Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
2
1. Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
1.1. Introduzione
"La costruzione deve essere progettata e costruita in modo tale che, nel caso dello scoppio
di un incendio:
- la resistenza ai carichi della struttura possa essere assicurata per uno specifico
periodo di tempo,
- la generazione e la diffusione di fiamme e fumo nella costruzione siano limitati,
- la trasmissione dell'incendio a costruzioni vicine sia limitato,
- gli occupanti possano lasciare la costruzione o essere soccorsi con mezzi
appropriati,
- la sicurezza delle squadre di soccorso sia presa in adeguata considerazione."
Le parti degli eurocodici strutturali relative al fuoco (in generale le parti 1-2) prendono in
esame aspetti specifici della protezione passiva al fuoco in termini sia di progettazione di
elementi strutturali o strutture complete in presenza di carichi concomitanti con l’incendio,
sia di limitazione della diffusione dell’incendio stesso, ove rilevante. L’evento “incendio”
rappresenta uno dei possibili “carichi” per l’edificio, con la differenza che esso è capace di
modificare resistenza e proprietà meccaniche dei materiali.
I livelli di prestazione possono essere precisati in relazione a classificazioni di resistenza al
fuoco nominali (incendio normalizzato), in genere fornite nei regolamenti antincendio
nazionali, oppure, qualora consentito da quest’ultimi, ricorrendo all’ingegneria della
sicurezza contro l’incendio per valutare le misure di protezione attive e passive.
Prescrizioni riguardanti la possibile installazione e manutenzione di sistemi sprinkler, le
condizioni fissate per l’utilizzo di edifici e zone compartimentate al fuoco, oppure l’uso di
materiali isolanti e di rivestimento di qualità approvati, inclusa la loro manutenzione, non
sono fornite negli eurocodici poiché esse sono soggette a specificazione da parte
dell’autorità nazionale competente.
I valori numerici per coefficienti parziali e altri elementi di affidabilità sono forniti sotto
forma di valori raccomandati che garantiscono un livello di sicurezza ammissibile. Essi
sono stati scelti ipotizzando che sia stato realizzato un livello appropriato di qualità di
esecuzione dei lavori e gestione della qualità.
Il procedimento analitico di progettazione completo di strutture resistenti al fuoco,
proposto dalla EN 1991-1-2, considera il comportamento del sistema strutturale a
temperatura elevata, il potenziale flusso di calore a cui la struttura è esposta e il benefico
Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
3
effetto dei sistemi di protezione attiva e passiva; sono inoltre considerate le incertezze
associate a tali aspetti e l’importanza della struttura (in termini di conseguenze del
collasso).
Attualmente è possibile eseguire un procedimento di calcolo per determinare una
prestazione adeguata, che comprende alcuni se non tutti, i parametri previsti, e per
dimostrare che la struttura o i suoi componenti forniscono una prestazione soddisfacente in
un incendio reale di un ufficio.
Tuttavia, laddove la procedura è basata sull’incendio nominale (normalizzato), il sistema di
classificazione, che richiama particolari periodi di resistenza al fuoco, considera (sebbene
in modo non esplicito) le prestazioni e le incertezze sopra descritte.
L’applicazione di tale parte dell’Eurocodice 1 prevede due procedimenti alternativi di
progettazione che vengono illustrati nella Fig. 1.1. Vengono identificati l’approccio
prescrittivo e quello su base prestazionale. Nel primo si utilizza l’incendio nominale per
generare le azioni termiche, mentre nel secondo ci si riferisce ad azioni termiche basate su
parametri fisici e chimici.
Fig. 1.1: Procedimenti alternativi di progettazione.
Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
4
1.2. Procedimenti per la progettazione strutturale in caso di
incendio
Nell’EC parte 1-2 è raccomandato che l’analisi strutturale di progetto per il fuoco si tenga
conto dei seguenti passi ove necessario:
1. Selezione dello scenario di incendio appropriato
Per identificare la situazione di progetto eccezionale, gli appropriati scenari
di incendio di progetto e gli associati incendi di progetto devono essere
determinati in relazione ad una valutazione di rischio d’incendio. Per le
strutture per le quali in conseguenza di altre azioni eccezionali si manifesta
un particolare rischio di incendio, viene raccomandato che tale rischio sia
considerato nella valutazione del concetto generale di sicurezza; in tali casi
può rendersi necessario considerare comportamenti strutturali dipendenti dal
tempo precedenti alla situazione eccezionale.
