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I6 COSTRUZIONI METALLICHE NOV DIC 14
SPECIALI
Per l’approfondimento di aspetti significativi
della progettazione e della realizzazione
delle costruzioni metalliche
69-78 Speciale.indd 1 09/02/15 12:28
II
SPEC
IALI
6 COSTRUZIONI METALLICHE NOV DIC 14
Sicurezza antincendio
di strutture in acciaio:nuova progettazione
e valutazione dell’edilizia esistente
Emidio Nigro, Antonio Bilotta,Iolanda Del Prete, Donatella de Silva
Le verifiche dei requisiti minimi di resistenza al fuoco delle costru-
zioni civili sono previste nelle Norme Tecniche per le Costruzioni
al fine di garantire, in condizioni di incendio, la sicurezza degli oc-
cupanti e delle squadre di soccorso nonché un danneggiamento
strutturale limitato. Infatti, in presenza di incendio i materiali strut-
turali subiscono un degrado delle proprietà meccaniche (resisten-
ze e rigidezza) per effetto delle alte temperature con conseguente
diminuzione di capacità portante rispetto alle condizioni ordinarie.
I continui aggiornamenti normativi testimoniano l’elevato impat-
to sociale del tema della sicurezza in condizioni d’incendio delle
strutture di nuova progettazione, sia a destinazione industriale e
commerciale che ad uso civile.
D’altra parte, un forte interesse socio-economico caratterizza an-
che la sicurezza delle strutture esistenti. Infatti, la presenza di attivi-
tà sempre più critiche dal punto di vista antincendio e la notevole
urbanizzazione che caratterizza i moderni centri abitati ha portato
ad una maggiore consapevolezza dell’importanza di interveni-
re sul costruito, attraverso attività di valutazione e adeguamen-
to dello stesso. Sebbene non sempre sia possibile applicare con
speditezza le normative nazionali antincendio ad edifici esistenti,
appare chiaro che l’approccio prestazionale sia particolarmente
indicato per la valutazione della sicurezza antincendio di strutture
in acciaio, eventualmente dotate di sistemi di protezione passiva
o attiva.
Di seguito si richiamano le fasi salienti dell’approccio generale di
verifica strutturale in condizioni di incendio per edifici di nuova
progettazione e si delineano i criteri per la possibile estensione
delle procedure ad edifici esistenti.
APPROCCIO PRESTAZIONALEPer le verifiche dei requisiti minimi di resistenza al fuoco delle
costruzioni civili, nell’attuale quadro normativo sono previsti l’ap-
proccio prescrittivo e quello prestazionale [1].
Il primo prevede una serie di regole e prescrizioni da rispettare
qualora si voglia garantire una prefissata resistenza al fuoco con
immediatezza e semplicità di calcolo (metodi tabellari [2], speri-
mentali ed analitici) e con riferimento alla curva di incendio stan-
dard; il secondo consente una analisi più dettagliata del fenomeno
incendio (modelli di “incendio naturale” ed analisi termica o analisi
termo-fluidodinamica), a cui abbinare procedure di calcolo più so-
fisticate per la modellazione strutturale (modelli di calcolo avan-
zati) [3].
Gli obiettivi fissati di sicurezza strutturale antincendio determina-
no le richieste di prestazione, individuate nei seguenti 5 livelli di
prestazione [4]:
- Livello I: Nessun requisito specifico di resistenza al fuoco dove le
conseguenze della perdita dei requisiti stessi siano accettabili o
dove il rischio di incendio sia trascurabile.
- Livello II: Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per
un periodo sufficiente all’evacuazione degli occupanti in luogo
sicuro all’esterno della costruzione.
- Livello III: Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per
un periodo congruo con la gestione dell’emergenza (1).
- Livello IV: Requisiti di resistenza al fuoco tali da garantire, dopo
la fine dell’incendio, un limitato danneggiamento della costru-
zione.
- Livello V: Requisiti di resistenza al fuoco tali da garantire, dopo la
fine dell’incendio, il mantenimento della totale funzionalità della
costruzione stessa.
Sulla base delle prestazioni richieste è possibile definire scelte
strategiche di progetto che, ammettendo l’innesco dell’incendio,
siano finalizzate a mitigarne le conseguenze in termini di perdite
finanziarie e a tutelare la salvaguardia di occupanti e squadre di
soccorso [5]. Dal punto di vista progettuale è necessario interveni-
re prevalentemente sul layout dell’edificio (compartimentazione),
sulla prestazione delle strutture portanti, sulla scelta dei singoli
prodotti da costruzione utilizzati e dei sistemi di protezione attiva
adottati.
Dal punto di vista operativo, l’approccio si articola in due fasi [6]:
nella prima fase, detta di “Analisi preliminare” o analisi qualitativa,
sono formalizzati i passaggi che conducono ad individuare quali
sono i livelli di prestazione cui riferirsi in relazione agli obiettivi
di sicurezza da perseguire e le condizioni più rappresentative del
rischio al quale l’attività è esposta (scenari di incendio); al termine
della prima fase, a seguito dell’approvazione degli scenari di in-
cendio di progetto da parte dei Vigili del Fuoco, si passa alla fase
di “Analisi quantitativa” degli effetti dell’incendio in relazione agli
obiettivi assunti, confrontando i risultati ottenuti con i livelli di
(1) Nel nuovo Codice di Prevenzione Incendi in corso di emanazione da parte del Ministero dell’Interno il Livello di prestazione III è lievemente modificato nel seguente “man-
tenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo congruo con la durata dell’incendio”.
