Costruzioni in acciaio secondo l’approccio ingegneristico di progetto

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L’impostazione …

L’impostazione
prestazionale
delle strutture soggette
a incendio, nell’ottica
del cosiddetto
Performance-Based
Design (PBD), attiene
alla valutazione
del comportamento
meccanico
delle strutture
esposte al fuoco

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  • 1. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:15 Pagina 92 acciaio e metodologia prestazionale incendio, evidenziando i meccanismi ele- tivi globali e requisiti funzionali generali; mentari di risposta strutturale che sono fon- tale livello rende comprensibile qualitati- damentali per ottenere una risposta coeren- vamente cosa si vuole ottenere dall’ope- te e realistica dell’intero sistema. ra strutturale, ed è sviluppata dal Com- Infine si tratterà della modellazione e alla mittente con il supporto e il concerto di fi- discussione dei risultati delle analisi non li- gure tecniche quali Consulenti e Progetti- neari non stazionarie, di uno specifico edifi- sta; la descrizione qualitativa di quello L’impostazione cio reale in acciaio di un certo impegno, og- che si vuole dall’opera è sviluppata attra- prestazionale getto di riabilitazione. verso affermazioni sintetiche (statement) delle strutture soggette di carattere generale, quali, ad esempio: a incendio, nell’ottica Approccio prestazionale del cosiddetto nell’ingegneria strutturale a) la costruzione deve essere funzionale Performance-Based anche in presenza di situazioni am- Design (PBD), attiene Prestazionale è un termine che ha comin- bientali o accidentali estreme, alla valutazione ciato a diffondersi negli Anni Sessanta pro- b) la costruzione deve presentare la mi- del comportamento prio nel campo delle costruzioni soggette a nore interferenza possibile con l’am- meccanico rischio d’incendio. biente circostante, …; in queste defi- delle strutture Successivamente, tale approccio è stato nizioni, devono trovare posto le esi- esposte al fuoco adottato anche ad altre situazioni, in partico- genze di tutti gli interessati alla costru- lare in presenza di azioni sismiche, ed è at- zione (stakeholders), sia espliciti come Costruzioni in acciaio tualmente indicato come Performance-Ba- il Committente, sia impliciti come la sed Design (PBD)1. Società in genere, ad esempio parlan- Generalizzando il problema e facendo rife- do di sostenibilità e riciclabilità; secondo l’approccio rimento alla Figura 1, l’approccio prestazio- nale si presenta come una metodologia ordi- – Livello 2: traduzione dei principi generali nata per lo sviluppo di un progetto, attraver- di progettazione indicati in termini quali- ingegneristico di progetto so l’individuazione dei seguenti successivi li- velli logici. tativi al livello precedente in quantità mi- surabili (performance), individuazione del loro metodo di misura (metrica, ovvero I Prof. Franco Bontempi – Livello 1: individuazione dei principi ge- performance criteria), e scelta dei limiti nerali di progettazione, in termini di obiet- accettabili (performance limits); I Ing. Chiara Crosti – Livello 3: definizione di una soluzione L’ approccio prestazio- le si presenta come una me- progettuale preliminare; nel corso delle nale si presenta come todologia ordinata per lo svi- Franco Bontempi è professore ordinario di Tecnica delle attività progettuali, si ritornerà a questo li- I Prof. Franco Bontempi I Ing. Chiara Crosti una metodologia or- luppo del progetto, attraverso Costruzioni nella Facoltà di Ingegneria dell’Università di vello ogni qualvolta le verifiche prestazio- Roma “La Sapienza”. Si occupa di analisi strutturale e pro- dinata per lo sviluppo dei moderni l’individuazione di successivi livelli logici. nali da svolgere nel livello inferiore risulti- gettazione prestazionale di edifici alti e ponti, coordinando progetti delle costruzioni, e in particolare di Allo stesso tempo esso può rivestire una un gruppo di ricerca tra i più attivi nel settore del calcolo no non soddisfatte; quelle in acciaio particolare importanza in quanto permette al automatico e della modellazione strutturale. – Livello 4: verifica delle capacità presta- L’impostazione prestazionale delle struttu- progettista di operare scelte differenti, in ter- Negli ultimi anni, è stato membro della Commissione per il zionali della soluzione definita al livello re soggette a incendio, nell’ottica del cosid- mini di componenti, per il raggiungimento Testo Unico delle Norme Tecniche delle Costruzioni presso precedente; tale processo può essere il Ministero delle Infrastrutture e del Comitato Scientifico detto Performance-Based Design (PBD), at- dei prescelti livelli prestazionali, garantendo per il Ponte sullo Stretto di Messina. Fa parte della realizzato secondo due approcci, norma- tiene alla valutazione del comportamento un’ottimizzazione del progetto e quindi, in Commissione Tecnica per la Sicurezza delle Costruzioni in ti di conseguenza con differenti codici: meccanico delle strutture esposte al fuoco. particolare, un vantaggio economico, in Acciaio in caso di Incendio. Svolge attività di consulenza per Un progetto moderno delle costruzioni, e un’ottima generale di comprensione del qua- strutture speciali. 1) esplicito o prestazionale: si verifica di- in particolare di quelle di acciaio, deve tene- dro normativo. Chiara Crosti è allieva del Dottorato di Ricerca in Ingegneria rettamente il raggiungimento delle ca- re presente molteplici aspetti legati sia alla Oltre all’inquadramento normativo, vengo- Strutturale presso l’Università di Roma “La Sapienza”, dove pacità prestazionali attraverso modelli funzionalità, sia alla sicurezza sia alla robu- no di seguito presentati gli aspetti fonda- si occupa di analisi strutturale e di progettazione di costru- analitici, modelli fisici, e la combina- stezza. In tal senso, l’approccio prestaziona- mentali dell’analisi strutturale in presenza di zioni soggette ad incendio ed esplosioni. zione delle due tecniche precedenti; 92 antincendio maggio 2008 maggio 2008 antincendio 93