2. Determinazione dei corrispondenti incendi di progetto
Per ogni scenario di incendio di progetto, viene raccomandato che sia
definito ed applicato (uno per volta) un incendio di progetto in ogni
compartimento a meno che non sia diversamente specificato nello scenario
di incendio di progetto stesso. Per strutture per le quali le autorità nazionali
definiscono requisiti di resistenza strutturale all’incendio, si può assumere
che l’appropriato incendio di progetto sia fornito da quello normalizzato, se
non diversamente specificato.
3. Calcolo dell’evoluzione della temperatura negli elementi strutturali
Nell’effettuazione dell’analisi termica di un elemento, la sua posizione
all’interno dell’incendio di progetto deve essere tenuta di conto. In
particolare, per elementi esterni, viene raccomandato per l’esposizione al
fuoco sia considerata attraverso le aperture della facciata e della copertura,
mentre per le pareti esterne di separazione, quando richiesto, dall’interno
(dall’adiacente compartimento antincendio), alternativamente dall’esterno
(da compartimenti vicini). Con riferimento all’incendio di progetto, viene
raccomandato che siano impiegati procedimenti diversi a seconda che si
faccia riferimento alla curva temperatura-tempo nominale o a modelli di
fuoco. Nel primo caso l’analisi termica dell’elemento strutturale viene
condotta per un prefissato periodo di tempo senza considerare una fase di
Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
5
raffreddamento, mentre nel secondo l’analisi viene condotta per tutta la
durata dell’incendio, inclusa tale fase.
4. Determinazione del comportamento meccanico della struttura esposta al
fuoco
L’analisi meccanica deve essere estesa allo stesso periodo di tempo usato
per l’analisi termica. Si raccomanda che la verifica di resistenza sia condotta
nel dominio del tempo:
t
fi,d
≥t
fi,requ
,
(1.1)
o nel dominio delle resistenze:
R
fi,d,t
≥E
fi,d,t
,
(1.2)
o nel dominio delle temperature:
Θ
d
≥ Θ
cr,d
,
(1.3)
nelle quali t
fi,d
è il valore di progetto della resistenza al fuoco, t
fi,requ
è il
tempo di resistenza al fuoco richiesto, R
fi,d,t
è il valore di progetto della
resistenza dell’elemento in caso di incendio al tempo t, E
fi,d,t
è il valore di
progetto degli effetti pertinenti delle azioni in caso di incendio al tempo t, Θ
d
è il volore di progetto della temperatura del materiale e Θ
cr,d
è il valore di
progetto della temperatura critica del materiale.
1.3. Azioni Termiche per l’Analisi della Temperatura
1.3.1. Regole generali
Le azioni termiche sono date dal flusso termico ḣ
net
[W/m
2
] netto sulla superficie
dell’elemento, dovuto al trasferimento di calore non solo per convezione ma anche per
irraggiamento. Per cui si ha:
̇
̇
̇
(1.4)
dove il contributo convettivo è dato dall’espressione seguente:
̇
(
)
(1.5)
Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
6
dove α
c
è il coefficiente di trasferimento di calore per convezione [W/m
2
K], Θ
g
è la
temperatura del gas in vicinanza dell’elemento esposto al fuoco [°C] e Θ
m
è la temperatura
superficiale dell’elemento [°C].
viene raccomandato che sulla faccia non esposta di elementi di separazione il flusso
termico netto sia determinato utilizzando l’equazione (1,4) con α
c
pari a 4 W/m
2
K.
Il coefficiente di trasferimento di calore per convezione deve essere pari a 9 W/m
2
K
qualora si considerino compresi in essi gli effetti del trasferimento del calore per
irraggiamento.
La componente netta del flusso termico per irraggiamento per unità di superficie è
determinata nella forma:
(
)
(
)
⁄ (1.6)
dove Ф è il fattore di configurazione che può essere assunto pari a 1 in assenza di dati
specifici oppure inferiore all’unità per includere nell’analisi gli effetti dovuti a schermatura
o posizione; ε
m
è l’emissività superficiale dell’elemento, la quale può essere assunta pari a
0,8 se non diversamente specificato nelle parti degli eurocodici dedicate alle proprietà di
progettazione antincendio dei materiali; ε
f
è l’emissività del fuoco che viene assunta in
generale pari a 1; ζ è la costante di Stephan – Boltzann che vale 5.67·10
-8
W/m
2
K
4
; Θ
r
è la
temperatura effettiva di
irraggiamento della zona incendiata [°C] e Θ
m
è la temperatura
superficiale dell’elemento [°C].
