuoco

Secondo quanto prescritto nel D.M.14/05/20055 e nel D.M. 14/01/2008 7 la pro-cedura di analisi della resistenza al fuoco siarticola in più passi:

1. l’individuazione dell’incendio di progettoappropriato alla costruzione;


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Figura 8 - Confronto tra l’andamento di una curva nominale e una curva naturale ottenuta con modelli di campo

Figura 7 - Confronto degli andamenti delle curve nominali note in letteratura

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http://www.ilperitoindustriale.it

centrale che si riscalda molto più lentamen-te, e quindi tale approssimazione è ben di-stante dalla realtà.

Analisi del comportamento meccanicodelle strutture esposte al fuoco

Il comportamento meccanico della struttu-ra è analizzato tenendo conto della riduzionedella resistenza meccanica dei componentidovuta al danneggiamento dei materiali pereffetto dell’aumento di temperatura.

L’effetto della temperatura prodotta dall’in-cendio, genera nei materiali coinvolti, dellealterazioni delle caratteristiche meccaniche,la cui implementazione nel modello di calco-lo è di fondamentale importanza per la cor-retta valutazione della resistenza al fuoco.

Si prenda ad esempio il caso dell’acciaioper il quale è fondamentale considerare leproprietà meccaniche che variano al cresce-re della temperatura.

Queste sono rappresentate in Figura 9 esono:

– il modulo di elasticità, E0;– il limite di proporzionalità, σp, termine del

comportamento elastico-lineare;– la tensione effettiva di snervamento, σy,

rappresentativa della capacità massimadel materiale.

L’evoluzione di questi parametri con latemperatura è fornita da sem-plici relazioni di proporzionalitàrispetto ai valori assunti a tem-peratura ambiente, rappresen-tata in Figura1011.

Il modello del materiale chesi deve adottare per condurreanalisi su strutture soggette al-l’azione del fuoco, deve esse-re quindi di tipo accoppiatotermo-plastico, e, proprio perquesto motivo, è necessariol’utilizzo di codici di calcoloche ne permettano la correttamodellazione. Non tutti i pro-

grammi di calcolo per la modellazione strut-turale a elementi finiti consentono, infatti, dicogliere l’aspetto termo-plastico dei mate-riali: tra questi, sono particolarmente diffusiANSYS, ADINA, NASTRAN 12.

Il metodo attraverso il quale tali codici dicalcolo determinano i risultati numerici, sibasa su di un procedimento iterativo, ovveroun procedimento che vede l’aggiornamentoal passare del tempo ovvero al variare dellatemperatura, delle proprietà meccaniche aessa associate, come riportato schematica-mente in Figura 11.

Per la risoluzione di un modello a parame-tri evolutivi, quali quindi le caratteristiche deimateriali in presenza di incendio, è necessa-rio dunque svolgere analisi non stazionarienon lineari, così come suggerisce di fare ilD.M. 14/05/2005 5. Le non linearità devonocomprendere sono sia quella plastica e ter-mica del materiale, sia quella geometrica incondizioni di grandi spostamenti.

Quest’ultimo aspetto è davvero importanteper lo studio di strutture soggette al fuoco.Infatti, escludendo le non linearità di geome-tria, non si riuscirebbero a cogliere alcuni fe-nomeni importanti ai fini della determinazio-ne della capacità prestazionale della struttu-ra. Il primo effetto che l’implementazionedelle non linearità di geometria permette divalutare, è il cosiddetto bowing-effect. L’ac-coppiamento tra non linearità di materiale edi geometria fa sì che gli spostamenti, nel


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timento ma che coinvolgono strutture po-ste all’esterno:

T=660 (1-0,687e-0.32t -0,313e-3,8t )+20

– naturale: curva determinata in base a mo-delli d’incendio e a parametri fisici chedefiniscono le variabili di stato all’internodel compartimento; i modelli di incendioutilizzati per la valutazione di tali curvesono:

