L’obbiettivo di chi scri-ve è quello, una vol-ta esaminati gliaspetti peculiari del

problema, di illustrare qualipossano essere oggi le possibilità offerte alcertificatore antincendio che si trova a doveranalizzare e valutare la resistenza al fuoco diuna struttura in conglomerato cementizio ar-mato, anche in considerazione dell’imminen-te entrata in vigore delle norme di progetta-zione europee, i cosiddetti Eurocodici, e del-le opportunità offerte dal ricorso all’approc-cio prestazionale alla sicurezza antincendio.Con il termine di calcestruzzo armato (o ce-mento armato) si indica un conglomerato

costituito dal calcestruzzo eda un’armatura metallica, uti-lizzata per conferire al con-glomerato stesso proprietà ecaratteristiche meccanichealtrimenti assenti.

Il calcestruzzo è costituito da cemento, ac-qua ed inerti (leggeri per esempio sabbia,ovvero pesanti per esempio ghiaia – calca-rei, ovvero silicei); la presenza dell’acqua,unitamente alla bassa conducibilità termicaed allo spessore medio degli elementi realiz-zati, fanno sì che gli elementi in calcestruz-zo manifestino un buon comportamento inpresenza di un aumento di temperatura. Ildegrado del materiale, invece, può essereimputato a variazioni di umidità relativa e di

novembre 201142 antincendio

� Alessandro Aggio

Strutture in cemento armatoCosì si valuta la resistenza

Miniguida per il certificatore antincendioanche alla luce dell’imminente entrata in vigoredella nuova normativa europea sulla progettazione

temperatura. Queste ultime possono esseredovute, oltre che a fenomeni legati all’incen-dio, anche a fenomeni naturali come il sus-seguirsi di fasi di gelo e disgelo (quandol’acqua contenuta nella pasta di cementogela essa aumenta di volume e si possonomanifestare distacchi di materiale o fessura-zioni) ed al calore di idratazione che si svi-luppa quando il cemento reagisce con l’ac-qua.Di contro, con l’aumentare della temperaturasi osserva una variazione delle proprietà ter-miche del materiale (dilatazione termica, ca-lore specifico, conducibilità termica, diffusi-

vità termica) ed una degradazione delle pro-prietà meccaniche (resistenza a compressio-ne, resistenza a trazione, densità, moduloelastico).In particolare, proprietà termiche degli inerticome conducibilità e capacità termica rive-stono un ruolo fondamentale quando si vuo-le progettare un calcestruzzo resistente alfuoco, poiché si relazionano alla capacità diassorbire e dissipare calore.Utilizzare aggregati aventi elevati valori dicapacità e conducibilità termica equivale adaumentare la resistenza al fuoco della strut-tura, arrestando la crescita della temperatu-ra e ritardando il tempo necessario perchéquesta si diffonda.In riferimento alle proprietà meccaniche sievidenziano la riduzione di resistenza a com-pressione e di modulo elastico (rapporto tratensione e deformazione nel caso di condi-zioni di carico monoassiale ed in caso dicomportamento del materiale di tipo “elasti-co”): a 600 °C la resistenza a compressionedel calcestruzzo si è già dimezzata.Per quanto riguarda l’acciaio, ad alta tempe-ratura si assiste ad una riduzione della resi-stenza di snervamento, della resistenza arottura e del modulo elastico.

novembre 2011 43antincendio

stru

ttur

ein

cem

ento

arm

ato

Aggio Alessandro, ingegnere, titolare di AS ingegneria

Studio Associato, si occupa di progettazione al fuoco strut-

turale ed impiantistica e di ingegneria antincendio, sia in

fase progettuale che realizzativa. A tale attività affianca

quella di consulente tecnico in ambito civile e penale. Lo

studio, con sede a Cesiomaggiore (BL), opera, inoltre, nel

campo degli impianti elettrici e tecnologici, della sicurez-

za e certificazione macchine e delle strategie di gestione e

protezione del rischio esplosione (ATEX).

�AA

lleessss

aannddrr

oo AA

ggggiioo

Figura 1 - Variazione della resistenza a compressione del calcestruzzo con la temperatura

10,90,80,70,60,50,40,30,20,10

20 200 400 600 800 1000 1200

SiliceoCalcareo

Fatto

re d

i ridu

zione

Temperatura ° C

Il copriferroIl copriferro svolge la funzione di elementoprotettivo per l’acciaio di armatura inglobatonel calcestruzzo.La presenza dell’acciaio è fondamentale inquanto permette:• di resistere alle tensioni di trazione indot-

te dai carichi o causate da forti differenzedi temperatura;

• di limitare l’apertura delle fessure provo-cate dalle tensioni di trazione dovute al ri-tiro del calcestruzzo.

