2.6 ASPETTI NORMATIVI
2.6.2 RICHIESTE DI PRESTAZIONE
Le prestazioni richieste alle strutture di una costruzione, in funzione degli obiettivi di sicurezza, sono individuate, come di seguito, in termini di livello (NTC08, 2008):
Livello I - Nessun requisito specifico di resistenza al fuoco dove le conseguenze della perdita dei requisiti stessi siano accettabili o dove il rischio di incendio sia trascurabile.
Livello II - Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo sufficiente all’evacuazione degli occupanti in luogo sicuro all’esterno della costruzione.
Livello III - Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo congruo con la gestione dell’emergenza.
Livello IV - Requisiti di resistenza al fuoco tali da garantire, dopo la fine dell’incendio, un limitato danneggiamento della costruzione.
Livello V - Requisiti di resistenza al fuoco tali da garantire, dopo la fine dell’incendio, il mantenimento della totale funzionalità della costruzione stessa. I livelli di prestazione comportano l’adozione di differenti classi di resistenza al fuoco. Le classi di resistenza al fuoco sono le seguenti: 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240, 360. Esse sono di volta in volta precedute dai simboli indicanti i requisiti che devono essere garantiti, per l’intervallo di tempo descritto, dagli elementi costruttivi portanti e/o separanti che compongono la costruzione. Tali requisiti, individuati sulla base di una valutazione del rischio d’incendio, sono rappresentati con i simboli elencati nelle decisioni della Commissione dell’Unione Europea 2000/367/CE del 3 maggio 2000 e 2003/629/CE del 27 agosto 2003.
Il livello I non è ammesso per le costruzioni che ricadono nel campo di applicazione del D.M. 09-03-2007. Il livello di prestazione II può ritenersi adeguato per costruzioni fino a due piani fuori terra ed un piano interrato, isolate (eventualmente adiacenti ad altre purché strutturalmente e funzionalmente separate) destinate ad un’unica attività non aperta al pubblico e ai relativi impianti tecnologici di servizio e depositi, ove si verificano tutte le seguenti ulteriori condizioni:
le dimensioni della costruzione siano tali da garantire l’esodo in sicurezza degli occupanti;
gli eventuali crolli totali o parziali della costruzione non arrechino danni ad altre costruzioni;
gli eventuali crolli totali o parziali della costruzione non compromettano l’efficacia degli elementi di compartimentazione e di impianti di protezione attiva che proteggono altre costruzioni;
il massimo affollamento complessivo della costruzione non superi 100 persone e la densità di affollamento media non sia superiore a 0.2 persone/m2;
la costruzione non sia adibita ad attività che prevedono posti letto;
la costruzione non sia adibita ad attività specificamente destinate a malati, anziani, bambini o a persone con ridotte o impedite capacità motorie, sensoriali o cognitive.
Le classi di resistenza al fuoco necessarie per garantire il livello di prestazione II sono le seguenti, indipendentemente dal valore assunto dal carico d’incendio specifico di progetto: R30 per costruzioni ad un piano fuori terra (senza interrati) e R60 per costruzioni fino a due piani fuori terra e un piano interrato. Sono consentite classi inferiori a quelle precedentemente indicate se compatibili con il livello di prestazione III.
Il livello di prestazione III può ritenersi adeguato per tutte le costruzioni rientranti nel campo di applicazione del D.M. 09-03-2007 fatte salve quelle per le quali sono richiesti i livelli IV e V. Le classi di resistenza al fuoco necessarie per garantire il livello III sono indicate nella Tabella 2.4 in funzione del carico d’incendio specifico di progetto (qf,d),
definito al § 2.6.1.
I livelli IV o V possono essere oggetto di specifiche richieste del committente o essere previsti dai capitolati tecnici di progetto. I livelli di prestazione IV e V possono altresì essere richiesti dall’autorità competente per costruzioni destinate ad attività di particolare importanza.
