Indice Introduzione ............................................................................................................................................... 1 1.

(1)

Comportamento all’Incendio di Pareti in Muratura: Aspetti Teorici, Normativi e Sperimentali

I

Indice

Introduzione ... 1

1. Azioni sulle Strutture Esposte al Fuoco – EN 1991-1-2 ... 3

1.1. Introduzione ... 3

1.2. Procedimenti per la progettazione strutturale in caso di incendio ... 4

1.3. Azioni Termiche per l’Analisi della Temperatura ... 6

1.3.1 Regole generali ... 6

1.3.2 Approccio basato su Regole Prescrittive - Curve temperatura-tempo nominali ... 7

1.3.3 Approccio su base Prestazionale - Modelli di fuoco naturali ... 8

1.3.3.1 Modelli di fuoco semplificati ... 8

1.3.3.1.1 Generalità ... 8

1.3.3.1.2 Carico d’incendio specifico ... 9

1.3.3.1.3 Curve temperatura-tempo parametriche ... 15

1.3.3.1.4 Azioni termiche su elementi esterni ed Effetti della ventilazione ... 18

1.3.3.1.5 Considerazioni sulla velocità di rilascio di calore Q ... 26

1.3.3.1.6 Determinazione analitica del fattore di configurazione Φ ... 27

1.3.3.1.7 Incendi localizzati ... 32

1.3.3.2 Modelli di foco avanzati (Cenni) ... 35

1.3.3.2.1 Modelli a una zona ... 35

1.3.3.2.2 Modelli a due zone... 37

1.3.3.2.3 Modelli di fluidodinamica computazionale ... 37

1.4. Azioni Meccaniche per l’Analisi Strutturale ... 37

1.4.1 Generalità ... 37

1.4.2 Simultaneità delle azioni ... 38

1.4.3 Regole di combinazione delle azioni ... 38

1.4.3.1 Regola generale ... 38

1.4.3.2 Regole semplificate ... 39

1.4.3.3 Livello di carico ... 39

1.5. Un metodo di calcolo semplificato: Determinazione del Tempo Equivalente di Esposizione al Fuoco ... 40

2. Progetto delle Strutture in Muratura esposte all’Incendio – EN 1996-1-2 ...42

2.2. Il concetto di resistenza al fuoco nelle strutture murarie ... 42

2.3. Prestazioni richieste ... 44

(2)

II

Marco Andreini

2.3.3 Esposizione all’incendio parametrico ... 45

2.4. Valori di progetto delle proprietà dei materiali ... 45

2.5. Metodi di analisi e di verifica ... 47

2.5.2 Analisi degli elementi strutturali ... 48

2.5.3 Analisi di parte di struttura ... 49

2.5.4 Analisi globale della struttura ... 50

2.6. Procedure di progettazione per ottenere la resistenza all’incendio delle pareti in muratura ... 50

2.6.1 Indicazioni generali ... 50

2.6.1.1 Funzioni degli elementi strutturali in muratura ... 50

2.6.1.2 Muri a cassa vuota e Muri a due paramenti indipendenti non legati ... 51

2.6.1.3 Finiture superficiali ... 53

2.6.1.4 Indicazioni addizionali ... 54

2.6.2 Metodo di verifica basato su indagini sperimentali ... 54

2.6.3 Metodo di verifica basato su dati tabellari ... 55

2.6.3.1 Muratura con blocchi di laterizio (conformi alla EN 771-1) ... 58

2.6.3.2 Muratura con blocchi di silicato di calcio (conformi alla EN 771-2)... 76

2.6.3.3 Muratura con blocchi di calcestruzzo vibro-compresso ordinario e alleggerito (conformi alla EN 771-3) ... 86

2.6.3.4 Muratura con blocchi di calcestruzzo autoclavato (conformi alla EN 771-4) ... 101

2.6.3.5 Muratura con blocchi di pietra manifatturiera (conformi alla EN 771-5) ... 109

2.6.4 Metodo di verifica tramite calcolo diretto semplificato ... 110

2.6.5 Metodo di verifica tramite calcolo diretto avanzato ... 119

2.6.5.1 Introduzione ... 119

2.6.5.2 Analisi termiche ... 119

2.6.5.3 Analisi meccaniche... 122

2.7. Dettagli costruttivi ... 126

2.7.1 Connessioni tra elementi strutturali ... 126

2.7.2 Opere di finitura e impianti ... 130

3. Le esperienze della iBMB ... 132

3.1.1 Ragioni e obiettivi ... 132

3.1.2 Attività svolte ... 132

3.2. Tecniche e metodi di calcolo di riferimento per le esperienze svolte ... 133

3.2.2 Basi di verifica a temperatura ambiente ... 134

3.2.2.1 Generalità ... 134

3.2.2.2 Resistenza a compressione della muratura ... 135

3.2.2.3 Resistenza a trazione della muratura (DIN 1052-2) ... 136

(3)