Si osserva che, ad eccezione di tensioni dataglio, l’armatura è tanto più efficace quantopiù la si dispone vicino ai bordi della sezio-ne: in questo modo aumentano il bracciodella coppia interna resistente e l’inerzia del-la sezione. In ogni caso la distanza fra l’ar-matura e l’estremità della sezione non puòessere piccola a piacere, in quanto il calce-struzzo di copriferro, oltre a proteggere l’ac-ciaio dal fuoco, protegge l’armatura control’esposizione ad agenti aggressivi ed assicu-ra l’aderenza tra acciaio e calcestruzzo. Quindi, anche prescindendo dall’incendio, lospessore del copriferro è uno dei parametristrutturali più importanti in relazione al feno-meno del degrado delle armature: pur conuna variabilità legata alle condizioni ambien-tali, un valore minimo di copriferro tra 25 e40 mm rappresenta il più basso limite per as-sicurare una durevole passivazione dell’ac-ciaio nel calcestruzzo. Il presupposto su cui si basa la realizzazionedel copriferro è che esso sia costituito damateriale omogeneo e compatto. Bisogna ricordare che una temperatura di500°C rappresenta per l’acciaio da armaturaun valore critico perché coincide con l’ ab-bassamento del valore della tensione disnervamento “a caldo” sino a farlo coincide-re con il valore della tensione massima am-missibile in esercizio. L’elevata conducibilitàtermica dell’acciaio rispetto al calcestruzzofa sì che il flusso termico sia rapidamentetrasferito lungo l’armatura che, riscaldando-si, tende a dilatarsi; la dilatazione dell’accia-io è contrastata dal calcestruzzo che, a cau-

novembre 201144 antincendio

stru

ttur

e in

cem

ento

arm

ato

LA VALUTAZIONEDEI RISCHI DI INCENDIOFiorentini Luca, Marmo LucaLibro con software

Ed.: aprile 2011 - Pag.: 720Formato: 170x240 mmISBN: 978-88-6310-321-2Acquisto Online: € 51,30 anziché 57,00

Norme e standard interna-zionali di riferimento, metodie tecniche di analisi, defini-zione della strategia antin-cendio, gestione del rischionel tempo, casi studio edesempi applicativiNel cd rom allegato il soft-ware F.R.A.M.E. (Fire RiskAssessment Method for En-gineering) tradotto in italia-no e corredato da 76 esem-pi completi

L’opera si prefigge la diffusione delle tecniche dianalisi per stimare il rischio di incendio connes-so con le attività produttive, industriali e civili op-pure, anche nell’ambito di un approccio presta-zionale della sicurezza antincendio (‘FSE’) perindividuare gli scenari di incendio da assogget-tare ad un approfondimento di tipo deterministi-co. Previa illustrazione del corpo normativo ita-liano di riferimento vengono forniti:• una panoramica delle definizioni, degli stan-

dard e delle metodologie di analisi, valutazio-ne, gestione del rischio di incendio maggior-mente diffuse a livello internazionale;

• i concetti chiave del fenomeno di incendio edella trasmissione del calore che l'analista èchiamato a conoscere per meglio individuarele sequenze incidentali associate ai pericoli diincendio;

• una serie di casi studio sviluppati secondometodologie di analisi differenti riconosciuteed attuali.

Il Cd-Rom allegato al libro contiene lo strumentoF.R.A.M.E. Fire Risk Assessment Method for En-gineering, del Prof. E. De Smet (Belgio), già utiliz-zato in più di 70 Paesi, tradotto in lingua italianae corredato da 76 esempi completi. L’opera con-tiene la traduzione autorizzata ed inedita di stan-dard e pubblicazioni internazionali NFPA, SFPE,ASTM, HSE, VTT, BSI, ELSEVIER.

Per maggiori informazionicontatta il Servizio Clienti

al numero 06 33245277 oppure scrivi a libri@epclibri.it

sa della minore conducibilità termica, è piùfreddo. Quando l’aderenza tra l’acciaio ed ilcalcestruzzo non è più in grado di contrasta-re la tensione generata dalla diversa dilata-zione termica dei due materiali, si verifica lacaduta di solidarizzazione con lo sfilamentodei ferri ed il distacco del copriferro.Inoltre l’acqua presente nel cemento, per ef-fetto del riscaldamento, tende a salire in su-perficie per poi evaporare.Da qui può originarsi il fenomeno dello spal-ling successivamente descritto.Nel caso in cui il calcestruzzo di copriferronon sia in grado di garantire un’adeguataprotezione ai ferri di armatura nei confrontidell’azione fuoco, si può applicare sopra alcopriferro uno strato di intonaco a base digesso: il basso coefficiente di dilatazione ter-mica (che riduce la possibilità di aperturadelle fessure), unito al fatto che la tempera-

tura della superficie esterna del gesso simantiene sotto i 200°C fino a che tutta l’ac-qua di cristallizzazione non è stata eliminataper trasformazione del gesso biidrato in emi-drato e, quindi, in anidride, gli assicurano unottimo comportamento al fuoco.

