Le azioni eccezionali: l’incendio

Nella maggior parte dei casi concreti, le azioni finora analizzate risultano sufficienti per la valutazione del comportamento strutturale di strutture nuove o esistenti, quando i requisiti ad esse richiesti sono legati al raggiungimento degli stati limite precedentemente descritti. Viceversa, qualora una costruzione debba essere destinata ad ospitare attività che presentano ulteriori fonti di rischio che possano compromettere la stabilità strutturale, il processo di progettazione dovrà essere integrato per tener conto delle azioni eccezionali definite dalla norma. Tra queste, rientrano anche le conseguenze derivanti dall’esposizione degli elementi costruttivi al calore generato dagli incendi, definite dagli eurocodici come accidental design

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situations. Condizioni di questo tipo sono associate al raggiungimento di uno stato limite ultimo, che può essere rappresentativo di un collasso derivante da una perdita di stabilità di una parte o dell’intera costruzione, da rotture locali dovute a deformazioni elevate, dalla formazione di cinematismi o dalla rottura di interi elementi strutturali²⁵. Le Norme Tecniche per le Costruzioni definiscono la sicurezza antincendio come la “capacità di garantire le prestazioni strutturali previste in caso d’incendio, per un periodo richiesto”²⁶, facendo ovviamente riferimento alla sola sicurezza in ambito strutturale, già richiamata dalle regole tecniche di prevenzione incendi e meglio nota come resistenza al fuoco degli elementi costruttivi. In circostanze simili, i carichi da considerare sono dettati dalla “combinazione eccezionale, impiegata per gli stati limite ultimi associati ad azioni eccezionali”²⁷, che presenta la seguente forma:

: : < >_? >_? …

dove i termini G1, G2, Qki, P, Ψ2j rappresentano le grandezze già enunciate in precedenza, mentre con il termine Ad si indica l’azione eccezionale di progetto. In tale contesto, gli eurocodici propongono una semplificazione che, nell’ambito della ricerca delle azioni di progetto, permette di valutare rapidamente le azioni agenti sulle costruzioni in condizioni eccezionali, applicando un coefficiente riduttivo  alla combinazione valutata per lo Stato Limite Ultimo. Le seguenti relazioni descrivono le modalità di utilizzo dli coefficiente  e le modalità per la sua valutazione analitica o grafica (Figura 2.4).

Figura 2.4 – Variazione del fattore di riduzione con il rapporto Qk,1/Gk

25 Nigro, Posturino, Cefarelli, Princi (2009) – Progettazione di strutture in acciaio e composte acciaio-calcestruzzo in caso di incendio secondo gli eurocodici e le Norme Tecniche per le costruzioni – Hoepli, Milano

26 § 2.1. Principi fondamentali – Allegato al DM 17 gennaio 2018 – Norme Tecniche per le Costruzioni

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7 _, =  7 ,  = ^Z[\ ]^_ =[`

ab 9[\ acd ]e,d =[d

L’inserimento del termine Ad nella relazione fornita dalla norma permette di considerare l’azione termica indiretta, con la quale si indicano quelle azioni aggiuntive che possono nascere a causa delle dilatazioni termiche indotte dall’incendio e delle interazioni tra gli elementi della struttura. Mentre nella progettazione eseguita a temperatura ordinaria la capacità portante di un elemento può essere compromessa solo a causa di un incremento delle azioni gravanti su di esso, in caso di incendio bisogna anche tenere presente che le dilatazioni termiche contrastate possono indurre stati tensionali non previsti negli elementi strutturali e che la resistenza dei materiali si riduce con le elevate temperature. Inoltre, i coefficienti di sicurezza impiegati sono bassi, data la natura eccezionale degli incendi, comportando azioni di progetto agenti inferiori rispetto a quelle considerate nella combinazione fondamentale agli stati limite ultimi. In un simile contesto entra in gioco l’abilità del progettista, che è chiamato a predisporre un’organizzazione del sistema strutturale, tale da essere in grado di ripartire le azioni agli elementi attigui, qualora un elemento o una porzione di struttura subisca un danneggiamento. A tal riguardo, un valido esempio è rappresentato dai sistemi strutturali continui, che beneficiano del vantaggio di avere, in quanto iperstatici, delle riserve plastiche aggiuntive rispetto ai sistemi isostatici e che sono in genere caratterizzati da una resistenza al fuoco più elevata. L’iperstaticità assicura infatti che con la formazione di una cerniera plastica la struttura venga declassata e si trasformi in un’isostatica, per cui non degenera in un meccanismo labile che preclude il collasso, ma si riconduce a una struttura meno vincolata, ancora capace di sostenere le azioni agenti su di essa.

Le azioni indirette legate al verificarsi degli incendi racchiudono dei fenomeni di rilevante importanza che il legislatore obbliga a considerare, ad eccezione di quei casi in cui sia accertato che la presenza di tali azioni possa essere ritenuta trascurabile o a favore di sicurezza. In particolare, la presenza di tali azioni non risulta fondamentale per gli elementi adiacenti a quello oggetto di verifica, quando i requisiti di sicurezza in caso di incendio si riferiscono ad elementi in condizioni di incendio normalizzato²⁸. Viceversa, qualora l’approccio utilizzato sia quello di tipo prestazionale definito nel capitolo 1, appare evidente che le azioni in questione debbano essere prese in considerazione per consentire di valutare nel dettaglio il comportamento strutturale in termini di deformazioni e spostamenti nel tempo. In ogni caso, per una corretta stima delle azioni rappresentate dal termine accidentale presente nella combinazione di carico omonima il legislatore raccomanda che siano inclusi almeno i gradienti termici all’interno delle sezioni trasversali che danno luogo a tensioni di coazione, la differente espansione termica di elementi staticamente indeterminati, come nel caso di solette continue, le espansioni termiche

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contrastate degli elementi sottoposti a verifica, quelle degli elementi adiacenti e quelle di elementi che sollecitano altri elementi posti al di fuori del compartimento antincendio²⁹.