  • 2. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:15 Pagina 94 acciaio e metodologia prestazionale acciaio e metodologia prestazionale zionali: si presuppone che, così facendo, zionali, garantendo un’ottimizzazione del Livello 1 Obiettivi generali dai componenti si ottenga un insieme progetto e quindi, in particolare, un vantag- e requisiti funzionali Qualitativo strutturale soddisfacente; gio economico. – in un codice prestazionale, invece, sono In passato la normativa antincendio era di Livello 2 Requisiti descritti e specificati i requisiti che una tipo essenzialmente prescrittivo, cioè erano prestazionali struttura deve possedere e garantire, di- imposte delle prescrizioni, alle quali occorre- mostrando di ottenere tali requisiti con va attenersi, indipendentemente dal grado di Livello 3 Scelta del livello l’utilizzo di combinazioni diverse di diffe- rischio e dalla natura dell’edificio. di prestazione Quantitativo renti elementi costituenti; è questa intrin- Il nuovo criterio su cui è basato il cosiddet- da garantire seca attenzione alla costruzione nella sua to approccio ingegneristico, che si richiame- Livello 4 totalità che costituisce la cosiddetta vi- rà brevemente nel paragrafo seguente, è in- sione sistemica dell’approccio prestazio- vece di tipo prestazionale, cioè la soluzione nale; secondo tale visione, è più impor- è determinata dal Progettista, che, seguen- Attraverso Attraverso Attraverso Attraverso tante avere una chiara consapevolezza do una rigorosa procedura di valutazione del Modelli analitici Modelli fisici Analitici & Fisici Metodi prescrittivi dell’organizzazione della costruzione di caso e applicando degli standard necessari, fronte ai differenti scenari di contingenza, riproduce una situazione prevedibile in caso Metodi prestazionali Metodi prescrittivi che prestare attenzione a come è fatto un d’incendio e dimostra di raggiungere gli elemento strutturale, che alla fine, pur es- obiettivi di sicurezza fissati. Figura 1 - Struttura formale dell’approccio prestazionale alla progettazione (PBD) sendo singolarmente valido, può non es- sere collocato o funzionare opportuna- Approccio ingegneristico 2) implicito o prescrittivo: si ritiene ade- bile comprendere al meglio il significato pra- mente nella costruzione (si pensi a un’ot- nel caso di strutture soggette guata la costruzione realizzata secondo tico dei quattro livelli di progettazione prima tima porta tagliafuoco che resta aperta). ad incendio regole tecniche specifiche e codificate. descritti: nel livello 1 si sceglie l’obiettivo ge- nerale da garantire; nel livello 2 si localizza A tal riguardo va messo in luce come un L’approccio ingegneristico con il quale si Questo processo di progettazione presta- l’interesse agli elementi solai per i quali si in- approccio prestazionale permetta di operare affronta il problema dell’azione dell’incendio zionale è riferito nella Tabella 1 a un caso ge- dividuano le prestazioni da garantire e i limi- scelte differenti in termini di componenti per sulle strutture è stato codificato nel 1998 con nerale di un edificio. Dalla Tabella 1 è possi- ti oltre i quali le prestazioni non si ritengono il raggiungimento dei prescelti livelli presta- il rapporto tecnico ISO TR 13387 2 , (Fire Sa- più soddisfatte; il livello 3 iden- tifica quali analisi condurre per trovare i risultati richiesti; nel li- Livello 1 L’edificio deve essere funzionale Metodo Prescrittivo Metodo Prestazionale vello 4 si effettua la verifica prestazionale, cioè si controlla L’obiettivo generale è esplicitato nelle sue varie specificità; che i risultati ottenuti dall’ana- ad esempio, a proposito degli orizzontamenti (solai): lisi condotta siano effettiva- mente inferiori ai limiti stabiliti Performance: rigidezza Si specificano: Si definiscono: Livello 2 nel livello 2. In caso negativo, Performance Criteria: frequenza naturale di vibrazione Elementi costituenti Requisiti Prestazionali si modifica lo schema proget- Performance Limits: > 10Hz, per i locali dell’edificio tuale, in altre parole il solaio. aperti al pubblico (flim); A proposito dell’ultimo livello > 5Hz, per gli altri locali(flim); e osservando la Figura 2, si Da ciò si presuppone Da ciò si scelgono l’ottentimento: può affermare che: Scelta di una soluzione progettuale Analisi modale per la Livello 3 determinazione delle frequenze Requisiti Prestazionali Elementi costituenti proprie del solaio – in un codice prescrittivo, i componenti della struttura Verifica della capacità prestazionale f (Hz) < flim (Hz) (elementi costituenti) sono de- Livello 4 Figura 2 - Definizione delle caratteristiche degli elementi costituenti una costruzione se- scritti e specificati, supponen- condo un approccio prescrittivo in confronto alla definizione esplicita dei requisiti strut- do in tal modo, implicitamente turali secondo l’approccio prestazionale un insieme di requisiti presta- Tabella1 - Esempio di approccio prestazionale alla progettazione 94 antincendio maggio 2008 maggio 2008 antincendio 95
  • 3. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:15 Pagina 96 acciaio e metodologia prestazionale acciaio e metodologia prestazionale fety Engineering). Tale approccio consente di tano diverse questioni ed hanno come sco- scegliere assumendosene le individuare le migliori soluzioni per il raggiun- po finale la definizione in maniera univoca e responsabilità tra i modelli di gimento degli obiettivi di sicurezza previsti oggettiva degli scenari di incendio. calcolo che sono disponibili dal legislatore e permette di considerare in Partendo, infatti, dalla identificazione degli nel settore. maniera corretta le varie esigenze funzionali obiettivi di sicurezza è possibile delineare i Anche queste conoscenze, Obiettivi di Sicurezza Livelli di prestazione dell’attività a rischio incendio permettendo corrispondenti livelli di prestazioni e definire quindi, sono soggette all’evo- così di studiare le conseguenze degli incen- così gli scenari di incendio di progetto che luzione tecnologica e presup- di negli edifici e di valutare, prima di realizza- rappresentano il cuore del procedimento in- pongono un costante aggior- re l’opera, l’effetto sulle persone e sulle cose gegneristico. Dall’analisi qualitativa si passa namento del tecnico, una Sicurezza degli occupanti durante tutta la loro permanenza prevista degli incendi considerati. poi all’analisi quantitativa. Questa seconda competenza nell’utilizzo dei nell’edificio Assenza di requisiti specifici Le tecniche del Fire Safety Engineering so- fase è quella in cui si eseguono valutazioni software, e un’approfondita no ampiamente sviluppate e utilizzate in numeriche che sono confrontate con i risul- conoscenza dei fondamenti Sicurezza delle squadre di soccorso Resistenza dell’incendio per un tempo e delle