Il fenomeno dello spallingSicuramente l’aspetto meno prevedibile checolpisce il calcestruzzo, legato all’aumentodi temperatura, è il fenomeno dello spalling:espulsione di pasta di cemento, sotto formadi strati o blocchi. Ciò comporta una riduzione della sezione re-sistente e del copriferro. È possibile ricon-dursi a tre tipologie di spalling:• esplosivo;• legato all’espulsione localizzata degli

inerti superficiali;• il così detto “falling off”.

novembre 2011 45antincendio

stru

ttur

e in

cem

ento

arm

ato

DA QUARANT’ANNI PRODUTTORI DI SICUREZZA

Viale dell’Industria 12 - Dairago (MI)tel. +39 0331 432330 fax. +39 0331 432527 info@sapin.it www.sapin.ito@sapin.it w inf info@sapin.it w

. +39 0331 432330 fax. +39 0331 432527elndustr’Iiale dellV

.sapin.itwwo@sapin.it w. +39 0331 432330 fax. +39 0331 432527

ago (MI)ia 12 - Dairndustr

Lo spalling esplosivo si manifesta nei primi30’ di incendio, con temperature nel calce-struzzo comprese tra i 250 °C ed i 400 °C, edè legato all’evaporazione dell’acqua conte-nuta nella matrice del materiale, che provo-ca un aumento di pressione interna; quandola pressione che si genera negli interstizi delmateriale supera il valore della resistenza atrazione dello stesso si ha il distacco, comeesemplificato nella Figura 2.Tale fenomeno è maggiormente rilevante neicalcestruzzi ad alta resistenza (detti HSC), acausa della presenza di pori più piccoli al fi-ne di conferire una resistenza superiore.Altre cause di spalling esplosivo possonoessere:• bassa resistenza a trazione del materiale;• materiale poco poroso;• alto contenuto di umidità (> 3% in peso);• armature poco contenute nelle staffe (per

esempio nei pilastri);• brusco aumento della temperatura.Un utile accorgimento per limitare il fenome-no potrebbe essere l’utilizzo di coni in poli-propilene (polimero termoplastico) che, fon-dendo a circa 170 °C, garantisce delle vie disfogo per il vapore formatosi; la parte fuocodell’Eurocodice sul calcestruzzo (EN 1992-1-2) suggerisce un utilizzo per un quantitati-vo dello 0,1 % in volume.Lo spalling legato all’espulsione localizzatadegli inerti superficiali (“surface pitting”) simanifesta nelle fasi iniziali dell’incendio at-traverso il distacco di inerti, principalmentedi natura silicea.La terza tipologia di spalling, il così detto“falling off” si manifesta durante la fase fina-le dell’incendio, quando ormai le proprietàmeccaniche si sono ridotte notevolmente, econsiste nel distacco di intere porzioni dicalcestruzzo; può essere contrastato me-diante l’installazione di armature aggiuntivepreviste ad hoc.In ogni caso la EN 1992-1-2 consiglia, nelcaso in cui si impieghi calcestruzzo normalecon contenuto di umidità non superiore al 3% in peso, di non impiegare alcuna partico-lare misura di contrasto dello spalling; nel

novembre 201146 antincendio

stru

ttur

e in

cem

ento

arm

ato

Figura 2 - Il fenomeno dello spalling

Figura 3 - Spalling nell’intradosso del solaio

Esterno

Condizioniprima

dellʼincendio

Legenda:T = temperaturaP = pressione intertizialeW = contenuto dʼacqua

Dry

Dryin

g

As b

efor

e he

aling

caso di calcestruzzi ad alta resistenza (HSC),invece, la norma provvede a fornire alcunespecifiche istruzioni.

Resistenza al fuoco:verifica della prestazioneLa resistenza al fuoco di un elemento strut-turale dipende da:• condizioni di vincolo;• carichi agenti in condizioni di incendio;• proprietà meccaniche del materiale e de-

grado delle stesse alle alte T;• proprietà termiche del materiale costi-

tuente l’elemento;• curva di temperatura scelta per rappre-

sentare l’incendio (ISO 834, idrocarburi,naturale…);

• capacità elemento di sviluppare riserveplastiche;

• fattore di sezione, rapporto cioè tra su-perficie esposta all’incendio e volume ri-scaldato (A/V).

Sulla base di quanto indicato dal D.M.16/02/2007 “Classificazione di resistenza alfuoco di prodotti ed elementi costruttivi diopere da costruzione”, che si applica ai pro-dotti e agli elementi costruttivi per i quali èprescritto il requisito di resistenza al fuoco aifini della sicurezza in caso d’incendio delleopere in cui sono inseriti (quindi, non sola-mente alle attività soggette al controllo deiVigili del fuoco), le prestazioni di resistenza alfuoco possono essere determinate in base airisultati di: a) prove, secondo quanto indicato nell’alle-

gato B del D.M. 16/02/2007; b) calcoli (solamente per quanto attiene la

capacità portante R), secondo quanto in-dicato nell’allegato C del D.M.16/02/2007;

c) confronti con tabelle, secondo quanto in-dicato nell’allegato D del D.M.16/02/2007; altre tabelle di natura speri-mentale o analitica non appartengono alcosì detto metodo tabellare.