– i modelli a zone, dove si presupponel’omogeneità dei parametri termodi-namici all’interno delle zone in cui, aifini del calcolo, è suddiviso l’ambien-te; tali modelli mostrano tuttavia unacomprensione approssimata del feno-meno prescindendo dalla definizionepunto per punto delle caratteristichetermiche e chimiche; esempio di codi-ce di calcolo utilizzato per la modella-zione a zone dell’ambiente è CFAST,liberamente scaricabile dal sito dellaNIST 9;

– i modelli di campo, che utilizzano lametodologia dei volumi finiti per la va-lutazione dei parametri termodinamiciall’interno di ognuno dei numerosi ele-menti nei quali è suddiviso l’ambiente;tali modelli, infatti, dividono lo spazioin un numero elevato di elementi e ri-

solvono le equazioni di conservazioneall’interno di ciascuno di essi: maggio-re è il numero di elementi, più detta-gliata sarà la soluzione; i risultati sonotridimensionali e, se comparati conquelli dei modelli a zone, sono moltopiù dettagliati e permettono, infatti, dipredire inoltre la distribuzione del fu-mo, il movimento dell’aria e la diffusio-ne di sostanze tossiche causate dal-l’incendio, dal vento, e dal sistema diventilazione. Il tutto però con tempi dicalcolo che possono essere notevolidato il maggior onere computaziona-le10; per i modelli di campo un codicedi riferimento anche esso liberamentescaricabile dal sito della NIST, è FDSche utilizza come visualizzatore dei ri-sultati il codice Smokeview 9.

Analisi della evoluzionedella temperatura all’internodegli elementi strutturali

L’evoluzione della temperatura all’internodegli elementi strutturali dipende essenzial-mente dal tipo di materiale e dalle caratteri-stiche termiche che esso possiede, le qualipermettono di individuare facilmente comeavviene il trasferimento del calore all’internodell’elemento stesso e tra elementi contigui.

Se, ad esempio, si desidera condurre taleprocedura di analisi di resi-stenza in un elemento in ac-ciaio, poiché questo materialepossiede un’elevata conduci-bilità termica, è possibile, in-trodurre l’approssimazioneche la temperatura all’internodell’elemento sia uniforme intutto il volume occupato. Nelcaso di elementi realizzati conmateriali aventi proprietà iso-lanti, come il conglomeratocementizio, si hanno inveceforti variazioni tra la parteesterna a contatto con i gascaldi di combustione e quella


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Figura 9 - Legame Tensione-Deformazione per acciaio a temperature crescentiFigura 10 - Parametri adimensionali delle caratteristiche meccaniche del materiale ac-ciaio

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geometria in un modello di calcolo, tuttavia,permette di cogliere anche altri aspetti, co-me ad esempio quelli inerenti all’instabilitàche l’azione dell’incendio genera nel caso dielementi iperstatici snelli, fenomeno noto inletteratura come thermal buckling. Per com-prendere questo aspetto si sceglie di pren-dere in esame ancora una volta la trave inacciaio di Figura 12, questa volta con gliestremi entrambi incernierati e sezione illu-strata in Figura 15.

Con questi vincoli le deformazioni dovuteai cambiamenti di temperatura per effettodell’esposizione al fuoco sono impedite eproducono sollecitazioni indirette, forze emomenti, che devono essere tenute in con-siderazione.

Nel caso di Figura 16, si desidera porrel’attenzione proprio sull’importanza della co-

noscenza di tali effetti: per una sezione0.1x0.1m, le analisi condotte con non linea-rità di materiale e di geometria, trovano solu-zione solo fino a quando la reazione vincola-re (Rx), che si genera per effetto dell’espan-sione impedita, è inferiore al valore di caricodi instabilità (PCR), oltre il quale l’analisi si ar-resta. Questo determina il collasso per insta-bilità.

Bowing-effect e thermal buckling sonodue degli aspetti più interessanti che le ana-lisi con non linearità di materiale e di geome-tria permettono di evidenziare nel caso distrutture in acciaio soggette all’azione delfuoco: esistono tuttavia anche altri fenomenimeccanici che sono trattati in maniera piùapprofonditi in 1 . Tutti possono essere pre-senti nel comportamento strutturale com-plessivo e devono quindi essere valutati.


