Metodi e normative - Controlli di resistenza al fuoco

Stati limite di resistenza al fuoco

Lo stato limite di resistenza al fuoco si basa principalmente sul tipo di costruzione. Si tratta di un elemento portante o non portante, oppure di una parete, di una colonna o di una porta. La normativa definisce una serie di stati limite. I quattro tipi più comunemente utilizzati sono R, E, I, W.

(a) R = Resistenza e stabilità, (b) E = Integrità, (c) I = Funzione isolante, (d) W = Muri antincendio

Stato limite "R" (resistenza e stabilità)

Lo stato limite "R" si applica a tutte le strutture portanti (comprese quelle all'interno del compartimento antincendio). Soprattutto quelle che garantiscono la stabilità dell'edificio. Queste devono mantenere la loro funzione portante anche durante un incendio. Per lo stato limite "R", non importa se la struttura è a travi o a piastre. Lo stato limite R deve essere soddisfatto per pareti, colonne, travi, capriate del tetto, arcarecci, ma anche per gli irrigidimenti, ecc.

Stato limite "E" (integrità)

Lo stato limite "E" si applica a tutte le superfici delle strutture di separazione dal fuoco. Durante un incendio, nella struttura di compartimentazione antincendio non deve formarsi una fessura attraverso la quale possano passare le fiamme o i gas caldi possano penetrare in un altro compartimento. L'integrità al fuoco deve essere garantita da pareti e soffitti che separano i compartimenti antincendio, altre partizioni antincendio o soffitti (dietro i quali possono trovarsi condotti di processo, ecc.

Stato limite "I" (funzione isolante)

Lo stato limite "I" è valido per le strutture di separazione antincendio di superficie, che hanno lo scopo di prevenire un riscaldamento eccessivo dello spazio sul lato opposto all'incendio. Il materiale presente o adiacente al lato non riscaldato non deve prendere fuoco. La capacità isolante deve essere soddisfatta in particolare da strutture piane solidamente incorporate, come pareti tagliafuoco e soffitti tra compartimenti antincendio. Ciò significa che si tratta di elementi prevalentemente interni in cui il fuoco può svilupparsi su entrambi i lati della struttura e in cui è probabile che le persone sul lato non riscaldato siano a rischio. Anche le chiusure tagliafuoco che si aprono su un mezzo di fuga protetto devono essere conformi allo Stato Limite "I".

Stato limite "W" (limitazione della radiazione termica)

Lo stato limite "W" (limitazione dell'irraggiamento termico) si applica alle strutture di separazione antincendio di superficie; è simile allo stato limite "I", ma con requisiti meno severi. Lo stato limite "W" non è in grado di impedire l'aumento della temperatura, ma limita solo in una certa misura il flusso di calore che si irradia dal lato della struttura rivolto verso l'esterno dell'incendio. Tuttavia, questo flusso di calore radiante non deve causare la propagazione dell'incendio o mettere in pericolo le persone che fuggono nelle vicinanze di tale struttura. È quindi limitato a 15 kW/m2.

Tempo di resistenza al fuoco

Il periodo di resistenza al fuoco è definito come il periodo di tempo durante il quale la struttura deve resistere agli effetti dell'incendio o soddisfare lo stato limite richiesto (o più stati limite). Il periodo di resistenza al fuoco è determinato in minuti. I periodi di classificazione di base sono fissati a 15, 30, 45, 60, 90, 120 e 180 minuti.

Carico durante la resistenza al fuoco

Secondo l'Eurocodice, si può semplicisticamente considerare il carico estremo durante un incendio come il 70% della combinazione di carico per ULS.

Metodi di resistenza al fuoco

I metodi di progettazione variano a seconda dell'approccio, dell'accuratezza e della complessità del calcolo. Quando si analizza un elemento critico, si può utilizzare il metodo tabellare, che è il più conservativo.