Tralasciando la verifica basata su risultati diprove, si può affermare che, attualmente, laverifica della prestazione per via analitica

può essere effettuata ricorrendo alla normaUNI 9502 (valida sino all’uscita delle appen-dici nazionali degli Eurocodici - approvate daparte del Consiglio Superiore dei lavori Pub-blici, in attesa della formale adozione con ilnecessario Decreto Interministeriale - ancheai sensi degli articoli 52, 60 ed 83 del D.P.R.380/2001), oppure agli Eurocodici strutturali,limitatamente alla verifica di resistenza alfuoco degli elementi costruttivi portanti conriferimento a: • strutture di calcestruzzo• strutture di acciaio• strutture composte acciaio - calcestruzzo;• strutture di legnoimpiegando i valori (check-box) consigliati insede europea.Gli Eurocodici che trattano il problema delfuoco per il calcestruzzo sono l’Eurocodice 1(EN 1991-1-2) e l’Eurocodice 2 (EN 1992-1-2); quest’ultimo si applica a calcestruzziaventi classe massima C 90/105, alleggeritifino alla classe LC 55/60 ed ad resistenzaHSC (High Strength Concrete) a partire dallaclasse C 50/60. La valutazione della resistenza al fuoco pas-sa attraverso:a) determinazione della distribuzione di

temperatura nell’elemento;b) determinazione della variazione delle pro-

prietà meccaniche con il tempo;c) verifica della capacità portante allo stato

limite ultimo di collasso con il metodo se-miprobabilistico agli stati limite.

Procedure di progettazione al fuocopreviste dall’ EurocodiceÈ necessario verificare che durante l’esposi-zione al fuoco per il tempo t si abbia:

Ed,fi ≤ Rd,t,fi dove,

Ed,fi azione sollecitante in condizioni diincendio;

Rd,t,fi variazione della resistenza, in con-dizioni di incendio, in funzione deltempo.

novembre 201148 antincendio

stru

ttur

e in

cem

ento

arm

ato

Tale valutazione può essereeffettuata:• per singolo elemento, ri-

ducendo le caratteristichedi sollecitazione e le azionial contorno risultanti dalcalcolo a freddo a mezzodel coefficiente ηfi che tie-ne conto dei carichi per-manenti e variabili e deicoefficienti di sicurezza “afreddo” e “a caldo”; caute-lativamente si può porreηfi = 0,7;

• per sottostrutture, applicando le reazionicalcolate “a freddo” al tempo t = 0; duran-te l’esposizione al fuoco reazioni vincolari econdizioni al contorno sono indipendentidal tempo. Nell’analisi devono essere con-siderati gli effetti delle deformazioni termi-che e le variazioni di rigidezza;

• per l’intera struttura, considerando le de-formazioni termiche, le variazioni di rigi-dezza e le variazioni delle caratteristichetermo-meccaniche dei materiali durantel’esposizione al fuoco.

Uso di tabelleSi applica ad elementi semplici in c.a. ec.a.p. (travi semplicemente appoggiate ov-vero continue, pilastri, solette in sempliceappoggio e in continuità, pareti) esposti a in-cendio standard sino a 240’ ed esposti su 1,2, 3 o 4 lati. I valori indicati sono conservati-vi, ma non sono necessarie ulteriori verificheper spalling (eccetto lo spessore del copri-ferro), taglio, torsione e ancoraggio dell’ ar-matura. I valori tabellati si basano sulla curva di de-grado dell’acciaio, considerando una tempe-ratura critica di 500 °C. Se fosse necessarioriferirsi a temperature critiche diverse è pos-sibile apportare opportune correzioni ai valo-ri stessi, attraverso le formule presenti nel-l’Eurocodice. Le tabelle presenti sono parecchie e, comedetto, sono differenziate per elemento strut-turale. Per entrare nelle tabelle è necessario

definire il coefficiente di uti-lizzo dell’elemento, ossia ilrapporto tra l’azione solleci-tante “a caldo” e la resisten-za “a freddo”; chiaramente,a parità di condizioni, minoreè il coefficiente di utilizzo(µfi), maggiore è la resistenzaal fuoco. Il massimo valore ditale coefficiente è pari a 0,7. L’applicazione di una parti-colare tabella presuppone,da parte del progettista laverifica, a priori, di applicabi-

lità della medesima (snellezza, eccentricitàdei carichi verticali – nel caso dei pilastri,particolari costruttivi,…); se vengono menoquesti presupposti viene meno il possibile ri-corso alle tabelle stesse. Ne consegue chetale metodo, anche se poco complesso,rientra tra quelli di tipo analitico. Le tabelle presenti nell’allegato D del D.M.16/02/2007 sono estrapolate da quelle del-l’Eurocodice, imponendo a µfi il massimo va-lore possibile e, quindi, risultano a favore disicurezza.

