APPROCCIO PRESTAZIONALE E PROGETTAZIONE ......Analisi strutturale in condizioni Analisi strutturale in condizioni di incendio: approccio prestazdi incendio: approccio prestazionale

APPROCCIO PRESTAZIONALE APPROCCIO PRESTAZIONALE E PROGETTAZIONE STRUTTURALE E PROGETTAZIONE STRUTTURALE

IN CONDIZIONI DI INCENDIO:IN CONDIZIONI DI INCENDIO:I PARCHEGGI MULTIPIANOI PARCHEGGI MULTIPIANO

FUORI TERRAFUORI TERRA

ing. Sandro Pustorino([email protected])

Coordinatore della

CONTENUTI

► Sicurezza strutturale in condizioni di incendio

Il requisito ai sensi della Direttiva Prodotti da Costruzione [89/CEE/106]

► Evoluzione dei metodi di calcolo per la progettazione strutturale

Approccio prescrittivo e approccio prestazionale

► Applicazione al caso degli edifici multipiano fuori terra

adibiti a parcheggio di autovetture

“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”

S. Pustorino - Forum di Prevenzione Incendi 2008 – Roma, 18/06/08

Commissione della Comunità EuropeaDIRETTIVA SUI PRODOTTI DA COSTRUZIONE (89/CEE/106)

SICUREZZA IN CASO DI INCENDIO“Le costruzioni devono essere progettate e costruite in modo tale che, nel caso di sviluppo di un incendio:

• la capacità portante delle strutture sia garantita per un determinato periodo di tempo

• la produzione e la propagazione di fiamme e di fumi all’interno dellecostruzioni sia limitata

• la propagazione dell’incendio alle costruzioni vicine sia limitata

• gli occupanti possano abbandonare la costruzione o essere messi in salvo

• sia presa in considerazione la sicurezza delle squadre di soccorso



Commissione della Comunità EuropeaDOCUMENTO INTERPRETATIVO “Sicurezza in caso di Incendio”

Procedureper soddisfare il requisiti essenziale,

Sicurezza in caso di Incendio

• prove sperimentali condotte secondo regolamenti armonizzati o linee guida fornite da EOTA (European Organization for Technical Approval)ETA Guidelines (ETAGs)

• metodi di calcolo e progettuali di tipo armonizzato

EUROCODICI

• una combinazione di prove sperimentali e metodi di calcolo armonizzati



CapacitCapacitàà portante di una struttura esposta ad incendio: lportante di una struttura esposta ad incendio: l’’AZIONE TERMICAAZIONE TERMICA

L’Incendio: curve temperatura-tempo reali e curva standard



Il caso di incendio: Il progetto della sicurezza nellIl caso di incendio: Il progetto della sicurezza nell’’approccio prestazionale approccio prestazionale

EN 1991-1-2 “Azioni sulle strutture esposte all’incendio”

2 – VERIFICA SPERIMENTALE (1998-2001)Laboratori europei per test di incendi in scala reale:

CTICM, (Francia)

TNO, (Olanda),

DSTV, (Germania)

VTT, (Finlandia)

BRE (Gran Bretagna)

Gruppo di Ricerca Comitato ConsultivoProfilARBED Research (Lux)Univ. di Bochum (Germania) Brandschutzsachverständiger

CTICM, (Francia) Ministère de l'Intérieur, Direction de la Sécurité CivileTNO, (Olanda) Ministerie van Binnenlandse Zaken

Università ETH (Svizzera)

Università di Liegi (Belgio) Bureau de Controle SECO

BCSA (Gran Bretagna) Department of the EnvironmentLabein (Spagna) Dirección General de la Vivienda, la Arqu. y el Urb.

Structura Engineering (Italia)

1 - CRITERI DI CALCOLO (1994-1998)

Service d’Incendie des Sapeurs Professionnels

Ministero dell'Interno - CSE Capannelle



Il caso di incendio: Il progetto della sicurezza nellIl caso di incendio: Il progetto della sicurezza nell’’approccio prestazionale approccio prestazionale

Schema generale per l’analisi della sicurezza strutturale in caso di incendio

CARICHI STATICI

Peso ProprioPermanentiAccidentali

VentoNeve

CARATTERISTICHEDELL’INCENDIO

Carico di IncendioCondizioni di Ventilazione

Geometria del CompartimentoCaratteristiche Termiche Pareti

MISURE ATTIVE ANALISI PROBABILISTICA

Protezione Attiva

Rischio di Attivazione di Incendio

OBIETTIVI DELLASICUREZZA

Tempo di Evacuazione

Sicurezza dei Soccorsi

Conseguenze di un Collasso Strutturale

Combinazione dei Carichi In Caso di Incendio

≥

Analisi Globale della Struttura

t tnat

fi,d fi,rich

Curva di IncendioNaturale

Curva di IncendioNaturale di Progetto



Il quadro normativo nazionale: il D.M.Int. 9 marzo 2007Il quadro normativo nazionale: il D.M.Int. 9 marzo 2007

Criteri di progettazione

► La capacità del sistema strutturale in caso di incendio si determina sulla base della capacità portante propria degli elementi strutturali singoli, di porzioni distruttura o dell’intero sistema costruttivo, comprese le condizioni di carico e divincolo.