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III6 COSTRUZIONI METALLICHE NOV DIC 14
Fig. 1 - Albero degli eventi per la definizione degli scenari di incendio – FRA
prestazione già individuati e definendo il
progetto da sottoporre a definitiva appro-
vazione.
SCENARI D’INCENDIO
L’applicazione dell’approccio prestazionale
è caratterizzato dalla definizione dello sce-
nario di incendio, ovvero la descrizione qua-
litativa dell’evoluzione di un incendio che
individua gli eventi chiave che lo caratte-
rizzano e lo differenziano dagli altri incen-
di. Lo scenario è generalmente individuato
da quattro fasi: innesco, crescita, incendio
pienamente sviluppato, decadimento.
Lo scenario rappresenta una particolare
combinazione di eventi associati a fattori
quali: tipo d’incendio; condizioni di ventila-
zione interna; condizioni ambientali ester-
ne; prestazione dei sistemi di protezione
antincendio; tipo, grandezza e posizione
della sorgente dell’incendio; distribuzione
e tipologia del combustibile; densità del
carico d’incendio; estinzione dell’incendio;
stato delle porte; rottura delle finestre.
Chiaramente gli scenari possibili in un edifi-
cio sono innumerevoli, per cui è importan-
te identificare un numero finito di scenari
che siano rappresentativi delle situazioni
di rischio più significative per l’edificio in
esame. Tra questi scenari si scelgono quelli
di progetto, che possono essere modella-
ti attraverso adeguati modelli di incendio
necessari per le analisi del comportamento
termo-meccanico delle strutture.
Tra le diverse metodologie disponibili per
la definizione degli scenari d’incendio di
progetto, possono essere annoverate le
seguenti:
- Fire Risk Assessment (FRA): caratterizzato
dalla individuazione di scenari di incen-
dio rappresentativi, sulla base del valu-
tazione diretta del rischio associato ad
ognuno;
- Annesso E del EN1991-1-2: caratterizzato
dalla definizione del carico di incendio
di progetto mediante opportuni coeffi-
cienti parziali che tengono conto della
natura probabilistica dei vari eventi.
In particolare, nell’applicazione del me-
todo FRA per la valutazione del rischio di
incendio, in accordo con le linee guida ISO-
16732 [7], ci si può avvalere dello strumen-
to dell’albero degli eventi (event tree) basato
sulla discretizzazione della reale evoluzione
dell’incendio in un certo numero di eventi
macroscopici; le sequenze di eventi che ne
derivano sono poi caratterizzate in termini
della loro probabilità di accadimento. Per-
tanto, l’albero degli eventi rappresenta uno
schema di sequenza di eventi che intercor-
rono dall’innesco dell’incendio fino al risul-
tato finale, riferito ai vari scenari di incendio
possibili (vedi figura 1). Per ciascuno scena-
rio, gli eventi principali da considerare pos-
sono essere, ad esempio: efficacia o meno
del primo intervento; attivazione o meno
dell’allarme (smoke detector); attivazione
o meno dell’impianto sprinkler; efficacia o
meno dell’impianto sprinkler. A questi si ag-
giungono eventi secondari, quali ad esem-
pio: stato delle porte (aperte o chiuse); sta-
to delle finestre (aperte o chiuse); efficacia
o meno della compartimentazione. Infine,
la stima delle probabilità di uno scenario è
fatta componendo le probabilità di ogni
evento.
La scelta finale può condurre ad analizzare:
- scenari caratterizzati dal massimo valore
del rischio e probabilità molto basse, come
accade ad esempio quando non funziona-
no gli impianti di protezione attiva;
- scenari caratterizzati da un valore di ri-
schio minore ed elevata probabilità di ac-
cadimento, come accade ad esempio con
l’attivazione e l’efficacia degli impianti di
protezione attiva.
Per i primi scenari si effettua la verifica della
struttura per un periodo sufficiente all’eva-
cuazione degli occupanti ed all’intervento
delle squadre di soccorso (“congruo con la
durata dell’incendio” ai sensi del nuovo Co-
dice di prevenzione incendi), ammettendo
tuttavia danneggiamenti anche significati-
vi della struttura (ad esempio Livello di pre-
stazione III, se compatibile con gli obiettivi
di sicurezza fissati). Le verifiche sono effet-
tuate allo stato limite ultimo in analogia alla
verifica di sicurezza in condizioni ordinarie,
ma tenendo conto del degrado termico
delle proprietà meccaniche dei materiali
e degli effetti iperstatici delle dilatazioni
termiche contrastate ed introducendo i
coefficienti parziali di sicurezza sulle resi-
stenze e sulle azioni definiti per le verifiche
strutturali in condizioni di incendio.
Per il secondo gruppo di scenari si può
scegliere di assicurare danneggiamenti più
contenuti tipici di un livello di prestazione
maggiore (ad esempio Livello di prestazio-
ne IV). Tale scelta, nell’ambito della sicurez-
za strutturale in caso di incendio, equivale
ad una sorta di verifica dello stato limite di
esercizio, in analogia a quanto è general-
mente richiesto in condizioni ordinarie.
La metodologia semplificata proposta
nell’Annesso E di EN 1991-1-2 [8] e re-
cepita anche dal D.M.Int. 09/03/2007 [9]
prevede che il carico di incendio presente
in un determinato compartimento venga
trasformato in carico di incendio di pro-
getto mediante l’utilizzo di fattori corret-
tivi, di genesi probabilistica, che tengono
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IV 6 COSTRUZIONI METALLICHE NOV DIC 14
conto della presenza di sistemi di interven-
to e protezione attiva, capaci di modifica-
re l’evoluzione dell’incendio. Con questo
metodo semi-probabilistico, le verifiche
strutturali possono essere condotte con
riferimento ad un singolo scenario di in-
cendio (o gruppo di scenari di incendio in
considerazione delle possibili localizzazioni
dell’innesco).