novembre 2011 49antincendio

stru

ttur

e in

cem

ento

arm

ato

Figura 4 - Espressione analitica ed andamento del coefficiente riduttivo ηfi

Il corretto uso delle tabelle,

se risulta piuttosto semplice

nel caso di nuovi edifici,

invece, per i fabbricati

esistenti, è legato alla sensibilità

e all’esperienza del tecnico valutatore

Tali tabelle, da un lato sono di immediata ap-plicazione, dall’altro appaiono non esaurien-ti e troppo conservative, idonee per approc-ciare strutture esistenti (per le quali le infor-mazioni disponibili sono poche), ma econo-micamente dispendiose, soprattutto nel ca-so di nuove costruzioni. Basti pensare che,per esempio, per un muro portante in ce-mento armato esposto all’incendio standard(ISO 834) su due lati che debba garantire unaresistenza al fuoco di 120’ il D.M.16/02/2007 richiede uno spessore minimoed una distanza dall’asse dell’armatura allasuperficie esposta, rispettivamente, di mm.220 e mm. 35 che, invece, si riducono a mm.160 e mm. 25 (verificando il copriferro mini-mo previsto da EN 1992-1-2) nel caso in cuisia possibile, a seguito di opportune valuta-zioni, ricorrere ad un m di 0,35. Tra le numerose tabelle presenti, a pareredello scrivente, appaiono molto interessantiquelle relative ai pilastri; esse dividono le co-lonne in tozze o snelle, a seconda che lasnellezza dell’elemento strutturale in caso diincendio (lfi) sia minore o maggiore di 30. Perle prime non è importante la stabilità al-l’equilibrio in caso di incendio, mentre, per leseconde sì. Disponendo poi di alcuni dati relativi alleazioni agenti calcolate secondo la combina-zione eccezionale dei carichi (classicamentesforzo normale e momento flettente in con-dizioni di incendio), alle classi di calcestruz-zo ed acciaio utilizzate e all’armatura, è pos-sibile calcolare due parametri, rapportomeccanico dell’armatura a freddo e livello dicarico a freddo che consentono di entrarenelle tabelle indicanti i minimi requisiti ne-cessari per garantire una certa classe di re-sistenza al fuoco. Senza addentrarsi nelle calcolazioni, si os-serva che il ricorso a tali tabelle permette dicertificare elementi non certificabili con le ta-belle del D.M. 16/02/2007, a causa dei limitidi altezza dell’elemento oppure di rapportotra area complessiva dell’armatura e sezionetrasversale del pilastro, oltre che consentireun risparmio economico tanto maggiore,

novembre 201150 antincendio

stru

ttur

e in

cem

ento

arm

ato

GUIDA AGLI EUROCODICI 1, 2, 3 E 4Resistenza al fuoco delle strutture: EN 1991-1.2, EN 1992-1.2, EN 1993-1.2 E EN 1994-1.2

T. Lennon, D.B. Moore, Y.C. Wang e C.G. BaileyTraduzione di S. Tedeschi e C. De Domenico

Edizione: maggio 2011 Pagine: 176 Formato: 210x297 mm cartonato ISBN: 978-88-6310-272-7

Al prezzo di € 31,50 anziché 35,00

La Guida agli Eurocodici per la resistenza al fuocodelle strutture si differenzia da molte altre guidepoiché non riguarda un singolo Eurocodice matratta singolarmente i seguenti materiali,analizzandone la parte dedicata alla resistenza alfuoco:• le costruzioni in acciaio;• in cemento armato;• miste acciaio-calcestruzzo;• legno.

Le metodologie di progetto, riportate nelle partidedicate al fuoco di ogni singolo Eurocodice, sibasano sugli stessi principi adottati per laprogettazione a temperatura ambiente. Uno degliscopi di questo libro è quello di chiarire taleapproccio così che possa essere compresopienamente e facilmente utilizzato dagli ingegnericivili e dagli specialisti che hanno familiarità coni principi e le ipotesi alla base della progettazionestrutturale a temperatura ambiente. Il libro è una

guida a quattrodocumenti distinti, valea dire la EN 1991-1.2, laEN 1992-1.2, la EN1993-1.2 e la EN 1994-1.2, con riferimenti, ovenecessario, anche allebasi della progettazionestrutturale contenute neldocumento EN 1990

Per maggiori informazionicontatta il Servizio Clienti

al numero 06 33245277 oppure scrivi a libri@epclibri.it

quanto più numerosi sono gli elementi strut-turali. Ovviamente il corretto utilizzo di tali ta-belle, se nel caso di nuovi edifici risulta ab-bastanza semplice, vista la disponibilità deidati necessari, per quanto riguarda i fabbri-cati esistenti, è molto legato a sensibilità edesperienza del tecnico valutatore.