Nel caso di elementi completamente avvolti dalle fiamme la temperatura d’irraggiamento
Θ
r
può essere definita pari alla temperatura dei gas Θ
g
presente in prossimità
dell’elemento; la temperatura superficiale Θ
m
deriva dall’analisi termica condotta in
accordo ai procedimenti di progettazione antincendio contenuti nelle parti 1-2 dalla EN
1992 alla EN 1996 e della EN 1999.
Infine, la temperatura dei gas Θ
g
può essere determinata con riferimento alla curva
nominale temperatura-tempo o utilizzando un modello di fuoco naturale.
1.3.2. Approccio basato su Regole Prescrittive – Curve temperatura-tempo
nominali
In riferimento all’approccio progettuale di tipo prescrittivo a livello di azioni (Fig. 1.1), la
EN 1991-1-2 fornisce le seguenti 3 curve temperatura-tempo di carattere nominale (Fig.
1.2), le quali sono coincidenti con quelle indicate dai Documenti Tecnici CNR, il D.M.
14/0972005, il D.M. 14/01/2008, la UNI En 1363-1 “Prove di resistenza al fuoco –
Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
7
Requisiti generali”, e dalla UNI EN 1363-2 “Prove di resistenza al fuoco – Procedure
alternative ed aggiuntive”:
1. Curva temperatura-tempo normalizzata
La curva temperatura-tempo normalizzata è fornita dall’espressione:
Θ
g
= 20+345·log
10
(8t+1) [°C] (1.7)
In cui Θ
g
è la temperatura del gas all’interno del compartimento antincendio [°C] e t è il
tempo [min].
Il coefficiente di trasferimento di calore per convezione α
c
è assunto pari a 25 W/m
2
K.
2. Curva temperatura-tempo dell’incendio esterno
La curva di riscaldamento dell’incendio esterno è data dall’espressione:
(
)
(1.8)
In cui Θ
g
è la temperatura del gas all’interno del compartimento antincendio [°C] e t è il
tempo [min].
Il coefficiente di trasferimento di calore per convezione α
c
è assunto pari a 25 W/m
2
K.
3. Curva degli idrocarburi
La curva di riscaldamento relativa all’incendio di idrocarburi è data dall’espressione:
(
)
(1.9)
In cui Θ
g
è la temperatura del gas all’interno del compartimento antincendio [°C] e t è il
tempo [min].
Il coefficiente di trasferimento di calore per convezione α
c
è assunto pari a 50 W/m
2
K.
Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
8
Fig. 1.2: Curve temperatura-tempo nominali.
Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
9
1.3.3 Approccio su base Prestazionale – Modelli di fuoco naturale
In riferimento all’approccio progettuale di tipo prestazionale (Fig. 1.1) della EN 1991-1-2,
si possono utilizzare alternativamente modelli di fuoco semplificati oppure avanzati, i quali
vengono definiti nei paragrafi seguenti.
1.3.3.1 Modelli di fuoco semplificati
1.3.3.1.1 Generalità
I modelli di fuoco semplici sono basati su specifici parametri fisici con un limitato campo
di applicazione. Nel caso di incendi limitati al compartimento si assume in quest’ultimo
una temperatura uniforme, quale funzione del tempo, a differenza del caso di incendi
localizzati.si raccomanda inoltre che quando s’impiegano tali modelli di fuoco semplificati
il coefficiente di trasferimento di calore per convezione α
c
sia assunto pari a 35 W/m
2
K.
L’adozione di modelli di fuoco semplificati per incendi contenuti in un compartimento è
imprescindibile dalla definizione della curva temperatura-tempo parametrica e dal carico di
incendio specifico.
1.3.3.1.2 Carico d’incendio specifico
Nell’Appendice E (di tipo informativo) della EN 1992-1-2 viene raccomandata che la
densità di incendio usata nei calcoli sia un valore di progetto, basato sulle misurazioni o, in
casi speciali, sulle prescrizioni di resistenza al fuoco indicate nei regolamenti nazionali.
Il valore di progetto può essere determinato a partire da una classificazione nazionale dei
carichi d’incendio in base all’utilizzo e/o, specificatamente per un progetto singolo,
attraverso una ricognizione dei carichi d’incendio.