La semplicità del metodo, di contro, non
permette di fissare diversi livelli di presta-
zione per la struttura come visto in prece-
denza per il FRA. A tal proposito, in [10] si
effettua un confronto tra i risultati che si
ottengono con l’applicazione delle due
metodologie, per un caso studio relativo
ad un edificio alto con destinazione d’uso
ufficio. Le analisi termo-meccaniche con-
dotte con riferimento a scenari ottenuti
con le due metodologie possono portare a
risultati differenti, mostrando che la scelta
di un adeguato numero e tipo di scenari di
incendio non è sempre univoca e diretta.
Infatti, per il caso esaminato nel citato arti-
colo, con l’approccio basato sul FRA la scel-
ta degli scenari è fortemente condizionata
dalle conseguenze dell’incendio oltre che
dalla probabilità di accadimento. Quindi, la
scelta effettuata in base al più alto valore
nel Risk Ranking, porta ad individuare tra gli
scenari di incendio anche quelli con pro-
babilità bassa, in cui tutti i sistemi di pro-
tezione attiva non funzionano, che tuttavia
sono quelli più gravosi poiché possono
portare al collasso della struttura.
Al contrario, con l’approccio semplificato,
vengono considerati funzionanti tutti i si-
stemi di protezione attiva, senza tener con-
to in alcun modo delle conseguenze che
un incendio, in cui tali sistemi non si attivi-
no, può avere sulla struttura. In particolare,
il carico di incendio di progetto, nel caso
citato, si riduce al 63% rispetto al carico ca-
ratteristico in virtù dei coefficienti parziali
propri del metodo semplificato; di conse-
guenza, l’energia termica rilasciata e quindi
la temperatura nell’ambiente si riducono
significativamente e le temperature negli
elementi strutturali risultano sempre mino-
ri della temperatura critica [10].
Il Fire Risk Assessment rimane, pertanto, l’ap-
Fig. 2 - Generico scenario di incendio [11]. Fig. 3 - Mappa della probabilità di collasso associata alla posizione della prima auto coinvolta nell’incendio [11]
2 3
4
5
Fig. 4 - Schema generale della verifica strutturale condizioni di incendio [16]. Fig. 5 - Modello Fire DynamicSimulator (FDS) di compartimento in caso di incendio. Indicazione dei dispositivi di misura della temperatura [17]
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V6 COSTRUZIONI METALLICHE NOV DIC 14
modellazione di campo), che per l’analisi
termo-meccanica delle strutture (ad esem-
pio SAFIR [15]).
Le azioni meccaniche sulla struttura o
sull’elemento sono azioni dirette, dovute
ai carichi da peso proprio e ai sovraccari-
chi che sono già considerati nelle ordinarie
analisi a temperatura ambiente, e azioni in-
dirette, generate dalle dilatazioni termiche
indotte dall’incendio.
L’incendio costituisce una condizione di
carico eccezionale per una struttura, per
cui le azioni meccaniche da considerare
per le verifiche di resistenza in caso di in-
cendio sono definite dalla combinazione
di carico per azioni eccezionali (in cui i ca-
richi statici sono quelli della combinazione
di carico quasi permanente):
Fd = Ad + Gk1 + Gk2 +∑ ψ2i . Qki n
i = 1 [1]
nella quale Ad rappresenta l’azione incen-
dio, Gk1 è il valore caratteristico del cari-
co permanente strutturale, Gk2 è il valore
caratteristico del carico permanente non
strutturale, 2i·Qki è il valore quasi-perma-
nente dell’azione variabile.
In generale, la verifica di resistenza al fuoco
può essere condotta nel dominio delle re-
sistenze, nel dominio delle temperature o
in quello del tempo. Come nelle condizioni
ordinarie, le verifiche strutturali in caso di
incendio nel dominio delle resistenze sono
condotte controllando che, per tutta la du-
rata dell’incendio, la resistenza sia maggio-
re della sollecitazione (equazione (2)):
Ed, fi,t ≤ Rd fi,t [2]
Va considerato, infatti, che in condizioni
di incendio, a causa delle elevate tempe-
rature, si ha da un lato una riduzione di
resistenza e rigidezza dei materiali, e quin-
di della capacità portante degli elementi
strutturali, dall’altro una variazione delle
sollecitazioni per effetto della nascita del-
le azioni indirette. Per strutture complesse
l’analisi può essere effettuata con l’ausilio
di programmi di calcolo basati sulla mo-
dellazione termo-meccanica dei materiali
e della struttura, tenendo conto delle non
linearità geometriche e meccaniche. D’al-
tra parte l’adozione di modelli di calcolo
avanzati, nel caso di edifici di notevoli di-
mensioni, comportano tempi di analisi
particolarmente lunghi. Pertanto, al fine di
ridurre l’onere computazionale si possono
effettuare analisi su sottostrutture [19], ov-
vero si può valutare la risposta strutturale
attraverso la modellazione di parti signifi-
proccio di riferimento per una selezione
più affidabile degli scenari di incendio di
progetto. Essendo numerose le variabili
da considerare, sembra appropriato intro-
durre strumenti statistici per valutare i più
probabili scenari di incendio. In [11] è stata
proposta una metodologia probabilistica
che integra la simulazione Monte Carlo con
l’analisi plastica limite per valutare la proba-
bilità di collasso di una struttura soggetta
ad incendio e definire gli scenari di incen-
dio più onerosi per la risposta strutturale.