Mappatura termicaLa mappatura termica di una sezione rap-presenta la distribuzione di temperatura al-l’interno dell’elemento dopo un certo tempodi esposizione al fuoco. I fattori che la influenzano sono:• le proprietà meccaniche e termiche del

conglomerato (conducibilità termica, ca-lore specifico, massa volumica, contenu-to d’acqua);

• la geometria dell’elemento e sua esposi-zione al fuoco;

• il rivestimento e/o protettivo presente.La determinazione della temperatura neglielementi esposti al fuoco mediante procedi-mento analitico considera:• la diffusione del calore nell’elemento per

conduzione;• le proprietà fisiche del conglomerato ce-

mentizio;• lo scambio di calore tra elemento ed am-

biente per convezione ed irraggiamento;• la configurazione di esposizione al fuoco.Nell’allegato informativo A alla norma EN1992-1-2 sono riportati esempi di mappatu-ra termica per le sezioni di più frequente uti-lizzo, esposte alla curva standard (ISO 834),in funzione della distanza a dalla superficieesposta al fuoco e del tempo t di esposizio-ne, considerando un quantitativo di acquapari allo 1,5 %. Per la determinazione delle temperature inpresenza di rivestimenti protettivi, si aggiun-ge allo spessore del conglomerato cementi-zio lo spessore equivalente, dipendente dalprotettivo scelto.

Metodi di calcolo semplificatiL’Eurocodice presenta svariati metodi sem-plificati per la verifica al fuoco di elementi in

cemento armato sottoposti a sforzo norma-le, flessione semplice e composta, taglio,torsione, considerando l’incendio standarde, in alcuni casi, l’incendio parametrico. Tra essi sono qui accennati quello dell’ “iso-terma 500 °C” e quello “a zone”. Entrambi si basano sul concetto di riduzionegeometrica della sezione in funzione deldanno al conglomerato e della riduzione del-la tensione di snervamento dell’acciaio infunzione della temperatura. Il calcolo deimomenti resistenti viene condotto con i bennoti metodi del calcolo a freddo. Tali metodi, qualora disponibili, possono es-sere applicati anche per la valutazione diparti di strutture.

Il metodo dell’ “isoterma 500°C”Il metodo dell�isoterma 500°C permette divalutare il danneggiamento della sezione aseguito dell’evento incendio. È applicabilead elementi esposti al fuoco standard oppu-re ad una curva parametrica caratterizzatada un fattore di ventilazione minimo.Il metodo considera una sezione trasversaleridotta, reputando danneggiato il calcestruz-

novembre 2011 51antincendio

stru

ttur

e in

cem

ento

arm

ato

Figura 5 - Mappatura termica di un pilastro per un esposizione al fuoco di 60’

Figure A.12 : Temperature profiles (°C) for a column, h x b = 300 x 300 - R60

zo che abbia raggiunto tem-perature maggiori di 500 °Ced escludendolo dalla resi-stenza il suo contributo. La restante sezione trasver-sale di cls conserva resisten-za e modulo d’ elasticità ini-ziali.Gli arrotondamenti dell’iso-terma nelle zone angolari possono essereapprossimati assimilando l’isoterma stessa aun rettangolo o un quadrato. Le sezioni ridotte verranno utilizzate nel cal-colo della capacità portante effettuata con imetodi tradizionali di calcolo, applicando al-le proprietà meccaniche dell’armatura la ri-duzione conseguente all’analisi termica del-l’intera sezione. L’applicabilità del metodo è legata ad unamisura minima della sezione oggetto di valu-tazione, dipendente dalla resistenza al fuocorichiesta nel caso di curva di incendio nomi-nale ovvero dal valore del carico d’incendiospecifico nel caso di incendio parametrico.

Il metodo “a zone”Il metodo a zone consistenel considerare un’ opportu-na sezione trasversale ridot-ta, ignorando una zona dan-neggiata in corrispondenzadei lati esposti all’ incendio. È applicabile solamente adelementi esposti al fuoco

standard. La sezione trasversale è divisa inun numero (n ≥ 3) di zone parallele di ugualespessore; per ciascuna di queste sono valu-tati i valori medi di temperatura, modulo ela-stico e resistenza a compressione. La lar-ghezza della zona danneggiata viene deter-minata considerando le relazioni che tengo-no conto del fattore di riduzione medio dellaresistenza del calcestruzzo e di quello dellazona meno riscaldata. Qualora necessario, è possibile ricorrere an-che a metodi di calcolo avanzati, richiedentiuna notevole potenza di calcolo, che per-mettono l’analisi dell’intera struttura, consi-derando anche distorsioni termiche e rigi-dezza dei singoli elementi.