squadre antincendio sufficiente per l’evacuazione molti paesi come il Canada, il Giappone, la tati ottenuti con i livelli di prestazione prima teorici che ne sono alla base. Nuova Zelanda, gli Stati Uniti d’America. Ne- definiti. Sulla base di questo, si definisce La validazione dei modelli di Evitare crolli nell’edificio Non raggiungimento del collasso gli ultimi anni si sono fortemente diffuse an- pertanto il progetto da sottoporre a definitiva calcolo può essere corretta- che in Italia, dove, con il decreto del Ministro approvazione. mente compiuta seguendo Permettere ai componenti e ai sistemi antincendio Limitato danneggiamento dell’Interno 9 maggio 2007, “Direttive per Le valutazioni quantitative di questa se- quanto prescritto nella ISO TR di mantenere la loro funzionalità Mantenimento della totale funzionalità l’attuazione dell’approccio ingegneristico al- conda fase, cui corrisponde la cosiddetta 13387 2 o in opportuni testi Consentire l’eventuale riutilizzazione la sicurezza antincendio”, il panorama nor- verifica prestazionale, possono essere svolte che offrono un’ottima linea della struttura mativo ha finalmente compiuto un passo im- sia manualmente sia mediante programmi guida per la scelta del softwa- portante verso la sua modernizzazione. automatici. Uno degli aspetti più critici ri- re da utilizzare 4. La valutazione tecnica della sicurezza an- guarda proprio la scelta di tali codici di cal- L’ultima fase di questo iter Figura 4 - Relazione tra obiettivi e prestazioni tincendio, secondo quanto prescritto nel colo, che possono riferirsi sia alla valutazio- progettuale riguarda la gestio- D.M. 9 Maggio 2007 3 , è effettuata per fasi ne dello sviluppo dell’incendio e delle sue ne della sicurezza e, in partico- secondo un prestabilito processo di base, il- possibili conseguenze, sia alla valutazione lare, gli adempimenti finalizza- lustrato in Figura 3. delle condizioni di esodo. Sarà quindi il Pro- ti al mantenimento degli impe- Stretta Nella prima fase, i passi da compiere trat- gettista, sulla base delle sue valutazioni, a gni gestionali assunti al mo- Ingegneria genetica mento della presentazione del Trasporto progetto. Il decreto afferma marittimo Impianti a a a nucleari fra le varie parti del sistema 1 Fase 2 Fase 3 Fase che la metodologia prestazio- Ferrovie Tipo di connessione Analisi Qualitativa Analisi Quantitativa nale, basandosi su l’individua- Missione spaziale zione delle misure di protezio- 1 2 Organizzazione del personale ne effettuata su scenari di in- 3 4 Definizione cendio valutati appositamente, Linee di produzione Identificazione e valutazione del progetto Ipotesi di progetto dei pericoli derivanti dall’attività richiede un attento manteni- e catene di montaggio Operazioni Controllo operativo mento di tutti i parametri posti militari Definizione degli obiettivi Scelta del alla base della scelta sia degli Agenzie di sicurezza modello di calcolo Gestione delle modifiche scenari sia dei progetti; da ciò ad obiettivo Agenzie singolo multiobiettivo consegue che è necessaria Lasca Pianificazione di emergenza Individuazione Analisi dei livelli di prestazioni dei risultati l’individuazione di un opportu- Sicurezza delle squadre di soccorso Lineare Non lineare no sistema di gestione della si- Tipo di interazione Controllo delle prestazioni curezza. Questo si basa su fra le varie parti del sistema Scelta degli scenari Individuazione di incendio di progetto del progetto finale uno specifico documento pre- Manutenzione dei sistemi di protezione sentato all’organo di controllo Sommario Tecnico Documentazione Controllo e revisione già dalla fase di approvazione del progetto. Figura 5 - Valutazione della complessità di un sistema in base alla natura delle interazio- Quindi, riassumendo, la pri- ni (lineari/non lineari) e delle connessioni (strette/lasche) fra le varie parti che compon- Figura 3 - Struttura formale dell’approccio prestazionale alla progettazione (PBD) ma fase si conclude con la gono il sistema stesso 8 96 antincendio maggio 2008 maggio 2008 antincendio 97
  • 4. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:15 Pagina 98 acciaio e metodologia prestazionale acciaio e metodologia prestazionale predisposizione di un documento (chiamato che accade in concomitanza di eventi di ori- razioni ricorrenti. La complessità è ritenuta analisi pragmatiche basate sull’individuazio- sommario tecnico), firmato congiuntamente gine antropica definiti come incidenti. E’ me- crescente sia passando da interazioni lineari ne di scenari di rischio secondo giudizi dal Progettista e dal titolare dell’attività, ove rito assoluto del Testo Unitario avere intro- (caratterizzate da proporzionalità e dunque esperti, che trascendono dunque il quadro è sintetizzato il processo seguito per indivi- dotto un capitolo specifico sulle azioni acci- prevedibilità) ad interazioni non lineari, sia delle mere descrizioni statistiche. duare gli scenari di incendio e i livelli di pre- dentali e aver puntualizzato l’importanza di passando da connessioni lasche (ovvero si- Con l’espressione scenario di rischio, in- stazione; nella seconda fase compaiono le condurre verifiche oltre che agli stati limite stemi con parti poco connesse) a connessio- trodotta in Figura 6, si intende, nella maniera valutazioni quantitative degli effetti dell’in- ultimi e di esercizio anche in termini di robu- ni strette. I sistemi che possono rappresen- più generale, una circostanza plausibile e cendio che sono confrontati con i risultati ot- stezza strutturale6, evitando così danni spro- tarsi nel quadrante 3 sono caratterizzati da coerente in cui può realisticamente trovarsi tenuti dal calcolo con i livelli di prestazione porzionati rispetto all’entità delle cause inne- (relativa) semplicità, mentre i sistemi del un’opera strutturale, sia durante la sua vita individuati in precedenza e infine, sulla base scanti. Tali aspetti sono riconfermati nell’at- quadrante 2 sono caratterizzati da massima utile, sia nelle fasi di costruzione e dismissio- di questo confronto, si definisce il progetto tuale D.M. 14/01/2008 8. complessità. Per rendere concreto lo sche- ne. Tale scenario sarà dunque caratterizza- da sottoporre a definitiva approvazione. La progettazione di strutture soggette ad ma di Figura 5, si pensi, nel caso dell’azione to dalla concomitanza di: Attraverso l’approccio ingegneristico, di incendio nell’ottica dell’approccio prestazio- dell’incendio, ai