L’EUROCODICE 1992-1-2L’EUROCODICE 1992-1-2

Prof. Ing. Sergio TattoniUniversità degli Studi di Cagliari

Il nuovo quadro normativo sulla progettazione antincendio

delle strutture di calcestruzzo armato

ROMA 8 febbraio 2008

Rivoluzione nel campo normativo italianoN

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Arrivano gli eurocodici!

Il quadro normativo sul fuocoN

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NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI(pubblicato pochi giorni fa)

DM 16.02.2007Classificazione di resistenza al fuoco dei prodotti e

delle opere da costruzione

DM 9.03.2007Prestazioni di resistenza al fuoco delle costruzioni

nelle attività soggette al controllo del Corpo nazionale dei VF

DM 9.05.2007Direttive per l’attuazione dell’approccio

ingegneristico alla sicurezza antincendio.

Dal DM 16.02.2007

L’articolo 2 introduce le nuove classificazioni di resistenza al fuoco facendo riferimento ad apposito allegato:

“I prodotti e gli elementi costruttivi vengono classificati in base alle loro caratteristiche di resistenza al fuoco, secondo i simboli e le classi indicate nelle tabelle al presente decreto, in conformità alle decisioni della Commissione dell’Unione europea 2000/367/CE del 3 maggio 2000 e 2003/629/CE 7 agosto 2003”

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Le novità: simboli e classiN

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Caratteristiche del decreto

- 3 NORME EN per la classificazione di prodotti ed elementi costruttivi resistenti al fuoco;

- 22 Norme EN di prova;- 6 Norme EN per la caratterizzazione sperimentale dei sistemi protettivi;- 5 Norme EN di calcolo strutturale;- 3 Norme UNI di calcolo strutturale;- 15 tabelle per la progettazione / verifica spedita di elementi costruttivi

resistenti al fuoco

ha una portata generale poiché si applica a tutti i prodotti/elementi costruttivi per i quali e’ richiesto il requisito della sicurezza in caso di incendio e quindi va oltre le attività soggette ai regolamenti o ai controlli di prevenzione incendi, nello spirito del Decreto del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti 14 settembre 2005 (NTC)

riorganizza il quadro normativo sulla resistenza al fuoco, in relazione alla necessaria attuazione delle decisioni della commissione europea 2000/367/CEE E 2003/629/CEE per quanto attiene le nuove classificazioni di resistenza al fuoco ed al recepimento della Raccomandazione UE 2003/887/CE riguardante il ricorso agli eurocodici. In relazione a tale fatto esso recepisce o introduce:

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IL DECRETO 9 MARZO 2007Prestazioni di resistenza al fuoco delle costruzioni nelle attività soggette al

controllo del Corpo nazionale dei vigili del fuoco.

Si tratta di una conferma e rielaborazione della parte dedicata alle protezione al fuoco delle costruzioni, contenuta nel decreto del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti 14 settembre 2005, pubblicato nel supplemento ordinario alla G.U. della Rep. Italiana n. 222 del 23 settembre 2005, recante norme tecniche per le costruzioni

Necessità di aggiornare i criteri per determinare le prestazioni di resistenza al fuoco che devono possedere le costruzioni nelle attività soggette al controllo dei vigili del fuoco.

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Oggetto e campo di applicazione

Il decreto stabilisce i criteri per determinare le prestazioni di resistenza al fuoco che devono possedere le costruzioni nelle attività soggette al controllo del Corpo nazionale dei Vigili del fuoco, ad esclusione delle attività per le quali le prestazioni di resistenza al fuoco sono espressamente stabilite da specifiche regole tecniche di prevenzione incendi

Le disposizioni si applicano alle attività i cui progetti sono presentati ai Comandi provinciali dei vigili del fuoco competenti per territorio, per l’acquisizione del parere di conformità, in data successiva all’entrata in vigore del presente decreto.

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Richieste di prestazione (Vedi D.M.14.09.2005)

Le prestazioni da richiedere ad una costruzione, in funzione degli obiettivi di sicurezza, sono individuate nei seguenti livelli:

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Disposizioni tecniche (Art. 3)

Contenute nell’apposito allegato al decreto, nel quale vengono recepite le nuove definizioni e metodologie europee in materia(cpd 89/106/cee + id 2 + eurocodice 1 parte 2)

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Disposizioni tecniche (allegato))

3.3 Livello III di prestazione1. Il livello III di prestazione può ritenersi adeguato per tutte le

costruzioni rientranti nel campo di applicazione del presente decreto fatte salve quelle per le quali sono richiesti i livelli IV o V.

2. Le classi di resistenza al fuoco necessarie per garantire il livello III sono indicate nella tabella 4, in funzione del carico d’incendio specifico di progetto (qf,d) definito al punto 2.