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caso di elementi soggetti ad incendio, nonsiano più piccoli, e che pertanto alla incurva-tura della trave per azione flettente, corri-sponda un avvicinamento degli estremi dellatrave, con un conseguente accorciamentodella corda della trave. Tutto ciò è dovuto al-la progressiva perdita di rigidezza dell’ele-mento che non riesce più a sopportare il ca-rico ad essa applicato. Tale meccanismo de-formativo è colto solo con opportune formu-lazioni di analisi non lineare della trave. Nel-la Figura 12 si riporta un tipico esempio ditrave appoggiata realizzata in acciaio di se-zione ideale quadrata, per la quale è neces-sario non trascurare l’effetto del bowing-ef-fect.

Nella Figura 13 si riportano gli andamentidegli spostamenti verticali e orizzontali infunzione della temperatura calcolati rispetti-

vamente nei nodi in corrispondenza dellamezzeria e del carrello.

Per meglio comprendere il problema si ri-portano nella Figura 14 le deformate della li-nea d’asse della trave ottenute con analisinon lineari solo per il materiale, e analisi nonlineari per materiale e per geometria.

In questa figura si nota facilmente la diffe-renza tra i due tipi di analisi condotti: in par-ticolare, in riferimento all’andamento dellospostamento orizzontale del nodo in corri-spondenza del carrello, si nota come le nonlinearità di geometria, unitamente alle non li-nearità di materiale, permettano di coglieregli effetti di progressivo avvicinamento deinodi al crescere della temperatura e quindi aldiminuire della rigidezze e della resistenzadell’elemento in questione.

L’implementazione delle non linearità di


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Configurazione “0” : t0, T0

t1 T1 Risultati al tempo t1


t2 T2 Risultati al tempo t2


tf TfRisultati al tempo tr

Figura 11 - Procedimento iterativo di un modello a parametri evolutivi: t = tempo; T = temperatura

Sistema strutturale

Individuazione incendio di progetto

Curva nominale, ISO 834

Evoluzione della temperatura all’interno dell’elemento:

Costante

Analisi del comportamento meccanico:

Analisi non stazionarie non lineari

y

x

0,3 m

0,3

m

F = 1410 N

Non linearità di geometria

Ipotesi di spostamenti relativamentegrandi e piccole deformazioni

3 m

Figura 12 - Esempio di procedura di analisi per una trave appoggiata

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Di seguito si cercherà di illustrare due ap-plicazioni complete del processo di verifica,una che fa riferimento ad un elemento isola-to, l’altra ad una struttura complessa.

Valutazione prestazionale della resistenza al fuoco di un componente strutturale isolato

Alla luce della complessità che l’analisiprestazionale di strutture soggette ad azioneincendio chiama in causa è buona norma ri-

produrre degli esempi presenti in letteraturaper validare la modellazione che si intendeapplicare alla generica struttura.

Si prende in considerazione una trave ap-poggiata con caratteristiche resistenti equi-valenti ad una UB 356x171x51 lunga 6 m esoggetta ad un incremento di temperatura di10.C al minuto, analizzata in letteratura 15.

La trave è soggetta a un carico uniforme-mente distribuito con un coefficiente di utiliz-zo della sezione, R che va da 0,2 a 0,7.

Per una trave, soggetta principalmente aflessione, R è definito come il rapporto tra il


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Verifiche di sicurezza

A differenza dell’approccio prescrittivoche divide le situazioni in verificate o nonverificate, è tipico dell’approccio presta-zionale graduare le conseguenze sullacostruzione, sui beni e sulle persone, infunzione del livello di cimento dell’azionesulla costruzione stessa.

Il passo fondamentale per garantire uncerto livello di sicurezza, è quello di veri-ficare che la resistenza della struttura,sottoposta ad un incendio, risulti piùgrande della severità dell’incendio stes-so (Fire resistance > Fire Severity).

Tre sono le tecniche di verifica dellaresistenza al fuoco che propone il TestoUnitario: queste si identificano nel do-minio del tempo, delle resistenze e del-le temperature e sono sintetizzate in Fi-gura 17.

Quindi, tornando al caso di Figura 12,in termini di verifica di resistenza si puòaffermare che, per l’esempio svolto me-diante analisi non stazionarie con non li-nearità di materiale e di geometria, si ot-tiene, come mostrato in Figura 18, unatemperatura critica di circa 983 °C a cuicorrisponde un tempo di resistenza alfuoco di circa 77 minuti.