concetti di compartimenta- natura quindi prestazionale, il Progettista rie- nale deve consentire il raggiungimento di zione (connessione fra parti del sistema) e – una determinata configurazione struttura- sce ad individuare per ogni specifico caso le prestabiliti obiettivi di sicurezza ai quali sono alle modalità di propagazione di un incendio le, usuale o transitoria; in quest’ultimo ca- soluzioni che risultano più vantaggiose eco- strettamente collegati altrettanti livelli di pre- (interazione). so, oltre a considerare le fasi di realizza- nomicamente, evitando l’esecuzione di mi- stazione indicati in Figura 4. Appare chiaro come un approccio pura- zione e dismissione dell’opera, devono sure inutili le quali saranno realizzate solo Il Progettista, quindi, è chiamato a una re- mente probabilistico alla sicurezza struttura- essere identificate situazioni di danno ac- dove effettivamente necessarie. sponsabile attribuzione delle prestazioni da le non possa trattare azioni o eventi, come cidentale realisticamente attendibili per garantire. Tale libertà decisionale gli offre quelli accidentali, che sono difficilmente de- l’opera stessa, ponendo la dovuta atten- Incendio come azione accidentale l’opportunità di trovare la soluzione più eco- scrivibili in termini statistici. Simili difficoltà zione anche ai fenomeni di degrado strut- nomica e quella più efficace che evita inter- sono altrimenti ereditate dai metodi che de- turale connessi a processi chimico-fisici, Per la prima volta in Italia, nell’organizza- venti inutili e indiscriminati, come può acca- rivano concettualmente da tale sistema, co- e ai riflessi in termini di organizzazione zione logica del D.M. 14/05/2005 5 , la quali- dere seguendo il criterio prescrittivo. me l’approccio ai coefficienti di sicurezza della struttura; tà della costruzione, in altre parole la sua ca- Bisogna tuttavia puntualizzare che l’appli- parziale della forma semipro- pacità prestazionale, è valutata in presenza di cazione del metodo prestazionale non è babilistica agli stati limite. È Eventi frequenti Eventi rari azioni appartenenti a tre differenti categorie: semplice e immediata come nel caso di ap- utile, dal punto di vista inge- con conseguenze con conseguenze proccio prescrittivo, nel quale il rispetto di gneristico, considerare allora il limitate (HPLC) elevate (LPHC) – azioni ambientali e naturali, agenti sulla determinate prescrizioni e l’interpretazione grafico riportato in Figura 6: costruzione a causa delle sua sola pre- delle disposizioni di sicurezza sono semplici: nel quale sono ordinate in Analisi Analisi senza, quali sisma, vento, temperatura e l’approccio prestazionale richiede, infatti, ascissa situazioni di crescente Qualitativa Pragmatica neve; specifiche conoscenze da parte del profes- complessità, mentre in ordina- Deterministica dello Scenario – azioni antropiche, dovute all’utilizzo della sionista e quindi maggiori complessità nel- ta sono riportati approcci de- di rischio costruzione, quali sovraccarichi variabili l’applicazione. terministici e probabilistici. Si legati alla destinazione d’uso; Per la comprensione del problema della si- rileva l’alternanza delle impo- Impostazione – azioni accidentali, che si presentano in curezza delle costruzioni in presenza di azio- stazioni: la sicurezza di situa- dell’analisi quelle situazioni che si definiscono inci- ni accidentali, è interessante introdurre a zioni semplici è valutata con denti, e che, a differenza dei precedenti questo punto proprio la nozione di comples- analisi deterministiche qualita- due tipi, non sono caratterizzabili con un sità di un generico sistema. tive che però, al crescere della Complessità formalismo statistico ma che non posso- Nella Figura 5 è proposto uno schema no- complessità del problema no essere esclusi dall’accadere verosimil- to in letteratura8 in diverse forme, che consi- strutturale in esame, sono so- mente nella vita della costruzione; nello dera lungo due assi ortogonali quelle che stituite da analisi più raffinate Analisi specifico, si considerano a) incendi, b) possono essere intese come dimensioni del- basate su considerazioni pro- Probabilistica Quantitativa esplosioni, c) urti. la complessità: tali dimensioni sono rappre- babilistiche. Questa tendenza sentate dal tipo di interazioni e dal tipo di s’inverte, all’ulteriore crescere Il Testo Unitario D.M. 14/05/2005 5, classi- connessioni che le varie parti di un sistema della complessità, per tornare Figura 6 - Differenze di impostazione delle verifiche di sicurezza (approccio deter- ficava quindi l’azione incendio come sviluppano fra loro, e permettono di indivi- ad approcci deterministici: si ministico / approccio probabilistico) al crescere della complessità del problema un’azione accidentale, cioè come un’azione duare quattro quadranti contenenti configu- considerano in altre parole strutturale 98 antincendio maggio 2008 maggio 2008 antincendio 99
  • 5. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:15 Pagina 100 acciaio e metodologia prestazionale acciaio e metodologia prestazionale – un definito scenario di carico, ovvero un dentali, è opportuno che la costruzione pos- 2. l’analisi della evoluzione della temperatu- – Nominale: curva adottata per la classifi- insieme organizzato e realistico di azioni, segga un’adeguata robustezza strutturale 6. ra all’interno degli elementi strutturali; cazione delle costruzioni e per le verifiche presenti contemporaneamente sull’ope- Proprio una corretta progettazione orientata 3. l’analisi del comportamento meccanico di resistenza al fuoco di tipo convenzio- ra, la cui configurazione strutturale è sta- alla robustezza è lo strumento operativo da delle strutture esposte al fuoco; nale; tra queste sono note: ta prima identificata; è compito del Pro- utilizzare al fine di ridurre l’impatto delle azio- 4. verifiche di sicurezza. gettista individuare tale insieme di carichi, ni accidentali, e dell’incendio in particolare. – Curva nominale standard, la ISO834, nel definendone le rispettive intensità, anche Entriamo dunque nello specifico di ciascu- caso di incendio di materiali di natura in base alle correlazioni statistiche. Analisi di resistenza al fuoco na delle citate fasi facendo delle considera- prevalentemente cellulosica: zioni a riguardo. In ogni caso, tenendo conto delle specifi- Secondo quanto prescritto nel D.M. T= 20+345 log10 (8t+1) cità delle singole azioni, si deve adottare