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Disposizioni tecniche (allegato): elementi secondari

6. Per i soli elementi strutturali secondari contenuti in costruzioni che devono garantire il livello III di prestazione è consentito limitare il requisito di resistenza al fuoco alla classe 30, purché siano verificate tutte le seguenti condizioni:

a) l’eventuale crollo degli elementi strutturali secondari non compromette la capacità portante di altre parti della struttura;

b) l’eventuale crollo degli elementi strutturali secondari non compromette l’efficacia di elementi costruttivi di compartimentazione e di impianti di protezione attiva;

c) l’eventuale crollo degli elementi strutturali secondari non deve costituire un significativo rischio per gli occupanti e per i soccorritori.

ATTENZIONE!La prestazione richiesta non può essere immediatamente confrontata

né con la durata di un incendio reale,

né con il tempo effettivo di arrivo dei VF sul luogo del sinistro.

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EN 1992-1-2:oggetto della normativa

Il testo principale della EN 1992-1-2, insieme agli annessi informativi A, B, C, D and E, include la maggior parte dei concetti principali e delle regole necessarie per il progetto strutturale degli elementi in conglomerato armato nella situazione di incendio.

EN

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EN 1992-1-2:contenuto

Testo principale (prescrittivo)

1 Generalità2 Principi della progettazione3 Proprietà dei materiali4 Procedure di progettazione5 Dati tabellari6 Calcestruzzo ad alta resistenza (HSC high strength concrete)

Allegati informativiA Mappe termicheB Metodi di calcolo semplificatiC Instabilità dei pilastri in condizione di incendioD Metodo di calcolo per taglio, torsione e ancoraggiE Metodi di calcolo semplificati per travi e piastre.

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Capitolo 1: procedure di verificaE

N 1

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Capitolo 1: metodi alternativi di verificaE

N 1

992-

1-2

Capitolo 2: basi del progettoincendi di progetto

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Incendio standard

I requisiti R, E ed I quando richiesti, devono essere garantiti per il tempo richiesto di esposizione al fuoco

INCENDIO STANDARD ISO 834

gs t( ) 345 log 8 t 1( ) 20 t 0 1 360

0 60 120 180 240 300 3600

300

600

900

1200

1500INCENDIO STANDARD ISO 834

tempo t [min]

tem

pera

tura

°C

INCENDIO ALL'ESTERNO

ge t( ) 660 1 0.687e0.32 t 0.313e

3.8 t 20

0 60 120 180 240 300 3600

300

600

900

1200

1500INCENDIO ALL'ESTERNO

tempo t [min]

tem

pera

tura

°C

INCENDIO DI IDROCARBURI

gi t( ) 1080 1 0.325e0.167 t 0.675e

2.5 t 20

0 60 120 180 240 300 3600

300

600

900

1200

1500INCENDIO DI IDROCARBURI

tempo t [min]

tem

pera

tura

°C

Capitolo 2: basi del progettoincendi di progetto

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Incendio parametrico

I requisiti R, E ed I quando richiesti, devono essere garantiti per l’intera durata dell’incendio inclusa la fase di raffreddamento o per uno specificato tempo equivalente.

0 30 60 90 1200

300

600

900

1200

1500

parametricoISO 834

INCENDIO PARAMETRICO

tempo t [min]

tem

pera

tura

°C

. Tempo di estinzione = 90.9 min

Tempo equivalente = 80.9 min

Capitolo 2: basi del progettoazioni e valori di progetto delle proprietà dei materiali

EN

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Le azioni termiche e meccaniche devono essere prese da EN 1991-1-2

Oltre a quanto riportato in EN 1991-1-2, l’emissività della superficie di calcestruzzo deve essere assunta pari a 0.7

I valori di progetto delle caratteristiche meccaniche dei materiali (resistenza e deformabilità) sono definite da:

Xd,fi = kθ Xk/γMfi

I valori di progetto delle caratteristiche termiche dei materiali sono definite da:

Xd,fi = Xθ/γMfi

Fattore di riduzione funzione della temperatura θ

Capitolo 2: basi del progettometodi di verifica (1)

EN

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2

Si deve verificare che durante il tempo di esposizione all’incendio t risulti:

Ed,fi Rd,t,fi

La verifica può essere svolta:

PER ELEMENTI riducendo le azioni risultanti dal calcolo a freddo a mezzo del coefficiente ηfi che tiene conto delle quote di carichi permanenti ed accidentali e dai coefficienti a freddo e a caldo

Capitolo 2: basi del progettometodi di verifica (2)

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2

PER SOTTOSTRUTTUREAnalizzando parte della struttura, applicando alla sotto-struttura da

analizzare le reazioni calcolate dal calcolo a freddo al tempo t = 0.Si suppone quindi che le reazioni vincolari e le condizioni al contorno

siano indipendenti dal tempo durante l’esposizione al fuoco.Gli effetti delle deformazioni termiche e le variazioni di rigidezza

devono invece essere considerate nell’analisi della sotto-struttura.