III

3.2.2.3.2 Resistenza a trazione in direzione parallela al piano dei giunti di malta ... 136

3.2.2.4 Resistenza a taglio ... 138

3.2.2.5 Curve tensione – deformazione della muratura ... 139

3.2.2.6 Proprietà fisiche dei materiali ... 142

3.2.2.6.1 Densità ... 142

3.2.2.6.2 Conducibilità termica ... 143

3.2.3 Basi di analisi e verifica alle alte temperature ... 145

3.2.3.1 Generalità ... 145

3.2.3.2 Conoscenze di base sul comportamento dei materiali alle alte temperature ... 146

3.2.3.2.1 Calcestruzzo autoclavato (conforme alla DIN 4165) ... 146

3.2.3.2.2 Calcestruzzo alleggerito vibro-compresso (conforme alle DIN 18151 e DIN 18152) . 147 3.2.3.2.3 Calcestruzzo ordinario vibro-compresso (conforme alle DIN 18153) ... 147

3.2.3.2.4 Laterizio (conforme alla DIN 105) ... 148

3.2.3.2.5 Silicato di calcio (conforme alla DIN 106) ... 149

3.2.3.3 Fondamenti di calcolo della resistenza all’incendio secondo la DIN 4102-4 ... 149

3.2.3.4 Informazioni mancanti sulla valutazione sistematica del comportamento al fuoco della muratura ... 150

3.2.4 Conclusioni sui parametri di influenza ... 151

3.3. Proprietà termiche dei materiali alle alte temperature ... 153

3.3.1 Informazioni generali ... 153

3.3.2 Fondamenti di trasmissione del calore prodotto dall’incendio ... 153

3.4. Caratterizzazione meccanica dei materiali alle alte temperature ... 154

3.4.2 Metodologia di prova ... 154

3.4.2.1 Curve tensione – deformazione ... 155

3.4.2.2 Dilatazione termica εth e deformazione totale εW ... 156

3.4.3 Risultati delle prove condotte ... 156

3.4.3.1 Blocchi ... 156

3.4.3.1.1 Calcestruzzo autoclavato ... 156

3.4.3.1.2 Silicato di calcio ... 159

3.4.3.1.3 Calcestruzzo alleggerito vibro-compresso ... 161

3.4.3.1.4 Laterizio ... 163

3.4.3.2 Malta ... 165

3.4.3.2.1 Malta alleggerita ... 165

3.4.3.2.2 Malta di composizione generica ... 166

3.4.4 Analisi comparative e conclusioni ... 167

3.5. Comportamento delle sezioni di elementi murari alle alte temperature ... 169

3.5.1 Aspetti generali ... 169

3.5.2 Indagini preliminari ... 170

3.5.2.1 Dilatazione termica εth ... 170

3.5.2.2 Deformazione totale εW ... 170

(4)