La procedura è illustrata con un caso studio
relativo ad una struttura a telaio in acciaio
destinata a parcheggio. La figura 2 mostra
uno dei 12000 scenari di incendio (dispo-
sizione delle auto coinvolte e loro istante
di innesco) generato in maniera random. I
risultati mostrano le potenzialità della me-
todologia aldilà degli attuali limiti legati ad
alcune semplificazioni legate prevalente-
mente agli effetti delle azioni indirette. Ad
esempio, la figura 3 mostra una mappatura
delle probabilità di collasso della struttura
in funzione della posizione dell’auto da cui
parte l’innesco dell’incendio.
ANALISI MECCANICAE VERIFICHE STRUTTURALILa verifica del requisito di sicurezza in caso
di incendio di una costruzione, a meno di
casi particolari, richiede la valutazione del
comportamento della struttura portan-
te principale in condizioni di incendio. In
generale l’analisi può essere condotta se-
guendo lo schema di figura 4 per:
1) definire l’azione termica che descrive il
fenomeno dell’incendio (figura 5);
2) individuare il regime di temperatura
degli elementi strutturali coinvolti (fi-
gura 6);
3) valutare le condizioni di stabilità della
struttura portante principale durante
l’evoluzione dell’evento considerato (fi-
gura 7).
Numerosi sono i software disponibili, sia
per la modellazione avanzata degli incen-
di (ad esempio OZONE [12] e C-FAST [13]
per la modellazione a zone, FDS [14] per la
Fig. 6 - Trave composta parzialmente rivestita di calcestruzzo: a. Modello agli elementi finiti; b. Campo termico in un generico istante di tempo di esposizione (SAFIR 2011) [18]. Fig. 7 - Edificio multipiano e multicampata: a. Modello agli elementi finiti; b. Deformata al collasso (SAFIR 2011) [18].
76
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VI 6 COSTRUZIONI METALLICHE NOV DIC 14
cative dell’intera struttura.
A tal proposito gli Eurocodici e Norme Tec-
niche Nazionali ([6], [19], [20]) prevedono
tre tipi di analisi:
- analisi globale dell’intera struttura (glo-
bal structural analysis);
- analisi di parti della struttura o sottostrut-
ture (analysis of part of the structure);
- analisi di singoli elementi (member
analysis).
Il progettista ha la responsabilità di sceglie-
re la sottostruttura in modo tale da rendere
realistica l’ipotesi di condizioni al contorno
costanti durante tutto lo sviluppo dell’in-
cendio ([16], [21], [22]).
I SISTEMI DI PROTEZIONE PASSIVAI sistemi di protezione passiva dal fuoco
vengono spesso applicati alle strutture di
acciaio al fine di limitare l’incremento di
temperatura raggiunta dall’acciaio durante
un incendio, grazie alla loro ridotta condu-
cibilità termica e/o funzionando come ele-
menti di compartimentazione verticale e
orizzontale, consentendo un conseguente
aumento del tempo di resistenza al fuoco
della struttura.
L’adozione di sistemi di protezione passiva
per le strutture di acciaio è spesso neces-
saria quando si eseguono le verifiche con
l’approccio prescrittivo ai sensi delle regole
tecniche emanate per le varie attività sog-
gette al controllo dei Vigili del Fuoco. Ap-
plicando l’approccio prestazionale, invece,
basato sulla definizione più realistica del
modello di incendio, relativo all’effettivo
carico di incendio, e su una modellazione
strutturale avanzata, capace di considerare
anche la ridistribuzione delle sollecitazio-
ni consentita dalla duttilità delle strutture
metalliche, si possono ottimizzare le scelte
dei sistemi di protezione passiva ed, in ta-
luni casi, eliminarli del tutto (vedi ad esem-
pio, [23], [24] ).
I più comuni sistemi di protezione passiva
di elementi strutturali di acciaio sono ricon-
ducibili alle seguenti due famiglie principa-
li: a) schermi o membrane; b) rivestimenti.
Più nello specifico gli schermi (figura 8) si
dividono in base all’orientamento: mem-
brane orizzontali o controsoffitti; membra-
ne verticali o schermi. I rivestimenti (figura
9), invece, vengono suddivisi in base alle
tipologie applicative: intonaco a spruzzo;
lastre in calcio-silicato (carter); vernici intu-
mescenti.
Affinché un sistema protettivo possa es-
sere impiegato per la protezione dal fuo-
co delle strutture, è necessario che esso
sia “certificato” mediante una campagna
di prove sperimentali capace di verificar-
ne l’efficacia in condizioni di incendio.
Quest’ultima è fortemente dipendente
dalle sue caratteristiche termiche alle alte
temperature, oltre che, nel caso di profili
di acciaio, dalle sue capacità di aderenza al
profilato sotto carico, per la specifica dura-
ta di esposizione al fuoco. A seguito della
direttiva 89/106/CEE [25], aggiornata con il
Regolamento (UE) n° 305/2011 [26], sono
state concordate e armonizzate tra i Paesi
membri della Comunità Europea le meto-
dologie di prova sperimentale, con i relativi
metodi di valutazione dei risultati, per la
qualificazione dei sistemi protettivi, al fine
di poter determinare il loro contributo alla
resistenza al fuoco degli elementi di acciaio
([27][28][29][30]).
In generale, i procedimenti per la valuta-
zione del contributo delle protezioni sugli
elementi strutturali si compongono di due
fasi: la prima fase riguarda i test da eseguire
in forno secondo procedure standardizza-
te, la seconda l’elaborazione dei dati spe-
rimentali per ottenere le informazioni ne-
cessarie al fine di estendere i risultati ai casi
reali. Le caratteristiche termiche dei mate-
riali di protezione vengono normalmente
determinate mediante prove sperimentali
che fanno riferimento a curve di incendio
di tipo nominale (curva di incendio stan-
dard ISO 834).