► Le deformazioni ed espansioni imposte o impedite dovute ai cambiamenti ditemperatura per effetto dell’esposizione al fuoco producono sollecitazioni indiretteche normalmente devono essere tenuti in considerazione.

► Le sollecitazioni indirette possono essere trascurate quando è riconoscibile apriori che esse sono trascurabili o favorevoli ovvero quando i requisiti di sicurezza all’incendio sono valutati in riferimento alla curva nominale d’incendio e alle classidi resistenza al fuoco.



Gli Eurocodici: analisi strutturale in condizioni di incendioGli Eurocodici: analisi strutturale in condizioni di incendio

La combinazione dei carichi [EN 1990]La combinazione dei carichi [EN 1990]

( ) ∑∑>≥

⋅+⋅+++1

,,21

1,1,21,1,i

ikij

kdjk QQoppureAPG ψψψ

jkG , carichi permanenti agenti sulla struttura

P

dAeventuali azioni di precompressione

azione termica indiretta dovuta all’incendio

ikQ , carichi variabili agenti sulla struttura

coefficiente di combinazione per i valori frequenti delle azioni variabili;1ψ

2ψ coefficiente di combinazione per i valori quasi permanenti delle azioni variabili.

La scelta del valore frequente o quasi permanente per l’azione variabile principale è stabilita nell’annesso nazionale.



Gli Eurocodici: analisi strutturale in condizioni di incendioGli Eurocodici: analisi strutturale in condizioni di incendio

La combinazione dei carichi: il contributo ALa combinazione dei carichi: il contributo Add

azioni indirette dell’incendioforze e momenti interni causati dalle espansioni termiche

Ad

Eurocodici: EN 1991-1-2 [4.1 (4)]



Analisi strutturale in condizioni di incendio: approccio prestazAnalisi strutturale in condizioni di incendio: approccio prestazionale e strutture di acciaioionale e strutture di acciaio

1 Definizione dell’Incendio→ Costruzione. Geometria dei locali→ Attività. Carichi di incendio→ Caratteristiche dell’incendio

Modellodi Incendio Azione Termica

2 Def. della trasmissione del calore→ Posizione e geometria degli elementi→ Proprietà termiche dei materiali→ Coefficienti di trasmissione del calore

Modellotrasmissione del calore

Temperatura della struttura

3 Analisi strutturale→ Schematizzazione strutturale→ Analisi dei carichi→ Proprietà meccaniche

Modellodi calcolo strutturale

Capacitàportante

FASE 1

FASE 2

FASE 3




Azione Termica


Capacitàportante

FASE 1

FASE 2

FASE 3

FASE 1FASE 1




Azione Termica


Capacitàportante

FASE 1

FASE 2

FASE 3

FASE 2FASE 2




Azione Termica


Capacitàportante

FASE 1

FASE 2

FASE 3 FASE 3FASE 3

XY

Z

5.0 E+00 m

Diamond 2004 for SAFIR

FILE: static3d_2_dynNODES: 125BEAMS: 61TRUSSES: 0SHELLS: 0SOILS: 0

BEAMS PLOTDISPLACEMENT PLOT ( x 1)

TIME: 2 sec

IPE500.temIPE450.temIPE500c.temIPE450c.tem

XY

Z

5.0 E+00 m




TIME: 1200 sec


XY

Z

5.0 E+00 m




TIME: 1240 sec


XY

Z

5.0 E+00 m




TIME: 1247 sec


XY

Z

5.0 E+00 m




TIME: 1248 sec


XY

Z

5.0 E+00 m




TIME: 1248.25 sec


XY

Z

5.0 E+00 m




TIME: 1248.391 sec


A B



Il caso dei parcheggi multipiano: la sicurezza strutturale in caIl caso dei parcheggi multipiano: la sicurezza strutturale in caso di incendioso di incendio




Una realizzazione in Lussemburgo



I parcheggi multipiano fuori terra: I parcheggi multipiano fuori terra: la sicurezza strutturale in caso di incendiola sicurezza strutturale in caso di incendio

APPROCCIO PRESTAZIONALE

► Def. degli scenari di incendio più pericolosi

► 1 - Azione termica sulle strutture portanti

→ ricerca dei massimi effetti sulla struttura

► 2 - Risposta termica della struttura

→ analisi termica di acciaio e cemento armato

► 3 - Risposta meccanica della struttura

→ solai in sistema misto acciaio-cls→ nessun crollo per tutta la durata dell’incendio




■ Classificazione delle auto

Tipo Categoria 1 Categoria 2 Categoria 3 Categoria 4 Categoria 5

Peugeot 106 306 406 605 806

Renault Tingo-Clio Megane Laguna Safrane Espace

Citroen Saxo ZX Xantia XM Evasion

Ford Fiesta Escort Mondeo Scorpio Galaxy

Opel Corsa Astra Vectra Omega Frontera

Fiat Punto Bravo Tempra Croma Ulysse

Wolkswagen Polo Golf Passat - Sharan

Potenziale calorifico 6000 MJ 7500 MJ 9500 MJ 12000 MJ

Modelli in circolazione tra il 1995 e il 1998

Classificazione sulla base del potenziale termico



I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale

■ Le prove sperimentali per la definizione della curva RHR




■ Curva RHR di auto, per categorie ed epoca

0

2

4

6

8

10

0 15 30 45 60Temps (min)