Approccio prestazionale alla resistenza al fuoco delle strutture in cemento armatoSi ritiene di evidenziare come il D.M.09/03/2007 “Prestazioni di resistenza alfuoco delle costruzioni nelle attività sogget-te al controllo del Corpo nazionale dei Vigi-li del fuoco” abbia consentito l’utilizzo dellacurva di incendio naturale per valutare leprestazioni di resistenza al fuoco di un ele-mento costruttivo, rendendo così possibileil ricorso all’approccio prestazionale anchenel campo della progettazione strutturaleantincendio. In questo caso la capacità portante è da va-lutarsi in riferimento al cimento termico del-l’incendio naturale applicato per tutto il tem-po necessario affinchè nel compartimento inesame si ritorni alla temperatura ordinaria,abbandonando in tal modo il concetto diclasse di resistenza al fuoco. Come indicato al punto 4.2 del succitato

novembre 201152 antincendio

stru

ttur

e in

cem

ento

arm

ato

Figura 6 - Il metodo dell’isoterma 500 °C nel caso di una trave esposta su tre lati

Attraverso il metodo

dell’isoterma 500° è possibile valutare il danneggiamento

della sezione a seguito

dell’incendio

D.M. è possibile determinare la curva natu-rale attraverso:• modelli di incendio sperimentali;• modelli di incendio numerici semplificati;• modelli di incendio numerici avanzati.Così facendo, per esempio, si consideranol’influenza delle pareti perimetrali, caratte-rizzate da differente inerzia termica, del-l’altezza del locale e delle caratteristichedelle aperture di aerazione verticali edorizzontali. È possibile, di comune accordo con il Fun-zionario VV.F. di riferimento, modellare lacurva d’incendio considerando anchel’azione di eventuali impianti presenti (peresempio sprinkler), purché si utilizzino me-todi di riconosciuta affidabilità; in questomodo si determina nel modo più precisopossibile la potenza termica rilasciata giun-gendo alla resistenza al fuoco possedutadall’elemento. A titolo esemplificativo la verifica di un ele-mento portante in conglomerato cementizioarmato potrebbe essere effettuata ricorren-do a:• curva parametrica temperatura – tempo

indicata nell’Eurocodice 1 “Azioni sullestrutture”, costituente un esempio dimodello di incendio numerico semplifi-cato;

• curva temperatura – tempo ottenuta me-diante un modello a zone (una o due zo-ne), costituente un esempio di incendionumerico avanzato.

Il metodo proposto nell’allegato A della EN1991-1-2 (modello parametrico) può essereapplicato solamente dopo aver verificato lasussistenza di alcune ipotesi di base: su-perficie massima del compartimento < 500m, assenza di aperture in copertura, altezzamassima dei locali m. 4, materiale combu-stibile di natura cellulosica (legno, carta),fattore di ventilazione, inerzia termica dellepareti e carico d’incendio specifico di pro-getto compresi entro un certo range di va-lori. Mediante questo procedimento, dopo averdeterminato alcuni parametri, è possibile

ottenere il tempo corrispondente al rag-giungimento della massima temperatura nellocale, l’andamento della temperatura deigas caldi nella fase crescente e nella fase didecadimento, avente andamento lineare. Equazione della curva parametrica:

Tg=1325 • (1 0,324 • e0,2•t* 0,204 • e1,7•t* 0,472 • e19•t*)

cont* = t • G G fattore adimensionale

opportunamente determinato.

È interessante notare l’influenza del fattoredi ventilazione (rapporto che dipende dal-l’altezza e dall’area della superficie di venti-lazione, oltre che dalla superficie del locale)sull’andamento complessivo della tempera-tura dei gas caldi: maggiore sarà il fattore diventilazione, maggiore sarà la temperaturaraggiunta e prima avrà inizio la fase di de-cadimento.Qualora si ricorra all’approccio prestaziona-le il D.M. 09/03/2007 richiede una verificamediante curva nominale d’incendio, esi-gendo una classe di resistenza al fuoco mi-nima basata sul carico d’incendio specificodi progetto (qf, d) che, almeno per i valori dicarico d’incendio più elevati, corrisponde ametà di quanto richiesto dall’approccio pre-scrittivo tradizionale. Ciò potrebbe essere un problema per gliedifici aventi struttura portante in acciaionon protetto; in questo caso sarebbe ne-cessario ricorrere all’istituto della deroga.Il D.M. 09/05/2007 “Direttive per l’attuazio-ne dell’approccio ingegneristico alla sicu-rezza antincendio”, all’art.6 comma 1 affer-ma “La progettazione antincendio eseguitamediante l’approccio ingegneristico com-porta la necessità di elaborare un docu-mento contenente il programma per l’attua-zione del sistema di gestione della sicurez-za antincendio (di seguito denominatoSGSA) tenuto conto che le scelte e le ipo-tesi poste a base del progetto costituisco-no vincoli e limitazioni imprescindibili perl’esercizio dell’attività”; ne consegue che è

novembre 201154 antincendio

stru

ttur

e in

cem

ento

arm

ato

compito del tecnico informare il responsa-bile dell’attività sull’importanza di non mo-dificare le condizioni (quantitativo e dispo-sizione del materiale combustibile, ventila-zione dei locali) su cui si è basato lo svilup-po della curva di incendio naturale con lerelative temperature presenti nell’ambientee le conseguenti sollecitazioni strutturaliposte alla base della progettazione.Il modello “a due zone” considera una di-stribuzione uniforme delle temperature inognuna delle due zone (gas caldi sopra edaria fresca sotto, separati da un’interfacciadefinita). Tale modello è adatto per le fasi pre-flasho-ver, mentre , dopo il flashover, si dovrebbeutilizzare il modello ad una zona, dato chevi è già stato il rimescolamento dei fumi. Ilmodello che si basa, oltre che sui bilanci dimassa ed energia anche su tutta una seriedi ipotesi, determina la curva di andamentonel tempo della potenza termica emessa(HRR(t)) da tutti i combustibili presenti.Inserendo successivamente tale curva in unmodello di calcolo numerico avanzato (comead esempio CFAST – distribuito dalla agen-