Il processo di certificazione di un sistema
protettivo si conclude con l’emissione del
“Certificato di Resistenza al fuoco” di cui
costituisce parte integrante il “rapporto di
prova” in cui sono riportati, tra l’altro, i risul-
tati della prova, quali tabulati o grafici delle
letture effettuate da tutte le termocoppie
posizionate sui provini. A seguito dell’e-
manazione di specifiche norme di prova,
nell’ultimo decennio, sono riportate nel
rapporto di prova, inoltre, le caratteristiche
termiche dei materiali protettivi ottenute
sulla base dei risultati delle prove stesse.
La conoscenza di tali caratteristiche termi-
che consente l’applicazione di modelli di
calcolo avanzati per la valutazione della re-
sistenza al fuoco di elementi strutturali pro-
tetti. Difatti, l’analisi termica di un elemento
strutturale può essere condotta solo se si
conoscono le caratteristiche termiche dei
materiali che lo costituiscono, ivi compresi
i protettivi, se presenti.
Diversamente da quanto capita nella pro-
gettazione di una nuova struttura, nel caso
di edifici esistenti, anche in presenza di
tutti i certificati di resistenza al fuoco dei
materiali, risulta alquanto improbabile la
disponibilità di una specifica caratteriz-
zazione termica dei sistemi di protezione
passiva; spesso sono disponibili i soli valo-
ri dei parametri alla temperatura di 20° C,
che risultano inadeguati alle applicazioni di
modelli di calcolo avanzati.
Fig. 8 - Membrane per la protezione passiva [16]. Fig. 9 - Rivestimenti per la protezione passiva [16]
Controsoffitto Schermo
8Intonaco a spruzzo
Lastre incalcio-silicati
Vernici intumescenti
9
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VII6 COSTRUZIONI METALLICHE NOV DIC 14
Pertanto, quando ci si trova ad operare con
edifici esistenti, gli unici dati a disposizione
sono spesso quelli ottenuti nelle prove di
certificazione di resistenza al fuoco e ripor-
tati nel rapporto di prova ovvero tabulati
o grafici delle letture effettuate da tutte le
termocoppie posizionate sui provini. In tal
caso, l’unico approccio possibile è quello
di determinare a partire dai risultati speri-
mentali delle prove di certificazione REI le
caratteristiche termiche dei materiali. In
[31] sono illustrate le metodologie adottate
per la caratterizzazione termica di alcune
specifiche tipologie di sistemi protettivi,
quali carter in calcio-silicato, controsoffitto
con pannelli in fibra minerale e vernice in-
tumescente. In sostanza, si è proceduto alla
calibrazione delle caratteristiche termiche
effettuando una “back-analysis” rispetto ai
risultati delle prove sperimentali disponibili.
EDIFICI ESISTENTIPer la valutazione della vulnerabilità all’in-
cendio degli edifici esistenti, per i quali
non esiste al momento una definizione
unificata dell’approccio e delle procedure
da utilizzare, è possibile far riferimento ai
metodi già previsti nei codici per gli edifici
nuovi (metodi prescrittivo e prestazionale).
La scelta del metodo di verifica, influisce
sul livello di conoscenza delle caratteristi-
che geometriche e delle proprietà termo-
meccaniche dei materiali costituenti la
struttura in esame. Quindi, c’è una forte
correlazione tra il metodo di verifica e l’en-
tità delle informazioni che è necessario
ottenere dalla documentazione cartacea
e digitale di progetto, certificazione e ma-
nutenzione, ovvero dai risultati di prove in
situ e/o in laboratorio. A metodi prescrittivi
corrisponde un livello di approfondimento
inferiore rispetto ai metodi prestazionali.
Per le analisi di valutazione della resistenza
al fuoco, così come per le analisi di valu-
tazione della capacità sismica, è necessario
caratterizzare i materiali strutturali, ovvero
l’acciaio da carpenteria, il calcestruzzo che
spesso coadiuva l’acciaio strutturale nei si-
stemi composti e non, e le armature gene-
ralmente presenti nel calcestruzzo stesso.
In aggiunta, è necessario caratterizzare dal
punto di vista termo-meccanico i materiali
strutturali e definire la presenza e l’efficacia
degli eventuali sistemi di protezione antin-
cendio presenti, siano essi di tipo reattivo
o passivo.
Le NTC 2008 [20] consentono di svolgere
una analisi semplificata se si conoscono i
dettagli strutturali: qualora essi fossero in-
completi, è necessario integrarli con limi-
tate verifiche in situ (per limitate si intende
almeno il 15% degli elementi). Se invece
sono a disposizione tutti i dettagli costrut-
tivi, basta un rilievo visivo a campione per
verificarne la compatibilità.
Nel caso di una analisi avanzata è ovvia-
mente necessario avere una conoscen-
za più completa della struttura. Se sono
disponibili i dettagli strutturali in modo
completo è sufficiente svolgere limitate
verifiche in situ (per limitate si intende che
la geometria e le caratteristiche dei colle-
gamenti siano verificate per almeno il 15%
degli elementi). In caso contrario è neces-
sario svolgere estese verifiche in situ (per
estese si intende un limite inferiore pari al
35% degli elementi).