Déb

it ca

lorif

ique

(MW

)

Classe 1ancien

Classe 1récent

Classe 3ancien

Classe 3récent

■ Curva RHR di progetto di un auto di classe 3

inviluppo delle registrazioni





■ Curva RHR di progetto di tre auto di classe 3

► Intervallo di tempo tra la combustione di due auto: 12 min



I parcheggi multipiano: la sicurezza strutturale in caso di inceI parcheggi multipiano: la sicurezza strutturale in caso di incendiondioI parcheggi apertiI parcheggi aperti

■ I parcheggi ventilati

► Definizione di parcheggio aperto (minimi requisiti di ventilazione naturale)Parcheggi con aperture sulle facciate in cui sono verificate le seguenti condizioni:- ad ogni livello le aperture sono poste almeno su due facciate opposte;- la superficie di apertura sia almeno 50% della superficie delle pareti su cui si trovano;- la distanza tra facciate opposte aperte sia inferiore a 75 m;- la superficie di apertura ad ogni livello > 5% della superficie in pianta del livello.

► Dall’analisi statistica e sperimentale:I possibili casi di incendio sono incendi di tipo localizzato



CapacitCapacitàà portante di una struttura esposta ad incendio: lportante di una struttura esposta ad incendio: l’’AZIONE TERMICAAZIONE TERMICA

Applicazione dei modelli a zona ad incendi di tipo Applicazione dei modelli a zona ad incendi di tipo prepre--flashoverflashover

θ

Y = Height of the free zone

Two zone model

floor

20°Cθ

θ (Smoke layer)

x

z

= Air Temperature at ceiling level given by formulae for

localised fires

θg

Qmp

H

ZS

ZP

0

Strato inf.

Strato sup.

mOUT,U

mOUT,LmOUT,L

mIN,L

QC

QR

mU , TU, VU, EU, ρU

mL , TL, VL, EL, ρL

p

Z

Modello a due zoneModello a due zoneCombinazione di modello a 2 zoneCombinazione di modello a 2 zone

ed incendi localizzatied incendi localizzati




■ I test in scala reale: calibrazione dei modelli di calcolo

3.0m32m15 m

5m 16m




0 min

Test 1


10 min


33 min


36 min


46 min


62 min



0

200

400

600

800

1000

1200

0 30 60 90 120 150 180 210Time (min)

Fire

tem

pera

ture

(°C

)

Test 1

Test 2



0

200

400

600

800

0 30 60 90 120 150 180 210

Time (min)

Stee

l tem

pera

ture

(°C

)

Beam1 -Test 1Beam2 - Test 1Beam1 - Test 2Beam2 - Test 2


■ Validazione del modello per il calcolo strutturale

20 min20 min32 min

60 min

I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: endio: il progetto secondo lil progetto secondo l’’approccio prestazionaleapproccio prestazionale

■ Il modello per il calcolo strutturale




■ Definizione degli scenari di incendio




■ Definizione della curva RHR




0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

-800 200 1200 2200 3200 4200 5200 6200 7200

tempo [sec]

tem

pera

tura

[°C

]

T6T1T2T3T4T5lontanoT7

■ Modelli per il caso di incendio localizzato

Temperature ottenute da modello di incendio localizzato




■ L’analisi strutturale: la risposta termica




■ L’analisi strutturale: la risposta meccanica

Modello di calcolo strutturale (Safir)(modello 2D, verifica con modello 3D)





Modello di calcolo strutturale (Safir) – Scenario 1Struttura in acciaio non protetto dimensionata a freddo: crisi dopo 1445 sec





Modello di calcolo strutturale (Safir) – Scenario 1bStruttura in acciaio non protetto dimensionata a freddo: crisi dopo 1426 sec





Modello di calcolo strutturale (Safir) – Scenario 1bStruttura in acciaio non protetto progettata in condizioni di incendio:

stabilità verificata per tutta la durata dell’incendio



Nomogramma:Metodo grafico di valutazione della resistenza al fuocodi strutture di acciaio (basato su EN 1993-1-2, Luglio 2005)

Uso:- pre-dimensionamento- controllo



““NomogrammaNomogramma”” –– Resistenza al fuocoResistenza al fuoco

““NOMOGRAMMANOMOGRAMMA””Metodo grafico di valutazione della resistenza al fuoco di Metodo grafico di valutazione della resistenza al fuoco di

strutture in acciaiostrutture in acciaio

http://www.promozioneacciaio.it/fuoco_home.php



FINEFINE

Grazie per la vostra attenzioneGrazie per la vostra attenzione

Documents

APPROCCIO PRESTAZIONALE E PROGETTAZIONE ......Analisi strutturale in condizioni Analisi strutturale in condizioni di incendio: approccio prestazdi incendio: approccio prestazionale