una 14/05/20055 e nel D.M. 14/01/2008 7 la pro- Individuazione dell’incendio progettazione strutturale orientata all’intero cedura di analisi della resistenza al fuoco si di progetto appropriato alla costruzione dove t è il tempo espresso in minuti sistema resistente, e non solo al dimensio- articola in più passi: e la T viene espressa in °C; namento e alle verifiche dei singoli compo- In tale procedura si tiene in conto di un in- nenti. In particolare, una volta individuati gli 1. l’individuazione dell’incendio di progetto cendio convenzionale di progetto definito at- scenari di contingenza legati ad azioni acci- appropriato alla costruzione; traverso una curva di incendio che rappre- – Curva nominale degli idrocarburi: senta l’andamento, in funzione del tempo, della temperatura dei gas di combustione T= 1080 (1-0,325e-0,167t -0,675e-2,5t )+ 20 nell’intorno della superficie degli elementi strutturali. La curva di incendio di progetto – Curva nominale esterna, nel caso di in- può essere: cendi sviluppatisi all’interno del compar- Figura 7 - Confronto degli andamenti delle curve nominali note in letteratura Figura 8 - Confronto tra l’andamento di una curva nominale e una curva naturale ottenuta con modelli di campo 100 antincendio maggio 2008 maggio 2008 antincendio 101
  • 6. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:16 Pagina 102 acciaio e metodologia prestazionale acciaio e metodologia prestazionale timento ma che coinvolgono strutture po- solvono le equazioni di conservazione centrale che si riscalda molto più lentamen- grammi di calcolo per la modellazione strut- ste all’esterno: all’interno di ciascuno di essi: maggio- te, e quindi tale approssimazione è ben di- turale a elementi finiti consentono, infatti, di re è il numero di elementi, più detta- stante dalla realtà. cogliere l’aspetto termo-plastico dei mate- T=660 (1-0,687e-0.32t -0,313e-3,8t )+20 gliata sarà la soluzione; i risultati sono riali: tra questi, sono particolarmente diffusi tridimensionali e, se comparati con Analisi del comportamento meccanico ANSYS, ADINA, NASTRAN 12. – naturale: curva determinata in base a mo- quelli dei modelli a zone, sono molto delle strutture esposte al fuoco Il metodo attraverso il quale tali codici di delli d’incendio e a parametri fisici che più dettagliati e permettono, infatti, di calcolo determinano i risultati numerici, si definiscono le variabili di stato all’interno predire inoltre la distribuzione del fu- Il comportamento meccanico della struttu- basa su di un procedimento iterativo, ovvero del compartimento; i modelli di incendio mo, il movimento dell’aria e la diffusio- ra è analizzato tenendo conto della riduzione un procedimento che vede l’aggiornamento utilizzati per la valutazione di tali curve ne di sostanze tossiche causate dal- della resistenza meccanica dei componenti al passare del tempo ovvero al variare della sono: l’incendio, dal vento, e dal sistema di dovuta al danneggiamento dei materiali per temperatura, delle proprietà meccaniche a ventilazione. Il tutto però con tempi di effetto dell’aumento di temperatura. essa associate, come riportato schematica- – i modelli a zone, dove si presuppone calcolo che possono essere notevoli L’effetto della temperatura prodotta dall’in- mente in Figura 11. l’omogeneità dei parametri termodi- dato il maggior onere computaziona- cendio, genera nei materiali coinvolti, delle Per la risoluzione di un modello a parame- namici all’interno delle zone in cui, ai le10; per i modelli di campo un codice alterazioni delle caratteristiche meccaniche, tri evolutivi, quali quindi le caratteristiche dei fini del calcolo, è suddiviso l’ambien- di riferimento anche esso liberamente la cui implementazione nel modello di calco- materiali in presenza di incendio, è necessa- te; tali modelli mostrano tuttavia una scaricabile dal sito della NIST, è FDS lo è di fondamentale importanza per la cor- rio dunque svolgere analisi non stazionarie comprensione approssimata del feno- che utilizza come visualizzatore dei ri- retta valutazione della resistenza al fuoco. non lineari, così come suggerisce di fare il meno prescindendo dalla definizione sultati il codice Smokeview 9. Si prenda ad esempio il caso dell’acciaio D.M. 14/05/2005 5. Le non linearità devono punto per punto delle caratteristiche per il quale è fondamentale considerare le comprendere sono sia quella plastica e ter- termiche e chimiche; esempio di codi- Analisi della evoluzione proprietà meccaniche che variano al cresce- mica del materiale, sia quella geometrica in ce di calcolo utilizzato per la modella- della temperatura all’interno re della temperatura. condizioni di grandi spostamenti. zione a zone dell’ambiente è CFAST, degli elementi strutturali Queste sono rappresentate in Figura 9 e Quest’ultimo aspetto è davvero importante liberamente scaricabile dal sito della sono: per lo studio di strutture soggette al fuoco. NIST 9; L’evoluzione della temperatura all’interno Infatti, escludendo le non linearità di geome- – i modelli di campo, che utilizzano la degli elementi strutturali dipende essenzial- – il modulo di elasticità, E0; tria, non si riuscirebbero a cogliere alcuni fe- metodologia dei volumi finiti per la va- mente dal tipo di materiale e dalle caratteri- – il limite di proporzionalità, σp, termine del nomeni importanti ai fini della determinazio- lutazione dei parametri termodinamici stiche termiche che esso possiede, le quali comportamento elastico-lineare; ne della capacità prestazionale della struttu- all’interno di ognuno dei numerosi ele- permettono di individuare facilmente come – la tensione effettiva di snervamento, σy, ra. Il primo effetto che l’implementazione menti nei quali è suddiviso l’ambiente; avviene il trasferimento del calore all’interno rappresentativa della capacità massima delle non linearità di geometria permette di tali modelli, infatti, dividono lo spazio dell’elemento stesso e tra elementi contigui. del materiale. valutare, è il cosiddetto bowing-effect. L’ac- in un numero elevato di elementi e ri- Se, ad esempio, si desidera condurre tale coppiamento tra non linearità di materiale e procedura di analisi di resi- L’evoluzione di questi parametri con la di geometria fa sì che gli spostamenti, nel stenza in un elemento in ac- temperatura è fornita da sem- ciaio, poiché questo materiale plici relazioni di proporzionalità possiede un’elevata conduci- rispetto ai valori assunti a tem- bilità termica, è possibile, in- peratura ambiente, rappresen- trodurre l’approssimazione tata in Figura1011. che la temperatura all’interno Il modello del materiale che dell’elemento sia uniforme in si deve adottare per condurre tutto il volume occupato. Nel analisi su strutture soggette al- caso di elementi realizzati con l’azione del fuoco, deve esse- materiali aventi proprietà iso- re quindi di tipo accoppiato lanti, come il conglomerato termo-plastico, e, proprio per cementizio, si hanno invece questo motivo, è necessario forti variazioni tra la parte l’utilizzo di codici di calcolo esterna a contatto con i gas che ne permettano la corretta Figura 10 - Parametri adimensionali delle caratteristiche meccaniche del materiale ac- Figura 9 - Legame Tensione-Deformazione per acciaio a temperature crescenti caldi di combustione e quella modellazione. Non tutti i pro- ciaio 102 antincendio maggio 2008 maggio 2008 antincendio 103