zia governativa americana NIST), adottandola dovuta sensibilità e competenza, è possi-bile ricavare l’andamento della curva natura-le con cui “scaldare” la struttura.Al bisogno è possibile ricorrere anche a mo-delli numerici avanzati “di campo” CFD che,

novembre 2011 55antincendio

stru

ttur

e in

cem

ento

arm

ato

Figura 7 - Schermata del software CFAST

Figura 8 - Confronto tra la curva nominale e diversecurve naturali ottenute per differenti valori di caricod’incendio specifico e di ventilazione dei locali

Tem

pera

tura

(°C)

Time (min.)

– Ponticelli L., Caciolai M., De Angelis C. (a cura di)– “Resistenza al fuoco delle costruzioni”– U.T.E.T.Ed. 2008

– La Malfa A., La Malfa S. – “Approccio ingegneri-stico alla sicurezza antincendio” – LegislazioneTecnica Ed.2008

– Web site http://www.nceplus.co.uk– UNI EN 1991-1-2 (2004), “Azioni sulle strutture.

Parte 1-2: Azioni in generali – Azioni sulle struttu-re esposte al fuoco”

– UNI EN 1992-1-2 (2004), “Progettazione dellestrutture di cemento armato. Parte 1-2: Regolegenerali – progettazione strutturale contro l’in-cendio”

Bibliografia

stru

ttur

e in

cem

ento

arm

ato

antincendio56 novembre 2011

suddividendo l’ambiente da analizzare incelle elementari di opportuna dimensione,vanno a risolvere le equazioni differenziali al-le derivate parziali di Navier – Stokes.L’approccio prestazionale, sicuramente piùostico da un punto di vista tecnico di quelloprescrittivo, è sicuramente più realistico epuò garantire vantaggi, anche notevoli, daun punto di vista economico. Infatti, non solo la curva naturale risulta me-no “aggressiva” della curva nominale (mono-tona crescente e successiva al flashover),ma tale approccio consente di massimizzarele risorse disponibili assicurando un adegua-to livello di sicurezza.

Robustezza strutturaleSi accenna, infine, all’importanza che unacostruzione, di qualsiasi genere essa sia,venga progettata e realizzata in modo da ga-rantire robustezza strutturale; che sia cioè ingrado di sopportare le azioni agenti senzasubire un collasso totale. Il danneggiamento della costruzione deveessere proporzionale alla causa che lo hagenerato. La robustezza strutturale è da perseguirsicercando di assicurare ai vari sottosistemicostituenti il fabbricato idonee continuità,duttilità ed iperstatiticità, evitando in questomodo la diffusione di danneggiamenti loca-lizzati. Le strutture continue, a causa della loroiperstaticità, posseggono riserve plasticheulteriori rispetto a quelle isostatiche: con laformazione della prima cerniera plastica lastruttura iperstatica non collassa, si riducead una struttura meno vincolata di quellainiziale la quale, essendo duttile, resta, co-munque, in grado di sostenere le azioniagenti.Si pensi alla differenza tra una trave sempli-cemente appoggiata ed una trave continua(iperstatica). Lo stesso rapporto ufficiale sul crollo delWorld Trade Center redatto dal NIST, costi-tuito da 10.000 pagine e costato 15 milionidi euro, ha portato alla stesura di 30 racco-

mandazioni per migliorare la sicurezza deigrattacieli, tra cui si evidenziano:• la progettazione strutturale focalizzata ad

evitare, in ogni condizione, il collassoprogressivo;

• la predisposizione di verifiche affinchéanche un incendio “non controllato” pos-sa svilupparsi senza provocare collassistrutturali locali o globali.

ConclusioniGli Eurocodici disciplinano il progetto strut-turale e geotecnico degli edifici e delle ope-re di ingegneria civile al fine di eliminare ledifferenze di calcolo presenti nelle varie nor-mative nazionali. Il loro obiettivo è definire criteri comuni e uni-ficati che non ostacolino più la libera circola-zione dei servizi di ingegneria e di architettu-ra tra i paesi membri. Come si può facilmente dedurre da quantosopra riportato il corretto utilizzo di questenorme, oltre a consentire a tutti i paesi del-la Comunità Europea di “parlare la stessalingua”, permetterà anche di soddisfare i re-quisiti di sicurezza antincendio con vantag-gi economici, da un punto di vista costrutti-vo, tanto più significativi quanto più raffina-ta sarà la progettazione strutturale al fuocoadottata.