Per le proprietà meccaniche dei materiali
costruttivi si può fare riferimento alle speci-
fiche originali di progetto e ai certificati di
prova originali integrate con limitate prove
in situ (1 provino di acciaio per piano dell’e-
dificio, 1 campione di bullone o chiodo per
piano dell’edificio, 1 prova distruttiva o non
per il calcestruzzo). In assenza di certifica-
zioni, è necessario svolgere estese prove in
situ (2 provini di acciaio per piano dell’edi-
ficio, 2 campioni di bullone o chiodo per
piano dell’edificio, 2 prova distruttive o non
per il calcestruzzo).
Per le proprietà termo-meccaniche dei
materiali strutturali si può fare riferimento
a documenti di comprovata validità (ad
esempio, gli Eurocodici strutturali), ovvero
ai risultati di esaustive prove in situ e/o di
laboratorio nel caso di materiali non classi-
ficabili all’interno di quelli standard.
Le percentuali di elementi da verificare ed il
numero di provini da estrarre e sottoporre
a prove di resistenza riportati hanno valore
indicativo e vanno adattati ai singoli casi,
Tab. 1 - Definizione della geometria e caratterizzazione dei materiali
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6 COSTRUZIONI METALLICHE NOV DIC 14VIII
tenendo conto di alcuni aspetti già con-
templati dalle normative antisismiche [20].
In particolare, nel controllo del raggiungi-
mento delle percentuali di elementi inda-
gati ai fini del rilievo dei dettagli costruttivi
si può tener conto delle eventuali situazio-
ni ripetitive. È, quindi, possibile estendere
ad una più ampia percentuale i controlli ef-
fettuati su alcuni elementi strutturali facen-
ti parte di una serie con evidenti caratteri-
stiche di ripetibilità, per uguale geometria
e ruolo nello schema strutturale.
Ai fini delle prove sui materiali costruttivi e
sui protettivi è consentito sostituire alcu-
ne prove distruttive, non più del 50%, con
un più ampio numero, almeno il triplo, di
prove non distruttive, singole o combinate,
tarate su quelle distruttive.
Per i protettivi (controsoffitti, schermi, in-
tonaci a spruzzo, lastre antincendio, vernici
intumescenti) è necessario verificare sia la
congruenza con le indicazioni progettuali
che lo stato di conservazione al fine di va-
lutarne preliminarmente l’efficacia.
La Tabella 1 mostra una corrispondenza
tra il metodo di analisi e le informazioni
necessarie sulla struttura esistente, ovvero
geometria, dettagli costruttivi, proprietà
dei materiali e proprietà dei sistemi di pro-
tezione.
In assenza di certificazioni dei materiali si
rende necessaria la completa caratterizza-
zione del protettivo, che varia per ciascuna
tipologia.
In caso di sistemi protettivi antincendio in
controsoffitti, schermi e lastre è necessario
eseguire:
- misure di spessore (in situ);
- caratterizzazione di densità, conducibili-
tà, calore specifico (in situ e/o in labora-
torio);
- prove di resistenza al fuoco su campioni
prelevati dalla struttura esistente (in la-
boratorio).
Talvolta i sistemi di protezione dal fuoco
possono prevedere collegamenti e giunti;
in tal caso, laddove è necessario, bisogna
prevedere anche specifici test sulle singole
parti o sull’intero sistema protettivo.
Per i sistemi isolanti costituiti da intonaci a
spruzzo è necessario svolgere:
- misure di spessore (in situ);
- misure dell’adesione/coesione (in labo-
ratorio ed in situ);
- caratterizzazione di densità, conducibili-
tà, calore specifico (in situ e/o in labora-
torio);
- caratterizzazione in forno di campioni
prelevati dalla struttura esistente (in la-
boratorio);
- prove di resistenza al fuoco su elementi
strutturali prelevati dalla struttura esi-
stente (in laboratorio).
Fig. 10 - Fasi di prova di adesione, a) testina standard; b) applicazione adesivo (vista dall’alto); c) incisione fino al supporto; d) posizionamento attuatore [34]
Fig. 11 - Disposizione provini in forno: (a) foto del forno dall’alto, (b) vista trasversale, (c) vista longitudinale [34]
a b
c
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IX6 COSTRUZIONI METALLICHE NOV DIC 14
Anche in questo caso è possibile prevede-
re la verifica di accessori di montaggio ed
eventuali trattamenti di finitura applicati, in
accordo alla norma UNI 10898-3 [32].
Nel caso di vernici intumescenti è necessa-
rio prevedere:
- misure di spessore (in situ);
- misure dell’adesione (in laboratorio ed in
situ);
- caratterizzazione in forno di campioni
prelevati dalla struttura esistente con
curve ISO834 e smouldering (in laborato-
rio);
- prove di resistenza al fuoco su elementi
strutturali prelevati dalla struttura esi-
stente (in laboratorio);
- valutazione della stickability.
Tra le prove elencate in precedenza, per le
prime due si può far riferimento alla proce-
dura di controllo e ai criteri di accettabilità
della norma UNI 10898-1 [33] tenendo co-
munque presente che tale norma riguarda
la verifica della corretta posa in opera del
prodotto a valle dell’installazione.
Si osserva che per le prove in forno (che
ovviamente devono essere svolte in labo-
ratorio) sorge il problema del prelievo dei
campioni quando si tratta di elementi rap-
presentativi dal punto di vista strutturale).
È opportuno osservare che la vernice intu-
mescente ha bisogno di essere accurata-
mente manutenuta nel tempo, attraverso
controlli periodici e certificati che ne atte-
stino il mantenimento dell’integrità. In tal
caso, quindi, può essere necessario unica-
mente verificare che essa abbia mantenu-
to le sue caratteristiche di reattività (rigon-
fiando con le alte temperature) attraverso
una prova in situ con appositi strumenti
che consentano di concentrare il calore in
una zona circoscritta. In tal senso, la reda-
zione di un protocollo di prova (in situ o in
laboratorio) sarebbe auspicabile.