È usuale altresì, nella valutazione delleprestazioni delle strutture soggette a fuo-co, definire un collasso convenzionale,strettamente connesso alla tipologia del-l’elemento strutturale e alla funzione chedeve assolvere.

Nel caso particolare di travi in acciaio,in genere si fa coincidere tale soglia dicollasso, con il raggiungimento di unospostamento verticale massimo pari aL/20, cui corrispondono una temperatu-ra e un tempo di esposizione al fuocoche sono definiti critici per l’elemento inesame.

Nel caso di Figura 12, volendo consi-derare questo tipo di collasso conven-zionale, i risultati cambiano come illu-strato in Figura 19.


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Figura 13 - Analisi dei risultati

Figura 17 - Verifiche di resistenza al fuoco Figura 18 - Verifica di resistenza al fuoco applicata al caso di Figura12

Figura 16 - Risultati dell’analisi non lineari

Sistema strutturaley

x

0,1 m

0,1

m

F = 10 N

3 m

Figura 15 - Esempio di trave in acciaio snella

Figura 14 - Confronto tra le deformate

Configurazione iniziale

Deformata dovuta ad analisi con non linearità di materiale

Deformata dovuta ad analisi con non linearità di materiale e di geometria

Verifica di sicurezza

Dominio Unità Fire resistance ≥ Fire Severitydi misura

Tempo ore Tempo oltre >Durata dell’incendioil quale si ha così come specificatol’indebolimento dal codicedella struttura

Temp. °C Temperatura che >Massima temp.causa l’indebolimento raggiunta durantedella struttura l’incendio

Resistenza KN o kNm Capacita di sostenere >Carichi applicatii carichi ad alte temp. durante l’incendio

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caduta sull’individuazione di tre zone, comeillustrato in Figura 21:

1 il primo scenario concentra l’incendionella zona centrale dell’edificio, coinvol-gendo anche le colonne centrali;

2 il secondo è localizzato nella zona centra-le della campata senza coinvolgimentodelle colonne;

3 il terzo scenario suppone l’incendio loca-lizzato nella zona esterna, coinvolgendoanche le colonne di bordo.

Con la scelta degli scenari da studiare siconclude la 1a fase qualitativa dell’approccioingegneristico riassunta in Figura 22. Si rile-va la criticità di questa scelta, che, se noncorretta e realistica, può invalidare tutto ilprocesso.

Si passa quindi alla 2a fase e cioè all’anali-si quantitativa. Le analisi che si sono sceltedi condurre sono non stazionarie con non li-nearità sia di materiale sia di geometria; pos-

siedono perciò potenzialmente tutte le carat-teristiche necessarie per descrivere il realecomportamento della struttura, sotto ognicondizione di carico e di deformazione.

A fronte di questa potenzialità, l’implemen-tazione di tale analisi su calcolatore, perstrutture reali, comporta un certo impegno intermini di tempo di elaborazione e di dispo-nibilità di memoria.

Ad esempio in questo caso la struttura ha1205 nodi, cui corrispondono 7230 gradi dilibertà; il codice di calcolo utilizzato, ADINA,fornisce i risultati delle analisi in circa cinqueore di utilizzo di un normale computer.

Particolare attenzione deve essere data al-lo schema statico del presente edificio, cheè composto da una copertura reticolare for-temente iperstatica. È noto, infatti, che piùuna struttura presenta ridondanza di ele-menti, e più essa offre percorsi alternativi dicarico all’aumentare della crisi dei singolielementi.

A tal proposito si può pensare di condurre


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momento flettente sollecitante nella trave al-l’istante dell’innesco dell’incendio e il mo-mento resistente della trave a T = 20 °C.

Per il problema elementare presentato,l’applicazione dei principi generali del Per-formance-Based Design può essere specia-lizzata come in Tabella 3.