Esso viene calcolato nel modo seguente:
(1.10)
dove m è il fattore di combustione il quale deve essere valutato in relazione all’uso e al tipo
di carico di incendio o in alternativa, in presenza di materiali principalmente cellulosi,
assunto pari a 0.8; δ
q1
è il fattore che tiene conto del rischio di attivazione del fuoco in
relazione alla dimensione del compartimento (Tab. 1.1); δ
q2
è il fattore che tiene conto del
rischio di attivazione del fuoco in relazione al tipo di utilizzo (Tab. 1.2); δ
n
dato dalla
(1.11) che segue:
∏
(1.11)
Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
10
è il fattore che tiene conto delle differenti misure di spegnimento dell’incendio i-esime
(sprinkler, sensori, allarmi, squadre antincendio, ecc.) i cui contributi δ
ni
sono indicati nella
Tab.1.3; q
f,k
è il carico di incendio specifico caratteristico per unità di area in pianta
[MJ/m
2
].
Area in pianta del
compartimento A
f
[m
2
]
Pericolo di attivazione dell'incendio
δ
q1
25 1,10
250 1,50
2500 1,90
5000 2,00
10000 2,13
Tab. 1.1: Fattore δ
q1.
Pericolo di attivazione
dell'incendio δ
q2
Esempi di utilizzi
0,78 Gallerie d'arte, musei, piscine
1,00
Uffici, residenze, alberghi, industria
cartaria
1,22 Stabilimenti di macchinari e motori
1,44
Laboratori chimici, officine di
verniciatura
1,66
Stabilimenti di fuochi di artificio o
vernici
Tab. 1.2: Fattore δ q2.
Tab. 1.3: Fattore δ ni.
Con riferimento alle misure di protezione dall’incendio che si raccomanda siano sempre
presenti, come per esempio le vie d’accesso (passive), le attrezzature di spegnimento
(attiva) e i sistemi d’estrazione dei fumi (attiva), si richiede che il valore che i relativi
Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
11
valori di δ
ni
della Tab. 1.3 siano assunti pari a 1.0. tuttavia, se dette misure di spegnimento
dell’incendio nono sono previste, si raccomanda che i corrispondenti valori di δ
ni
siano
posti pari a 1,5.
Se i vani scala sono posti in sovrappressione in caso di allarme d’incendio, il fattore δ
n8
può essere assunto pari a 0.9.
L’approccio fin qui descritto è basato sull’assunzione che i requisiti delle norme europee
relative agli sprinkler, segnalatori, allarmi, sistemi d’estrazione di fumi, siano soddisfatti.
Per la valutazione del carico di incendio specifico caratteristico q
f,k
, è possibile seguire in
alternativa una procedura analitica, la quale prevede la valutazione della massa e del
potere calorifero del materiale combustibile, oppure una procedura per la classificazione a
seconda della destinazione d’uso del compartimento.
Per quanto concerne la procedura analitica la EN 1992-1-2 raccomanda cheil carico di
incendio comprenda tutto il contenuto combustibile dell’edificio e tutte le parti rilevanti
della costruzione che possono bruciare, compresi gli impianti e le finiture, mentre le parti
combustibili che non si carbonizzano durante l’incendio non devono essere tenute in conto.
Il carico di incendio caratteristico è definito pertanto nella seguente forma:
∑
∑
(1.12)
In cui M
k,i
è la massa del materiale combustibile [Kg], H
ui
è il potere calorifico netto (Tab.
1.4, Tab. 1.5 e Tab. 1.6) [MJ/kg] e ψ
i
è il fattore opzionale per stimare carichi d’incendio
con protezioni.
Il carico d’incendio specifico caratteristico q
f,k
per unità di area è definito come:
⁄
(1.13)
dove A è l’area in pianta (A
f
) del compartimento o dello spazio di riferimento, oppure
l’area della superficie interna del compartimento stesso (A
t
); nel primo caso si ottiene q
f,k
,
nel secondo q
f,t
.
viene raccomandato che i carichi d’incendio permanenti, che non ci si attende subiscono
variazioni nel corso della vita di esercizio della struttura, siano introdotti con il loro valore
atteso risultante da una analisi di dettaglio, e che i carichi d’incendio variabili, che possono
modificarsi nello stesso periodo di riferimento, siano rappresentati da valori che ci si
attende non siano superati per l’80% della vita utile dell’edificio.
Inoltre, non occorre considerare nel calcolo i carichi di incendio relativi a materiali situati i
contenitori che sono progettati per sopravvivere all’esposizione al fuoco, mentre per quelli
in contenitori non progettati a tale fine, ma che rimangono intatti per tutto il tempo di
Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
12
esposizione, possono essere messi in conto nel seguente modo: il massimo carico
d’incendio con un limite inferiore del 10% di quello protetto, è associato a un fattore di
protezione ψ
i
pari a1.0; se questo carico di incendio sommato a quello non protetto non è
sufficiente a riscaldare il restante carico di incendio protetto al di là della temperatura di
accensione, allora al restante carico d’incendio protetto può essere associato un fattore ψ
i
uguale a 0.0;in alternativa occorre definire singolarmente i valori di ψ
i
.