Un riferimento può essere trovato in [34] in
cui si descrivono i principali risultati di una
campagna di prove sperimentali eseguite
di recente in collaborazione tra il Dipar-
timento dì Strutture dell’Università degli
Studi di Napoli Federico II, la Direzione Re-
gionale dei Vigili del Fuoco della Campania
e la Direzione Centrale per la Prevenzione e
la Sicurezza Tecnica dei Vigili del Fuoco, per
caratterizzare il comportamento al fuoco di
elementi strutturali in acciaio protetti con
vernice intumescente, prelevati da un edi-
ficio esistente costruito a metà degli anni
’80. La figura 10 mostra ad esempio le fasi
necessarie per l’espletamento delle prove
di adesione e la figura 11 mostra il forno
per le prove alle alte temperature su cam-
pioni prelevati dalla struttura esistente ed il
setup di prova.
Nel caso in cui si abbiano a disposizione
tutte le certificazioni sui protettivi è possi-
bile utilizzare sia approcci semplificati (me-
todo tabellare, metodo analitico, metodo
sperimentale) che metodi più sofisticati
previsti dall’approccio prestazionale. Se in-
vece non si hanno a disposizione tali certi-
ficati è necessario effettuare delle prove di
caratterizzazione. Tabella 2 mostra un qua-
dro sinottico delle tipologie di prove che
possono essere condotte per le diverse
tipologie di protezioni.
CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE Nell’attuale quadro normativo, l’applicazio-
ne dell’approccio prestazionale in luogo di
quello prescrittivo per la verifica struttu-
rale in condizioni di incendio consente di
definire e verificare in maniera più chiara i
requisiti minimi di resistenza al fuoco delle
costruzioni civili.
La breve sintesi degli aspetti chiave di cui
tener conto per l’applicazione di tale ap-
proccio mostra che l’impostazione delle ve-
rifiche antincendio è sostanzialmente defi-
nita per edifici di nuova progettazione. D’al-
tra parte l’approccio prestazionale sembra
particolarmente indicato per la valutazione
della sicurezza antincendio di strutture esi-
stenti in acciaio, eventualmente dotate di
sistemi di protezione passiva o attiva. Seb-
bene non sia ancora definito un approccio
unificato per gli edifici esistenti, i criteri qui
delineati per la possibile estensione delle
procedure a tali edifici possono rappre-
sentare un riferimento per un eventuale
aggiornamento normativo, con specifico
riferimento a circolari di tipo applicativo.
prof. dr. ing. Emidio Nigro, dr. ing. Anto-nio Bilotta, dr. ing. Iolanda Del Prete, dr. ing. Donatella de SilvaUniversità degli Studi di Napoli “Federico II”
DIST, Dipartimento di Strutture per l’Ingegne-
ria e l’Architettura
Tab. 2 - Tipologie di prove richieste per la caratterizzazione dei materiali
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6 COSTRUZIONI METALLICHE NOV DIC 14
BIBLIOGRAFIA
[1] ISO/TR 13387: Fire safety engineering,
1999.
[2] D.M.Int. 16/2/2007: “Classificazione di
resistenza al fuoco di prodotti ed elementi co-
struttivi di opere da costruzione”, GU n° 74 del
29/3/2007- Supplemento ordinario n° 87
[3] Nigro E., Ferraro A., Cefarelli G. (2011c),
“L’approccio ingegneristico per la sicurezza
strutturale in caso di incendio”, Costruzioni
metalliche n°1 2011, pp. 46-57
[4] D.M.Int. 09/03/2007, “Prestazioni di resi-
stenza al fuoco delle costruzioni nelle attività
soggette al controllo del Corpo Nazionale dei
Vigili del Fuoco », GU n° 74 del 29/03/2007
[5] Direttiva Europea 89/106 CEE, G.U.C.E.
L40 del 11/02/1989 - G.U.C.E. L220 del
30/08/1993
[6] D.M.Int.9/05/2007: “Direttive per l’attuazio-
ne dell’approccio ingegneristico alla sicurezza
antincendio”, GU n° 117 del 22/05/2007
[7] ISO/DS 16732: “Fire safety engineering –
Guidance on fire risk assessment”, 2010
[8] Eurocode 1: EN 1991-1-2, “Actions on
structures - Part 1-2”, November 2002
[9] D.M.Int. 09/03/2007, “Prestazioni di resi-
stenza al fuoco delle costruzioni nelle attività
soggette al controllo del Corpo Nazionale dei
Vigili del Fuoco”, GU n° 74 del 29/03/2007
[10] Del Prete I., Cefarelli G., Ferraro A., Ni-
gro E., Sannino D. (2013): “Criteri di scelta
degli scenari di incendio per edifici”. In: Atti
XXIV Convegno C.T.A.. p. 149-158, ISBN:
9788890587009, Torino, 30 settembre – 2
ottobre 2013
[11] E. Nigro, A. Bilotta, D. Asprone, F. Jalayer,
A. Prota, G. Manfredi (2014a): “Probabilistic
approach for failure assessment of steel struc-
tures in fire by means of plastic limit analysis”.
Fire Safety Journal, ISSN: 0379-7112, vol. 68,
16–29.
[12] Cadorin J.F., Franssen J.M., and Pintea D.:
“The design Fire Tool Ozone V2.2 - Theoretical
Description and Validation on experimental
Fire tests”, Rapport interne SPEC/2001_01
University of Liege, 2001.