  • 7. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:16 Pagina 104 acciaio e metodologia prestazionale acciaio e metodologia prestazionale caso di elementi soggetti ad incendio, non vamente nei nodi in corrispondenza della geometria in un modello di calcolo, tuttavia, noscenza di tali effetti: per una sezione siano più piccoli, e che pertanto alla incurva- mezzeria e del carrello. permette di cogliere anche altri aspetti, co- 0.1x0.1m, le analisi condotte con non linea- tura della trave per azione flettente, corri- Per meglio comprendere il problema si ri- me ad esempio quelli inerenti all’instabilità rità di materiale e di geometria, trovano solu- sponda un avvicinamento degli estremi della portano nella Figura 14 le deformate della li- che l’azione dell’incendio genera nel caso di zione solo fino a quando la reazione vincola- trave, con un conseguente accorciamento nea d’asse della trave ottenute con analisi elementi iperstatici snelli, fenomeno noto in re (Rx), che si genera per effetto dell’espan- della corda della trave. Tutto ciò è dovuto al- non lineari solo per il materiale, e analisi non letteratura come thermal buckling. Per com- sione impedita, è inferiore al valore di carico la progressiva perdita di rigidezza dell’ele- lineari per materiale e per geometria. prendere questo aspetto si sceglie di pren- di instabilità (PCR), oltre il quale l’analisi si ar- mento che non riesce più a sopportare il ca- In questa figura si nota facilmente la diffe- dere in esame ancora una volta la trave in resta. Questo determina il collasso per insta- rico ad essa applicato. Tale meccanismo de- renza tra i due tipi di analisi condotti: in par- acciaio di Figura 12, questa volta con gli bilità. formativo è colto solo con opportune formu- ticolare, in riferimento all’andamento dello estremi entrambi incernierati e sezione illu- Bowing-effect e thermal buckling sono lazioni di analisi non lineare della trave. Nel- spostamento orizzontale del nodo in corri- strata in Figura 15. due degli aspetti più interessanti che le ana- la Figura 12 si riporta un tipico esempio di spondenza del carrello, si nota come le non Con questi vincoli le deformazioni dovute lisi con non linearità di materiale e di geome- trave appoggiata realizzata in acciaio di se- linearità di geometria, unitamente alle non li- ai cambiamenti di temperatura per effetto tria permettono di evidenziare nel caso di zione ideale quadrata, per la quale è neces- nearità di materiale, permettano di cogliere dell’esposizione al fuoco sono impedite e strutture in acciaio soggette all’azione del sario non trascurare l’effetto del bowing-ef- gli effetti di progressivo avvicinamento dei producono sollecitazioni indirette, forze e fuoco: esistono tuttavia anche altri fenomeni fect. nodi al crescere della temperatura e quindi al momenti, che devono essere tenute in con- meccanici che sono trattati in maniera più Nella Figura 13 si riportano gli andamenti diminuire della rigidezze e della resistenza siderazione. approfonditi in 1 . Tutti possono essere pre- degli spostamenti verticali e orizzontali in dell’elemento in questione. Nel caso di Figura 16, si desidera porre senti nel comportamento strutturale com- funzione della temperatura calcolati rispetti- L’implementazione delle non linearità di l’attenzione proprio sull’importanza della co- plessivo e devono quindi essere valutati. Configurazione “0” : t0, T0 Sistema strutturale 0,3 m F = 1410 N y t1 T1 0,3 m Risultati al tempo t1 x 3m Configurazione “1” : t1, T1 Individuazione incendio di progetto Curva nominale, ISO 834 t2 T2 Risultati al tempo t2 Evoluzione della temperatura all’interno dell’elemento: Costante Analisi del comportamento meccanico: Analisi non stazionarie non lineari Non linearità di geometria Configurazione “2” : t2, T2 Ipotesi di spostamenti relativamente grandi e piccole deformazioni tf Tf Risultati al tempo tr Figura 11 - Procedimento iterativo di un modello a parametri evolutivi: t = tempo; T = temperatura Figura 12 - Esempio di procedura di analisi per una trave appoggiata 104 antincendio maggio 2008 maggio 2008 antincendio 105
  • 8. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:16 Pagina 106 acciaio e metodologia prestazionale acciaio e metodologia prestazionale Verifiche di sicurezza Sistema strutturale A differenza dell’approccio prescrittivo 0,1 m F = 10 N y che divide le situazioni in verificate o non 0,1 m verificate, è tipico dell’approccio presta- x zionale graduare le conseguenze sulla costruzione, sui beni e sulle persone, in 3m funzione del livello di cimento dell’azione sulla costruzione stessa. Il passo fondamentale per garantire un Figura 15 - Esempio di trave in acciaio snella certo livello di sicurezza, è quello di veri- ficare che la resistenza della struttura, Di seguito si cercherà di illustrare due ap- produrre degli esempi presenti in letteratura sottoposta ad un incendio, risulti più plicazioni complete del processo di verifica, per validare la modellazione che si intende grande della severità dell’incendio stes- una che fa riferimento ad un elemento isola- applicare alla generica struttura. so (Fire resistance > Fire Severity). to, l’altra ad una struttura complessa. Si prende in considerazione una trave ap- Tre sono le tecniche di verifica della poggiata con caratteristiche resistenti equi- resistenza al fuoco che propone il Testo Valutazione prestazionale valenti ad una UB 356x171x51 lunga 6 m e Unitario: queste si identificano nel do- della resistenza al fuoco