Mediante tale procedimento si determinala temperatura critica oltre la quale non c’èpiù verifica delle capacità prestazionali. Inquesto caso, infatti, oltre T= 620°C, cui cor-risponde un tempo di esposizione al fuoco di60 minuti, il limite di deformabilità è supera-to. Si confrontano così i risultati ottenuti (pre-sentati in Tabella 4), con quanto riportato in15 nel quale è sviluppato lo stesso esempio,ponendo attenzione alla determinazione del-la temperatura critica.

Viene riportato anche il dato fornito dalleBritish Code 16.

Dalla Tabella 4, si nota come i risultati otte-nuti convergano quasi perfettamente con ivalori di temperatura critica riportati nellenorme inglesi, e siano sufficientemente pros-

simi ai valori di temperatura riportati nell’arti-colo considerato.

In definitiva con l’utilizzo dei criteri presta-zionali, gli obiettivi diventano dei veri e pro-pri valori di soglia e il valore del rischio in-cendio è così svolto in modo quantitativo.

Caso di incendio in una struttura complessa

Si considera come esempio reale il caso diun edificio soggetto a riabilitazione, di di-mensioni in pianta di 33x65 m e dimensionein elevazione di 13 m (Figura 20): tale strut-tura si presenta con una geometria relativa-mente complessa, destinata alla manuten-zione di macchine speciali e quindi con unalto fattore di rischio incendi.

L’edificio è isolato, presenta simmetria siain direzione X sia in direzione Y ed è dotatodi una copertura con struttura reticolare. So-no presenti sei elementi verticali compostida un blocco di calcestruzzo alla base, dacui partono i profilati in acciaio che costitui-scono le colonne.

Per la struttura in questione si desidera ve-rificare che sia garantito il livello di prestazio-ne che non prevede il collasso dell’edificioper tutta la durata dell’incendio.

Si conduce pertanto una verifica di resi-stenza modellando l’azione dell’incendio at-traverso la curva nominale standard tempe-ratura-tempo (ISO834) 11, assegnandola soloalle aste pensate coinvolte dall’azione delfuoco.

Per accertare la sicurezza all’incendio del-la struttura, si ipotizzano tre scenari di incen-dio localizzati in zone di circa 50 m2, appros-simabili cioè al 2,5% della superficie totaledella struttura.

Si ricorda che per incendio localizzato siintende un focolaio di incendio che interessauna zona limitata dell’intera struttura, nellaquale lo sviluppo di calore rimane concen-trato in prossimità degli elementi strutturaliposti nell’intorno del focolaio.

Nello specifico, la scelta degli scenari di in-cendi significativi per il caso in esame, è ri-


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Figura 19 - Verifica di resistenza al fuoco applicata al caso diFigura12, con definizione a priori di collasso convenzionale Tabella 3 - PBD in un caso applicativo

Verifica di sicurezza convenzionale L’elemento deve essere funzionaleLivello 1

Livello 2

Livello 3

L’obiettivo generale èesplicitato nelle sue variespecificità

Livello 4

Definizione di unasoluzione progettualepreliminare

Verifica delle capacitàprestazionalidella soluzione

Performance: Limitata deformabilità in presenza di incendio

Performance Criteria: Spostamenti verticali

Performance Limits:<L/20 (def. collasso convenzionale

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Questi, infatti, sono aspetti non di imme-diata facilità dal punto di vista numerico, suiquali è fondamentale ragionare.

Il collasso può essere quindi valutato infunzione del comportamento globale dell’in-tera struttura, attribuendo particolare impor-tanza agli elementi principali più resistenti,che in questo caso sono gli elementi vertica-li colonne.

Si riportano alcuni andamenti degli sposta-menti dei nodi facenti parte delle colonne in-teressate alla zona di incendio, prendendo inriferimento gli scenari che le coinvolgono,quindi il 1° e il 3° scenario.

Nel caso di scenario n.1 si prende in con-siderazione l’andamento dello spostamentodel nodo n.5438 della colonna, per il quale èfacile notare alcuni punti di discontinuità in-dicativi.

Da tale andamento si nota facilmente cheal passare di circa 800 secondi, cui corri-sponde una temperatura di circa 700.C, l’an-damento dello spostamento in direzione X

del nodo in questione, passa da valori nega-tivi, per effetto della temperatura che inizial-mente produce forti espansioni termiche, avalori positivi, a seguito del fatto che, per laprogressiva perdita di rigidezza e resistenzacausata dalle grandi temperature presenti,l’elemento inizia a sbandare nella sua dire-zione debole.