[13] Smoke Transport. NIST Special Publica-
tion 1041r1. December 2012 Revision
[14] McGrattan K., McDermott R., Hostikka
S., Floyd J., 2010, “Fire Dynamics Simulator
(Version 5). User’s Guide, NIST Special Pu-
blication 1019-5, US Government Printing
Office, Washington, USA.
[15] Franssen J.-M. (2005): “SAFIR. A Thermal/
Structural Program Modelling Structures under
Fire. Engineering Journal”, A.I.S.C., Vol. 42, no.
3, 143-158.
[16] Nigro E., Pustorino S., Cefarelli G:, Princi
P.(2009): “Progettazione di strutture in acciaio
e composte acciaio-calcestruzzo in caso di
incendio”, Fondazione Promozione Acciaio
- ed. Hoepli, Novembre 2009. ISBN 978-88-
203-4400-9.
[17] Del Prete I., Bianco N., Nigro E., Rotondo
G. (2015), “Assessment of the influence of the
ventilation in advanced fire models”, IFireSS –
International Fire Safety Symposium Coim-
bra, Portugal, 20th-23rd April 2015
[18] E. Nigro, I. Del Prete, A. Ferraro, D. Sanni-
no, G. Cefarelli, G. Manfredi (2014). “Structural
fire engineering approach applied to an existing
italian tall office building. Part I: Safety check of
the actual state”. In: (a cura di): R. Landolfo, F.M.
Mazzolani, Proceedings of Eurosteel 2014. p.
33-412-1-33-412-8, ISBN: 9789291471218,
Napoli, 10-12 September 2014
[19] Eurocode 3: EN 1993-1-2, “Design of steel
structures - Part 1-2”, April 2005.
[20] D.M.II.TT. 14/01/2008: “Norme Tecniche
per le Costruzioni “, G.U. ° 29 del 4/02/2008.
[21] Fransen J.M., Zaharia R. (2005), “Design of
Steel Structures Subjected to Fire”, Les Editions
de l’Université de Liège.
[22] Usmani A.S., Rotter J.M., Lamont S., Sa-
nad A.M., Gollie M. (2001), “Fundamental Prin-
ciples of Structural Behaviour Under Thermal
Effects, Fire Safety”, Vol. 36 (2001), pp 721-724.
[23] E. Nigro, G. Cefarelli, A. Ferraro, E. Cosen-
za, G. Manfredi (2011a). “Applicazione della
fire safety engineering alle autorimesse degli
edifici del progetto C.A.S.E. per L’Aquila: Aspetti
generali”. In: A. De Luca, XXIII Congresso C.T.A.
– Ischia (Na), 9-12 ottobre 2011, p. 455-462,
Napoli:Doppiavoce, ISBN: 9788889972236
[24] E. Nigro, G. Cefarelli, A. Ferraro, D. Sanni-
no, E. Cosenza, G. Manfredi (2011b). “Appli-
cazione della Fire Safety Engineering alle au-
torimesse degli edifici del progetto C.A.S.E. per
L’Aquila: Verifiche di dettaglio. In: A. De Luca,
XXIII Congresso C.T.A.. Ischia (Na), 9-12 ot-
tobre 2011, p. 463-470, Napoli:Doppiavoce,
ISBN: 9788889972236
[25] Direttiva Europea 89/106 CEE, G.U.C.E.
L40 del 11/02/1989 - G.U.C.E. L220 del
30/08/1993
[26] Regolamento (UE) n° 305/2011 del Par-
lamento Europeo e del Consiglio del 9 mar-
zo 2011. “Condizioni armonizzate per la com-
mercializzazione dei prodotti da costruzione”
[27] ENV 13381-1, 2005: “Metodi di verifica del
contributo alla resistenza al fuoco di elementi
strutturali. Parte 1: membrane protettive oriz-
zontali”
[28] ENV 13381-2, 2002: “Metodi di verifica del
contributo alla resistenza al fuoco di elementi
strutturali. Parte 2: membrane protettive ver-
ticali”
[29] ENV 13381-4, 2002: “Metodi di verifica del
contributo alla resistenza al fuoco di elementi
strutturali. Parte 4: rivestimenti protettivi appli-
cati su strutture in acciaio”
[30] ENV 13381-8, 2013: “Metodi di verifica del
contributo alla resistenza al fuoco di elementi
strutturali. Parte 8: rivestimenti reattivi applicati
su strutture in acciaio”
[31] Nigro E., Del Prete I., Cefarelli G., Ferraro
A., Sannino D., Manfredi G. (2013): “Sistemi
di protezione passiva per strutture di acciaio
soggette ad incendio: modellazione per l’a-
nalisi termomeccanica e valutazione dell’ef-
ficacia”. In: Atti XXIV Convegno C.T.A. p.
139-148, ISBN: 9788890587009, Torino, 30
settembre–2 ottobre 2013
[32] UNI 10898-3 - ottobre 2007: “Sistemi
protettivi antincendio. Modalità di control-
lo dell’applicazione. Parte 3: Sistemi isolanti
spruzzati”
[33] UNI 10898-1 - maggio 2012: “Sistemi
protettivi antincendio. Modalità di controllo
dell’applicazione. Parte 1: Sistemi intumescenti”
[34] Bilotta A., Dattilo F., de Silva D., Ferraro A.,
Mastrogiuseppe C., Nigro E., Parisi G., Ponti-
celli L. (2014b): “Prove su vernici intumescenti
per la protezione al fuoco di strutture in acciaio
esistenti”. In: “Antincendio” (EPC editore), set-
tembre 2014, pagg. 58-92
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