soggetta ad un incremento di temperatura di Figura 13 - Analisi dei risultati minio del tempo, delle resistenze e del- di un componente strutturale 10.C al minuto, analizzata in letteratura 15. le temperature e sono sintetizzate in Fi- isolato La trave è soggetta a un carico uniforme- gura 17. mente distribuito con un coefficiente di utiliz- Quindi, tornando al caso di Figura 12, Alla luce della complessità che l’analisi zo della sezione, R che va da 0,2 a 0,7. Configurazione iniziale in termini di verifica di resistenza si può prestazionale di strutture soggette ad azione Per una trave, soggetta principalmente a affermare che, per l’esempio svolto me- incendio chiama in causa è buona norma ri- flessione, R è definito come il rapporto tra il diante analisi non stazionarie con non li- nearità di materiale e di geometria, si ot- Deformata dovuta ad analisi con non linearità di materiale tiene, come mostrato in Figura 18, una Verifica di sicurezza temperatura critica di circa 983 °C a cui corrisponde un tempo di resistenza al fuoco di circa 77 minuti. È usuale altresì, nella valutazione delle prestazioni delle strutture soggette a fuo- co, definire un collasso convenzionale, strettamente connesso alla tipologia del- l’elemento strutturale e alla funzione che deve assolvere. Figura 16 - Risultati dell’analisi non lineari Deformata dovuta ad analisi con non linearità di materiale e di geometria Nel caso particolare di travi in acciaio, in genere si fa coincidere tale soglia di Dominio Unità Fire resistance ≥ Fire Severity collasso, con il raggiungimento di uno di misura spostamento verticale massimo pari a Tempo ore Tempo oltre >Durata dell’incendio il quale si ha così come specificato L/20, cui corrispondono una temperatu- l’indebolimento dal codice della struttura ra e un tempo di esposizione al fuoco che sono definiti critici per l’elemento in Temp. °C Temperatura che >Massima temp. causa l’indebolimento raggiunta durante esame. della struttura l’incendio Nel caso di Figura 12, volendo consi- Resistenza KN o kNm Capacita di sostenere >Carichi applicati i carichi ad alte temp. durante l’incendio derare questo tipo di collasso conven- zionale, i risultati cambiano come illu- Figura 14 - Confronto tra le deformate strato in Figura 19. Figura 17 - Verifiche di resistenza al fuoco Figura 18 - Verifica di resistenza al fuoco applicata al caso di Figura12 106 antincendio maggio 2008 maggio 2008 antincendio 107
  • 9. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:16 Pagina 108 acciaio e metodologia prestazionale acciaio e metodologia prestazionale momento flettente sollecitante nella trave al- simi ai valori di temperatura riportati nell’arti- caduta sull’individuazione di tre zone, come siedono perciò potenzialmente tutte le carat- l’istante dell’innesco dell’incendio e il mo- colo considerato. illustrato in Figura 21: teristiche necessarie per descrivere il reale mento resistente della trave a T = 20 °C. In definitiva con l’utilizzo dei criteri presta- comportamento della struttura, sotto ogni Per il problema elementare presentato, zionali, gli obiettivi diventano dei veri e pro- 1 il primo scenario concentra l’incendio condizione di carico e di deformazione. l’applicazione dei principi generali del Per- pri valori di soglia e il valore del rischio in- nella zona centrale dell’edificio, coinvol- A fronte di questa potenzialità, l’implemen- formance-Based Design può essere specia- cendio è così svolto in modo quantitativo. gendo anche le colonne centrali; tazione di tale analisi su calcolatore, per lizzata come in Tabella 3. 2 il secondo è localizzato nella zona centra- strutture reali, comporta un certo impegno in Mediante tale procedimento si determina Caso di incendio le della campata senza coinvolgimento termini di tempo di elaborazione e di dispo- la temperatura critica oltre la quale non c’è in una struttura complessa delle colonne; nibilità di memoria. più verifica delle capacità prestazionali. In 3 il terzo scenario suppone l’incendio loca- Ad esempio in questo caso la struttura ha questo caso, infatti, oltre T= 620°C, cui cor- Si considera come esempio reale il caso di lizzato nella zona esterna, coinvolgendo 1205 nodi, cui corrispondono 7230 gradi di risponde un tempo di esposizione al fuoco di un edificio soggetto a riabilitazione, di di- anche le colonne di bordo. libertà; il codice di calcolo utilizzato, ADINA, 60 minuti, il limite di deformabilità è supera- mensioni in pianta di 33x65 m e dimensione fornisce i risultati delle analisi in circa cinque to. Si confrontano così i risultati ottenuti (pre- in elevazione di 13 m (Figura 20): tale strut- Con la scelta degli scenari da studiare si ore di utilizzo di un normale computer. sentati in Tabella 4), con quanto riportato in tura si presenta con una geometria relativa- conclude la 1a fase qualitativa dell’approccio Particolare attenzione deve essere data al- 15 nel quale è sviluppato lo stesso esempio, mente complessa, destinata alla manuten- ingegneristico riassunta in Figura 22. Si rile- lo schema statico del presente edificio, che ponendo attenzione alla determinazione del- zione di macchine speciali e quindi con un va la criticità di questa scelta, che, se non è composto da una copertura reticolare for- la temperatura critica. alto fattore di rischio incendi. corretta e realistica, può invalidare tutto il temente iperstatica. È noto, infatti, che più Viene riportato anche il dato fornito dalle L’edificio è isolato, presenta simmetria sia processo. una struttura presenta ridondanza di ele- British Code 16. in direzione X sia in direzione Y ed è dotato Si passa quindi alla 2a fase e cioè all’anali- menti, e più essa offre percorsi alternativi di Dalla Tabella 4, si nota come i risultati otte- di una copertura con struttura reticolare. So- si quantitativa. Le analisi che si sono scelte carico all’aumentare della crisi dei singoli nuti convergano quasi perfettamente con i no presenti sei elementi verticali composti di condurre sono non stazionarie con non li- elementi. valori di temperatura critica riportati nelle da un blocco di calcestruzzo alla base, da nearità sia di materiale sia di geometria; pos- A tal proposito si può pensare di condurre norme inglesi, e siano sufficientemente pros- cui partono i profilati in acciaio che costitui- scono le colonne. Per la struttura in questione si desidera ve- Verifica di sicurezza convenzionale Livello 1 L’elemento deve