Da ciò non si può affermare che al passa-re di circa 13 minuti circa la struttura subiscaun collasso, ma si può comunque pensareche, oltre tale limite di tempo, gli elementiverticali colonne subiscano una modifica dirigidezza e resistenza che, nell’ottica di unaverifica prestazionale che si sta conducen-do, mette in luce la possibilità del non poterpiù garantire la sicurezza della struttura inesame. Prendendo in esame il 3° scenario econsiderando lo spostamento di un nodo fa-cente parte delle colonne esterne, soggetteall’azione del fuoco, si possono fare analo-ghe considerazioni.

Dalla valutazione della Figura 24 si nota


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alcune considerazioni per ciò che concerneil raggiungimento del collasso strutturale.

È possibile affermare che il collasso diun’asta della copertura, risulti essere senzadubbio un aspetto localmente importante,che però non compromette il comportamen-

to globale dell’intero edificio. È bene quindidistinguere il collasso locale di alcune aste,dal collasso, o dalla perdita di resistenza dielementi critici portanti, come le colonne,che non presentano ridondanza nella strut-tura in esame.


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Tabella 4 - Stima della temperatura critica per coefficiente di utilizzo R crescenti

R 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

BS5950: Part 8 715 °C 660 °C 620 °C 585 °C 555 °C 520 °C

Articolo Liew 725 °C 671 °C 629 °C 591 °C 559 °C 527 °C

Presente lavoro 720 °C 660 °C 620 °C 580 °C 550 °C 520 °C

Figura 20 - Geometria della struttura Figura 21 - Scelta degli scenari di incendio

Vista B-B

Vista B-B

Vista A-A

Vista A-A

Vista C-C

32,85 m

32,82 m

12,82 m9,02 m

65,54 m

32,82 m

7,00 m

16,425 m

1° scenario

3° scenario

2° scenario

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no le colonne direttamente investite dal-l’azione del fuoco, intorno agli 800 secondi,per i quali si è raggiunta una temperatura dicirca 700.C, la struttura mostra bruschi cam-

biamenti di rigidezza, e che pertanto questatemperatura rappresenta uno stato criticoche può rendere meno sicura la stabilità del-la struttura in esame.


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come anche nel caso dello scenario n. 3 siafacilmente individuabile un punto di discon-tinuità che, si ricorda, non rappresenta ilpunto in cui avviene il collasso ma il punto in

cui si potrebbe iniziare a mettere in dubbio ilmantenimento del livello di prestazione ri-chiesto. Dagli andamenti degli spostamentisi può concludere che per scenari che vedo-


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Analisi Qualitativa

Definizionedel progetto

Definizione degli obiettividi sicurezza

Individuazionedei livelli di prestazioni

Scelta degli scenaridi incendio di progetto

Geometria, Materiali...

Evitare crollidell’edificio

Non raggiungimentodel collasso

Scenario 1, 2, 3

Figura 22 - Schema dell’analisi qualitativa per la struttura in esame

Analisi non stazionariecon non linearità

di materialee di geometria

Analisi Quantitativa

Ipotesi di progetto

Scelta delmodello di calcolo

Analisidei risultati

Individuazionedel progetto finale

Controllodegli spostamenti

dei nodidei pilastri

Figura 25 - Schema dell’analisi quantitativa per la struttura in esameFigura 23 - Spostamento X di un nodo delle colonne (scenario n.1)

Figura 24 - Spostamento Y di un nodo delle colonne (scenario n.3)

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adeguate; questa pratica, coerente conl’approccio al Performance-Based De-sign, consente di evitare interventi esten-sivi, spesso inutilmente costosi e talvoltaillusori di sicurezza.