IV

Marco Andreini

3.5.3.1 Sezioni di elementi murari con blocchi di calcestruzzo autoclavato ... 170

3.5.3.2 Sezioni di elementi murari con blocchi di silicato di calcio ... 173

3.5.3.3 Sezioni di elementi murari con blocchi di calcestruzzo alleggerito vibro-compresso ... 177

3.5.3.4 Sezioni di elementi murari con blocchi di laterizio ... 178

3.5.4 Analisi comparative e conclusioni ... 182

3.5.4.1 Analisi comparative ... 182

3.5.4.2 Conclusioni ... 186

3.6. Sviluppo di un metodo di calcolo diretto del comportamento al fuoco della muratura ... 187

3.6.1 Analisi termiche... 187

3.6.1.1 Aspetti generali ... 187

3.6.1.2 Descrizione del problema ... 189

3.6.1.3 Implementazione delle proprietà dei materiali nel codice di calcolo ... 190

3.6.1.3.1 Muratura di blocchi di calcestruzzo autoclavato ... 191

3.6.1.3.2 Muratura di blocchi di silicato di calcio ... 194

3.6.1.3.3 Muratura di blocchi di calcestruzzo alleggerito (pomice) vibro-compresso ... 197

3.6.1.3.4 Muratura di blocchi di laterizio ... 200

3.6.1.4 Verifiche ... 203

3.6.1.5 Questioni aperte ... 204

3.6.2 Analisi meccaniche ... 204

3.6.2.2 Descrizione del problema ... 206

3.6.2.3 Implementazione delle proprietà dei materiali nel codice di calcolo ... 207

3.6.2.3.1 Principi generali ... 207

3.6.2.3.2 Calcestruzzo autoclavato ... 207

3.6.2.3.3 Silicato di calcio ... 214

3.6.2.3.4 Calcestruzzo alleggerito vibro-compresso ... 218

3.6.2.3.5 Laterizio ... 221

3.6.2.3.6 Malta alleggerita ... 223

3.6.2.4 Verifiche ... 227

3.6.2.5 Questioni aperte ... 227

3.7. Sviluppo di un metodo di calcolo approssimato della resistenza all’incendio di elementi in muratura ... 228

3.7.1 Descrizione della procedura ... 228

3.7.1.2 Calcestruzzo autoclavato ... 230

3.7.1.3 Silicato di calcio ... 233

3.7.1.4 Calcestruzzo alleggerito con pomice vibro-compresso ... 236

3.7.1.5 Laterizio ... 237

3.7.2 Verifiche di attendibilità del metodo di calcolo diretto semplificato ... 238

4 Le esperienze condotte dal Corpo Nazionale dei VVF ... 239

(5)

V

4.2 Simboli ed acronimi ... 239

4.3 Prova di compressione ... 240

4.3.2 Strumentazione utilizzata ... 240

4.3.3 Procedura di prova a compressione ... 241

4.3.4 Calibrazione pressa ... 243

4.3.5 Verifica Calibrazione pressa ... 243

4.3.6 Procedura per la Caratterizzazione Meccanica a Freddo ... 243

4.3.7 Caratterizzazione Transitorio Termico ... 244

4.3.8 Procedura per la Caratterizzazione Meccanica a Caldo ... 247

4.4 Descrizione della strumentazione ... 251

4.4.1 LVDT ... 251

4.4.2 Convertitore di segnale ... 251

4.4.3 Generatore di funzioni ... 251

4.4.4 Pressa ... 252

4.4.5 Software di controllo ... 252

4.5 Presentazione dei risultati di prova ... 252

4.5.1 Laterizio (CLAY) ... 253

4.5.2 Calcestruzzo autoclavato aerato (AAC) ... 265

4.5.3 Calcestruzzo alleggerito (LWC) ... 275

4.5.4 Calcestruzzo alleggerito “Lapillo” (LWC-LAP) ... 286

4.5.5 Calcestruzzo alleggerito “Facciavista” (LWC-FV)... 294

4.6 Conclusioni ... 301

5. Le attività di studio al DIC dell’Università di Pisa ... 302

5.2. Analisi termiche preliminari ... 302

5.2.1 Descrizione dei modelli e del tipo di analisi ... 302

5.2.2 Inserimento delle proprietà termiche dei materiali ... 304

5.2.2.3 Laterizio ... 307

5.2.3 Presentazione dei risultati ... 308

5.2.3.3 Laterizio ... 317

5.3. Analisi meccaniche ... 321

5.3.1 Descrizione del modello matematico e ipotesi di base ... 321

5.3.2 Individuazione delle grandezze di influenza e dei parametri geometrici ... 321

5.3.3 Definizione dei campi di rottura e dei domini di interazione ... 323

(6)

VI

Marco Andreini

5.3.3.2 Campo 2 ... 327

5.3.3.3 Campo 3 ... 329

5.3.3.4 Campo 4 ... 331

5.3.3.5 Campo 5 ... 333

5.3.4 Estensione del modello ad un caso particolare ... 334

5.3.5 Applicazioni del modello e presentazione dei risultati ... 335

5.3.5.3 Laterizio ... 349

5.3.6 Proposta per l’implementazione dell’Annesso C della EN 1996-1-2 ... 358

5.3.7 Conclusioni ... 359

5.4. Esempi di applicazione del modello ... 360

5.4.1 Parete portante di una scuola ... 360

5.4.2 Parete portante di un ospedale ... 362

Riferimenti bibliografici ... 365 Riferimenti Normativi ... 366 Norme Nazionali ... 366 UNI EN ... 367 prEN ... 369 DIN ... 370