Tabella 2.4 – Classi di resistenza al fuoco per il livello di prestazione III (NTC08, 2008).
Carico d’incendio specifico di progetto qf,d Classe
Non superiore a 100 MJ/m2 R0 Non superiore a 200 MJ/m2 R15 Non superiore a 300 MJ/m2 R20 Non superiore a 450 MJ/m2 R30 Non superiore a 600 MJ/m2 R45 Non superiore a 900 MJ/m2 R60 Non superiore a 1200 MJ/m2 R90 Non superiore a 1800 MJ/m2 R120 Non superiore a 2400 MJ/m2 R180 Superiore a 2400 MJ/m2 R240
pag. 66
CAPITOLO 3
MODELLAZIONE NON LINEARE DELLA RISPOSTA
STRUTTURALE ALL’AZIONE DEL FUOCO
3.1 PREMESSA
Il terzo capitolo è incentrato sugli aspetti principali della modellazione non lineare della risposta strutturale all’azione del fuoco degli elementi strutturali esposti all’incendio. Nello specifico, il capitolo è stato strutturato in due parti; la prima è relativa alla modellazione non lineare degli isolatori elastomerici, mentre nella seconda parte è stata trattata la modellazione non lineare degli elementi in calcestruzzo armato.
Gli isolatori elastomerici ad alto smorzamento (HDRB) e con nucleo di piombo (LRB) presentano un comportamento fortemente anisotropo dovuto alla presenza di materiali con differenti caratteristiche meccaniche e termiche. La loro risposta strutturale all’azione del fuoco è stata studiata attraverso una modellazione semplificata (bidimensionale) ed una modellazione avanzata (tridimensionale). In via semplificata, gli effetti della classe di resistenza al fuoco e del grado di ventilazione sono stati studiati attraverso l’applicazione di una formulazione teorica, rappresentata dalla formulazione del problema di conduzione del calore in un cilindro circolare infinito, e mediante la modellazione numerica effettuata con l’ausilio del software agli elementi finiti ABAQUS (2014). L’effettivo comportamento anisotropo dei dispositivi è stato studiato attraverso la modellazione tridimensionale, condotta per mezzo del suddetto software, studiando gli effetti della classe di resistenza al fuoco e della fase di raffreddamento.
Inoltre, sono stati elaborati degli approcci semplificati per l’analisi, durante l’incendio e a fine incendio, degli isolatori elastomerici danneggiati dall’azione del fuoco. Per gli elementi della sovrastruttura in calcestruzzo armato, invece, è stata considerata l’ipotesi di poter assumere la distribuzione di temperatura interna uguale in tutte le sezioni trasversali; di conseguenza, il problema di determinare il campo termico è stato studiato in campo bidimensionale, traendo evidenti vantaggi in termini di rapidità di calcolo, per mezzo dei software PRO_VLIM (2013) e ABAQUS (2014).
Nella modellazione non lineare delle sezioni in c.a. si è tenuto conto di diversi aspetti; il principale tra questi, che governa il tipo di esposizione all’incendio, è rappresentato dalla posizione in pianta e in elevazione dell’elemento strutturale in c.a.. Ad esempio, un elemento di bordo risulta esposto su un solo lato, mentre un elemento interno risulta esposto su tutto il bordo (o su gran parte di esso); inoltre, la sezione trasversale di un elemento dell’ultimo livello di una struttura ha delle dimensioni minori in confronto a quella di un elemento del primo livello della stessa. Tuttavia, ci si aspetta di osservare un comportamento differente sia in termini di degrado che di propagazione del calore. Ulteriori aspetti di cui si è tenuto conto sono rappresentati dagli effetti della classe di resistenza al fuoco, del grado di ventilazione e della fase di raffreddamento.
Infine, sono stati definiti i metodi semplificati, disponibili in letteratura, ed avanzati, proposti, per l’analisi delle sezioni in c.a. danneggiate dall’azione del fuoco.