Infine, il contenuto di umidità dei materiali può essere tenuto in conto come segue:
( ) (1.14)
In cui u è il contenuto d’umidità espresso come percentuale rispetto al peso secco e H
u0
è il
potere calorifico netto del materiale secco.
Solidi
Potere calorifico netto H
u
[MJ/kg]
Legno 17.5
Altri materiali cellulosi
- Vestiti
- Sughero
- Cotone 20
- Carta, cartone
- Seta
- Paglia
- Lana
Carbonio
- Antracite
-Carbone di legna 30
- Carbone
Tab. 1.4: Poteri calorifici netti dei materiali solidi per il calcolo dei carichi di incendio
Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
13
Prodotti chimici
Potere calorifico netto H
u
[MJ/kg]
Paraffine
- Metano
- Etano 50
- Propano
- Butano
Olefine
- Etilene
-Proplilene 45
- Butene
Composti aromatici
- Benzene 40
- Toluene
Alcol
- Metanolo
- Etanolo 30
-Alcol etilitico
Combustibili
- Benzina, petrolio 45
- Gasolio
Plastiche da idrocarburi puri
- Polietilene
- Polistirene 40
- Polipropilene
Tab. 1.5: Poteri calorifici netti dei prodotti chimici per il calcolo dei carichi di incendio.
Altri prodotti
Potere calorifico netto H
u
[MJ/kg]
ABS(plastica) 35
Poliestere(plastica) 30
Poliisocianurato e poliuretano(plastica) 25
Policloruro di vinile, PVC(plastica) 20
Bitume, asfalto 40
Pelle 20
Linoleum 20
Pneumatici 30
Tab. 1.6: Poteri calorifici netti di prodotti non menzionati nelle precedenti tabelle per il calcolo dei carichi di incendio.
Per quanto riguarda invece la procedura per la classificazione a seconda della destinazione
d’uso, la EN 1991-1-2 propone i valori indicati nella Tab. 1.7 relativi al carico incendio
specifico medio q
f,m
e a quello caratteristico q
f,k
corrispondente all’80-esimo percentile,
avendo fatto riferimento alla distribuzione statistica di Gumbel. Tali valori possono essere
Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2
14
ritenuti attendibili solo qualora il fattore δ
q2
è uguale a 1.0, e solo per compartimenti
antincendio ordinari in relazione alla destinazione d’uso indicata nella stessa Tab. 1.7,
infatti viene indicato che per volumi speciali si debba utilizzare la trattazione
precedentemente descritta relativa ai carichi di incendio protetti.
Destinazione d'uso
Carico di
incendio specifico
medio q
f,m
[MJ/m
2
]
Carico di incendio
specifico medio
q
f,m
[MJ/m
2
]
Alloggio 780 948
Ospedale (stanza) 230 280
Albergo (stanza) 310 377
Biblioteca
1500 1824
Ufficio 420 511
Classe di una scuola 285 347
Centro commerciale 600 730
Teatro (cinema) 300 365
Trasporti (spazio pubblico) 100 122
Tab. 1.7: Densità di carico d’incendio specifico medio e caratteristico (80-esimo percentile) per differenti destinazioni d’uso.
Ai valori sopraindicati devono essere sommati le densità di carico di incendio relativi alla
costruzione stessa (elementi costruttivi, impianti, finiture, ecc.) i quali possono essere
determinati tramite la procedura analitica sopra descritta.
Sempre nell’ambito della procedura per classificazione è possibile effettuare una
valutazione individuale delle densità di carico di incendio, per un singolo progetto ad
esempio, effettuando una ricognizione dei carichi d’incendio presenti in relazione all’uso
previsto. In tal caso, viene raccomandato che sia condotta anche una ricognizione in
progetti simili già realizzati, di modo che in sede di commessa sia necessario specificare
soltanto le differenze rispetto al progetto in esame. Infine, si raccomanda che i carichi di
incendio e la loro disposizione locale siano valutati considerando l’impiego previsto, le
installazioni e gli arredi, le variazioni nel tempo, le situazioni più favorevoli e le possibili
modifiche della destinazione d’uso.
Ricevi informazioni sui nostri servizi, sulle offerte e non perdere news e consigli su università e lavoro.