Se la verifica del codice non è soddisfacente, esiste la possibilità di procedere a metodi più precisi come l'Isoterma 500 o il cosiddetto Metodo delle Zone. Nel caso di un'analisi di una parte della struttura o addirittura dell'intera struttura, si possono utilizzare simulazioni numeriche come la conduzione, la convezione o l'irraggiamento.

Assunti di base del metodo Tabulato

• Tutti i valori si riferiscono principalmente agli aggregati silicei (più sensibili agli effetti del fuoco).
• Per gli aggregati calcarei, la dimensione minima richiesta della pietra può essere ridotta del 10%.
• L'umidità del calcestruzzo deve essere inferiore al 3%, altrimenti c'è il rischio di scagliatura esplosiva.
• La temperatura critica delle armature in calcestruzzo è di 500 °C.
• La temperatura critica delle armature di precompressione è di 400 °C (barre) o 350 °C (tendini e fili).
• La distanza assiale dell'armatura dalla superficie deve essere inferiore a 70 mm, altrimenti si deve considerare un'armatura superficiale.
• Nel caso di più strati di armatura, deve essere calcolata la distanza assiale media dal bordo, con la distanza assiale più piccola di qualsiasi strato che soddisfi almeno il criterio R30.
• È possibile interpolare linearmente i valori delle tabelle.
• I valori indicati nelle tabelle sono valori minimi e devono essere rispettati anche i principi di progettazione secondo l'Eurocodice.

Pilastri

I pilastri sono generalmente sottoposti a verifica con il metodo A o B. La decisione di quale metodo utilizzare dipende esclusivamente da scelte ingegneristiche. La verifica del codice è valida per le colonne che sono principalmente soggette alla pressione normale e per le strutture irrigidite.

Metodo A

• La lunghezza effettiva massima raggiunge i 3 m.
• La lunghezza effettiva è pari a 0,7*L per l'ultimo piano e 0,5*L per ogni piano aggiuntivo.
• Le imperfezioni iniziali sono inferiori al 15% dell'altezza della sezione trasversale.
• L'area massima di armatura è inferiore al 4% dell'area della sezione trasversale del calcestruzzo.

Metodo B

• Il metodo è valido solo per le strutture irrigidite.
• La lunghezza effettiva della colonna può essere superiore a 3 metri.

Travi

La verifica del codice degli elementi trave è possibile solo per le sezioni trasversali rettangolari, a T o a I. Nella fase successiva, è necessario distinguere tra travi a campata unica o continue.

Piastre

Come per gli elementi trave, è necessario scegliere tra una piastra semplicemente appoggiata o una piastra continua. Un altro aspetto distingue tra gli appoggi creati da pareti o colonne.

a) Lastra a una via, b) Lastra a due vie, c) Piastra continua - muri, d) Piastra continua - colonne

Pareti

• Il rapporto tra altezza e spessore deve essere inferiore a 40
• Resistenza al fuoco EI - integrità e funzione isolante, senza cuscinetti
• Resistenza al fuoco REI - integrità e funzione isolante, funzione portante

In sintesi

Per la verifica della resistenza al fuoco delle strutture, si preferisce il metodo tabellare , in base al quale l'ingegnere ottiene molto rapidamente un risultato positivo o negativo. Anche i metodi più avanzati, come l'Isoterma 500 o il Metodo delle Zone, sono spesso utilizzati. I metodi avanzati vengono utilizzati quando elementi critici come una colonna, una trave, una parete o una soletta falliscono nel metodo tabulato. I metodi di simulazione numerica come la conduzione, la convezione o l'irraggiamento sono applicati principalmente in ambito accademico. IDEA StatiCa RCS contiene i suddetti metodi tabulati. Lo sviluppo di IDEA StatiCa sposta l'analisi dai metodi tabulati al livello dei metodi numerici. Pertanto, nel prossimo futuro, in IDEA StatiCa Member sarà disponibile l'analisi della conduzione termica non stazionaria.