Capitolo 2: basi del progettometodi di verifica (3)

EN

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ANALISI GLOBALE

Analizzando l’intera struttura, tenendo in conto sia delle deformazioni termiche che delle variazioni di rigidezza oltre che delle variazioni delle caratteristiche termo-meccaniche dei materiali durante il tempo di esposizione al fuoco.

Capitolo 3: proprietà dei materialigeneralità

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Si danno le proprietà termo-meccaniche dei materiali

Calcestruzzo

Acciaio

in funzione della temperatura.

I valori di riferimento a 20°C sono quelli riportati nella EN 1992-1-1.

I valori indicati in questo capitolo possono essere utilizzati sia nell’applicazione dei metodi semplificati di calcolo che di quelli generali.

Va però precisato che i valori indicati provengono da sperimentazioni si materiali sottoposti a incendio standard (ISO 834) e quindi non sono rigorosamente applicabili nel caso di temperatura decrescente (fase di estinzione).

Capitolo 3: proprietà dei materialicalcestruzzo – caratteristiche meccaniche

Per il calcestruzzo compresso viene dato il legame costitutivo mediante una equazione (fig.3.1) ed i valori dei parametri caratteristici fc,θ εc1,θ εcu1,θ a varie temperature (Tabella 3.1) e distinguendo fra inerti silicei e calcarei.

Per il calcolo semplificato è possibile utilizzare semplicemente il fattore di riduzione della resistenza kc(θ) = fcθ/fc.

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2

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

20 200 400 600 800 1000 1200

temperatura °C

fatt

ore

di r

idu

zio

ne

siliceo

calcareo

Calcestruzzo compresso

Capitolo 3: caratteristiche dei materialicalcestruzzo – caratteristiche meccaniche

EN

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2

Per la resistenza a trazione viene dato soltanto il valore di riduzione kc,t(θ) della resistenza stessa.

Il valore indicato, largamente cautelativo, viene utilizzato nel calcolo della resistenza a taglio.

Calcestruzzo teso

Capitolo 3: caratteristiche dei materialiacciaio – caratteristiche meccaniche

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Anche per l’acciaio (sia normale che ad alta resistenza) vengono date le equazioni valide nei diversi campi mediante la definizione di opportuni parametri in funzione della temperatura (fig. 3.3).

Per il calcolo semplificato è possibile definire solamente il coefficiente di riduzione ks(θ) = fy,θ/fy.

Capitolo 3: caratteristiche dei materialidilatazione termica

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Calcestruzzo

Acciaio

Capitolo 3: caratteristiche dei materialicalcestruzzo – caratteristiche termiche

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Calore specifico

Conducibilità termica

Capitolo 4: procedure di progettoE

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4.2 Metodi di calcolo semplificati

Si basano sostanzialmente sul concetto di riduzione di sezione e sulla riduzione della capacità resistente ultima (di cls ed acciaio). Le temperature possono essere desunte per pochi punti significativi a mezzo di mappe termiche.

4.3 Metodi di calcolo generali

Prevedono la definizione dettagliata delle mapper termiche e l’implementazione dei legami costitutivi dei materiali, funzione della temperatura.

4.4 Taglio torsione ed ancoraggi

Non si richiede verifica specifica applicando i dati tabellari.

4.5 Spalling

4.6 Giunti

4.7 Strati protettivi

Capitolo 5: dati tabellatiprincipi

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Il capitolo 5 fornisce gli strumenti per la verifica della prestazione R:

• Elementi semplici in ca e cap (travi singole e continue, pilastri, solette in semplice appoggio e continuità, pareti)

• Esposizione a incendio standard (ISO 834) sino a 240’

I valori tabellati sono di natura sostanzialmente empirica, confermati dall’esperienza e dalla interpretazione teorica delle prove.

I valori indicati sono conservativi.

Nel caso di verifica con il metodo tabellare, non sono necessarie ulteriori verifiche per spalling (salvo lo spessore del copriferro), taglio, torsione, e dettagli di armatura (!).

La funzione di separazione (requisiti prestazionali E ed I) è automaticamente soddisfatta se sono rispettati i valori minimi per piastre e pareti riportati nella Tab. 5.3)

Capitolo 5: dati tabellatiprincipi (2)

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Il valori tabellati si riferiscono alla curva di degrado dell’acciaio e ad una temperatura critica di 500 °C.