Per riassumere quanto detto può essereinteressante osservare la Figura 26, nellaquale è illustrato il diagramma di flusso cheidentifica in maniera piuttosto univoca, l’iterlogico da seguire per progettare nell’otticadell’approccio ingegneristico. Sempre nellaFigura 26, sulla destra, sono stati evidenzia-ti gli aspetti più delicati che l’analisi quantita-tiva, e quindi la costruzione di un opportunomodello, contiene in sé e che una volta risol-ti permettono la determinazione della capa-cità di carico della struttura in esame.

Il reale comportamento delle strutture inacciaio soggette ad incendio, è piuttostocomplesso, e pertanto, la loro completa va-lutazione deve essere ottenuta tenendosempre presente il comportamento globaledella struttura stessa. La verifica della capa-cità prestazionale e la valutazione di uneventuale collasso strutturale richiedonoquindi da parte del Progettista particolarepreparazione ed esperienza.

La definizione a priori del collasso di unagenerica struttura, dal punto di vista di unapproccio prestazionale, è legata a moltepli-ci aspetti: tra questi di particolare importan-za sono quelli legati alla modellazione siatermica sia strutturale del problema in esa-me. La vastità degli strumenti disponibili perla corretta scelta del modello da utilizzare ela conseguente difficoltà di orientamento trai tanti riferimenti che la letteratura e il merca-to mettono a disposizione, sembrano esseretra i maggiori limiti che approccio l’approc-cio prestazionale presenta.

Per questo motivo è necessario compren-dere a fondo i meccanismi elementari che sisviluppano nel caso di strutture in acciaiosoggette ad incendio, facendo ad esempiodei “test” preliminari di validazione del mo-dello, sui quali condurre delle opportuneanalisi di sensibilità.

Quanto detto dimostra comunque che, no-nostante analisi raffinate del problema com-portino un incremento notevole di onerecomputazionale, solo attraverso queste èpossibile ottenere risultati numerici in gradodi riprodurre quanto accade nella realtà. Talianalisi sono quindi necessarie per un’accu-rata verifica di sicurezza di strutture sogget-te ad incendio.


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Con tali valutazioni si considera conclusaanche la fase quantitativa, riassunta in Figu-ra 25, che permette di fare considerazioni ri-guardo la verifica prestazionale della struttu-ra oggetto di studio.

L’ultima fase dell’approccio ingegneristicoche rimane da trattare è la terza, nella qualesi deve giudicare il livello di prestazione otte-nuto: se questo fosse insufficiente si dovreb-be migliorare la scelta progettuale.

Una scelta comune è quella di proteggerele colonne con delle vernici intumescenti,che permettono di lasciare a vista l’elemen-to in acciaio, o rivestirle, per quanto possibi-le con pannelli prefabbricati, che fungono daschermo per la protezione delle fiamme del-l’incendio 8.

Scelte più strategiche possono riguardarela conformazione dell’edificio o delle suesottostrutture.

Considerazioni conclusive

Centrale all’approccio ingegneristico èsenza dubbio l’analisi quantitativa, nellaquale si trovano implicitamente gli aspettipiù delicati da affrontare per la valutazionedella capacità prestazionale di una genericastruttura.

L’applicazione delle teorie non lineari sulcomportamento termo-meccanico dei mate-riali e delle strutture, insieme alla modellazio-ne di incendi localizzati in scenari sufficiente-mente verosimili, consente, per quanto visto:

– in sede di progettazione, di dimostrare ecertificare le prestazioni del prodotto-struttura in termini di resistenza al fuoco;

– in sede di retrofitting, o di adeguamento,di identificare in modo mirato gli interven-ti per l’ottenimento di prestazioni ritenute


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Analisi Qualitativa Modellazionedell’azione del fuoco

Analisi QuantitativaGenerazione dell’azione

Modellazione deltrasferimento del calore

Gradienti termici

Modellostrutturale

Capacità di carico

Geometria del luogoCarico di incendioCaratteristiche del fuoco

Geometria degli elementiProprietà termichedei materiali

Geometria degli elementiCarichi applicatiProprietà meccaniche

Valutazioni secondocriteri prestabiliti

SI NO

Presentazionedei risultati

Fine

Figura 26 - Diagramma di flusso per il calcolo della capacità portante di una struttura esposta a fuoco, con particolareriferimento agli aspetti della modellazione inerenti all’analisi quantitativa

Bibliografia

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