Per temperature critiche diverse possono essere apportate opportune correzioni ai valori tabellati (formule 5.2 5.3 e 5.4)

Capitolo 5: dati tabellatigrandezze significative

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Le tabelle riportano i valori minimi delle grandezze geometriche:

a = posizione delle armature (baricentro termico (?))

b = larghezza della sezione

Capitolo 5: dati tabellatiesempio di tabella per travi

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Travi semplicemente appoggiate Travi continue

Vengono anche indicate tre classi WA, WB e WC in funzione della larghezza dell’anima, da definire nei NAD.

Capitolo 5: dati tabellatidisposizione armature

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Le indicazioni di ricoprimento dei diagrammi del momento flettente intendono fornire un presidio nei confronti dell’incremento dei momenti di continuità per effetto delle distorsioni termiche (incendio all’intradosso).

Capitolo 5: dati tabellatipiastre

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Piastre piene (semplice appoggio)

Piastre nervate (semplice appoggio)

Capitolo 5: dati tabellaticonsiderazioni

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La parte dedicata alle tabelle è particolarmente corposa (circa 20 pagg.) e deriva sostanzialmente dalle DIN 4102.

La derivazione dei dati è, come si è detto, empirica e non sempre è possibile risalire ai valori tabellati mediante l’applicazione dei metodi analitici di calcolo.

Il tentativo di adattare le tabelle a condizioni particolari (p.e. minor carico rispetto a quello di calcolo) rende il loro impiego meccanicistico e farraginoso e non sempre fisicamente giustificabile. Ne va a scapito della immediatezza e semplicità che normalmente si chiede all’applicazione di un metodo tabellare.

Sarebbe auspicabile, a livello manualistico, la redazione di tabelle di pronto impiego (tipo quelle della UNI 9502) desunte dal calcolo analitico.

Capitolo 6: calcestruzzi ad alta resistenza (HSC)E

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Vengono definite le classi del calcestruzzo:

Classe 1: C 55/67 e C 60/75

Classe 2: C 70/85 e C 80/95

Classe 3: C 90/105

per le quali si danno i rispettivi valori del coefficiente di riduzione.

Capitolo 6: calcestruzzi ad alta resistenza (HSC)E

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È possibile applicare i metodi di verifica per i calcestruzzi ordinari, a patto di prestare attenzione allo spalling ed apportare riduzioni dei momenti resistenti (metodi analitici semplificati) ed aumenti della dimensione mimima (metodi tabellari).

k = 1.1 per la classe 1k = 1.3 per la classe 2Per la classe 3 k deve essere determinato con metodi più accurati

Allegato A: mappe termichepiastre e travi

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Vengono riportati i profili di temperatura per incendio standard (ISO634) per le sezioni di più frequente applicazione. Le mappe sono calcolate con le caratteristiche dei materiali riportate nel capitolo 3 e per 1.5% di H2O.

piastra trave

Allegato A: mappe termichepilastri

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Pilastro quadrato Pilastro circolare

Allegato B: metodi semplificati di calcoloflessione semplice e composta

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1. metodo dell’isoterma dei 500 °C (Anderberg)

2. metodo delle zone (Hertz)

Si basano sul concetto di riduzione geometrica della geometria in funzione del danno del cls e della riduzione della tensione di snervamento dell’acciaio in funzione della temperatura.

Il calcolo dei momenti resistenti viene condotto con i ben noti metodi del calcolo a freddo.

Allegato B: metodi semplificati di calcoloinstabilità di pilastri

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Il metodo consiste nel desumere le curvature a caldo suddividendo al sezione in zone di ugual temperatura.

La verifica si effettua con la teoria della “colonna modello”.

Allegato C: instabilità di pilastriE

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Vengono fornite tabelle per la verifica di pilastri in condizione di incendio; si suppone la struttura controventata, pertanto la lunghezza di libera inflessione è pari all’altezza di interpiano.

Le tabelle vengono date per diversi valori della percentuale di armatura e dell’eccentricità.

Allegato D: metodi di calcolo per taglio e torsione, ancoraggitaglio (1)

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Il procedimento è analogo a quello definito nell’allegato B, salvo che la temperatura delle staffe viene definita in un particolare punto P.

Allegato D: metodi di calcolo per taglio e torsione, ancoraggitaglio (2)

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La scelta di P si basa sull’osservazione che la tensione e la temperatura nelle staffe non sono uniformi e pertanto il punto più caldo non coincide necessariamente con quello più sollecitato (Tattoni, Campanale).

= h t s~

t

Z

massimo

Allegato D: metodi di calcolo per taglio e torsione, ancoraggitorsione

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Analogamente si procede per la torsione.

Allegato E: metodi di calcolo semplificati per travi e solette.E

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Ipotizzando che il collasso avvenga per formazione di un sufficiente numero di cerniere plastiche, si danno dei criteri per calcolare il carico ultimo.

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Grazie per l’attenzione!