essere funzionale rificare che sia garantito il livello di prestazio- ne che non prevede il collasso dell’edificio per tutta la durata dell’incendio. L’obiettivo generale è Performance: Limitata deformabilità in presenza di incendio Livello 2 esplicitato nelle sue varie Si conduce pertanto una verifica di resi- specificità Performance Criteria: Spostamenti verticali stenza modellando l’azione dell’incendio at- traverso la curva nominale standard tempe- Definizione di una Performance Limits:<L/20 (def. collasso convenzionale Livello 3 soluzione progettuale ratura-tempo (ISO834) 11, assegnandola solo preliminare alle aste pensate coinvolte dall’azione del fuoco. Verifica delle capacità Per accertare la sicurezza all’incendio del- Livello 4 prestazionali della soluzione la struttura, si ipotizzano tre scenari di incen- dio localizzati in zone di circa 50 m2, appros- simabili cioè al 2,5% della superficie totale della struttura. Si ricorda che per incendio localizzato si intende un focolaio di incendio che interessa una zona limitata dell’intera struttura, nella quale lo sviluppo di calore rimane concen- trato in prossimità degli elementi strutturali posti nell’intorno del focolaio. Figura 19 - Verifica di resistenza al fuoco applicata al caso di Nello specifico, la scelta degli scenari di in- Figura12, con definizione a priori di collasso convenzionale cendi significativi per il caso in esame, è ri- Tabella 3 - PBD in un caso applicativo 108 antincendio maggio 2008 maggio 2008 antincendio 109
  • 10. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:16 Pagina 110 acciaio e metodologia prestazionale acciaio e metodologia prestazionale Questi, infatti, sono aspetti non di imme- del nodo in questione, passa da valori nega- diata facilità dal punto di vista numerico, sui tivi, per effetto della temperatura che inizial- R 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 quali è fondamentale ragionare. mente produce forti espansioni termiche, a Il collasso può essere quindi valutato in valori positivi, a seguito del fatto che, per la BS5950: Part 8 715 °C 660 °C 620 °C 585 °C 555 °C 520 °C funzione del comportamento globale dell’in- progressiva perdita di rigidezza e resistenza Articolo Liew 725 °C 671 °C 629 °C 591 °C 559 °C 527 °C tera struttura, attribuendo particolare impor- causata dalle grandi temperature presenti, tanza agli elementi principali più resistenti, l’elemento inizia a sbandare nella sua dire- Presente lavoro 720 °C 660 °C 620 °C 580 °C 550 °C 520 °C che in questo caso sono gli elementi vertica- zione debole. li colonne. Da ciò non si può affermare che al passa- Si riportano alcuni andamenti degli sposta- re di circa 13 minuti circa la struttura subisca Tabella 4 - Stima della temperatura critica per coefficiente di utilizzo R crescenti menti dei nodi facenti parte delle colonne in- un collasso, ma si può comunque pensare alcune considerazioni per ciò che concerne to globale dell’intero edificio. È bene quindi teressate alla zona di incendio, prendendo in che, oltre tale limite di tempo, gli elementi il raggiungimento del collasso strutturale. distinguere il collasso locale di alcune aste, riferimento gli scenari che le coinvolgono, verticali colonne subiscano una modifica di È possibile affermare che il collasso di dal collasso, o dalla perdita di resistenza di quindi il 1° e il 3° scenario. rigidezza e resistenza che, nell’ottica di una un’asta della copertura, risulti essere senza elementi critici portanti, come le colonne, Nel caso di scenario n.1 si prende in con- verifica prestazionale che si sta conducen- dubbio un aspetto localmente importante, che non presentano ridondanza nella strut- siderazione l’andamento dello spostamento do, mette in luce la possibilità del non poter che però non compromette il comportamen- tura in esame. del nodo n.5438 della colonna, per il quale è più garantire la sicurezza della struttura in facile notare alcuni punti di discontinuità in- esame. Prendendo in esame il 3° scenario e 32,85 m dicativi. considerando lo spostamento di un nodo fa- Vista B-B Da tale andamento si nota facilmente che cente parte delle colonne esterne, soggette al passare di circa 800 secondi, cui corri- all’azione del fuoco, si possono fare analo- sponde una temperatura di circa 700.C, l’an- ghe considerazioni. damento dello spostamento in direzione X Dalla valutazione della Figura 24 si nota 32,82 m 32,82 m 2° scenario Vista A-A Vista B-B 12,82 m 65,54 m 7,00 m 1° scenario Vista C-C 3° scenario 9,02 m 16,425 m Vista A-A Figura 20 - Geometria della struttura Figura 21 - Scelta degli scenari di incendio 110 antincendio maggio 2008 maggio 2008 antincendio 111
  • 11. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:16 Pagina 112 acciaio e metodologia prestazionale acciaio e metodologia prestazionale Analisi Qualitativa Definizione del progetto Geometria, Materiali... Definizione degli obiettivi di sicurezza Evitare crolli dell’edificio Individuazione dei livelli di prestazioni Non raggiungimento del collasso Scelta degli scenari Scenario 1, 2, 3 di incendio di progetto Figura 24 - Spostamento Y di un nodo delle colonne (scenario n.3) no le colonne direttamente investite dal- biamenti di rigidezza, e che pertanto questa l’azione del fuoco, intorno agli 800 secondi, temperatura rappresenta uno stato critico Figura 22 - Schema dell’analisi qualitativa per la struttura in esame per i quali si è raggiunta una temperatura di che può rendere meno sicura la stabilità del- come anche nel caso dello scenario n. 3 sia cui si potrebbe iniziare a mettere in dubbio il circa 700.C, la struttura mostra bruschi cam- la struttura in esame. facilmente individuabile un punto di discon- mantenimento del livello di prestazione ri- tinuità che, si ricorda, non rappresenta il chiesto. Dagli andamenti degli spostamenti punto in cui avviene il collasso ma il punto in si può concludere che per scenari che vedo- Analisi Quantitativa Analisi non stazionarie Ipotesi di progetto con non linearità di materiale e di geometria Scelta del modello di calcolo Analisi Controllo dei risultati degli spostamenti dei nodi dei pilastri Individuazione del progetto finale Figura 23 - Spostamento X di un nodo delle colonne (scenario n.1) Figura 25 - Schema dell’analisi quantitativa per la struttura in esame 112 antincendio maggio 2008 maggio 2008 antincendio 113
  • 12. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:16 Pagina 114 doppiapelle®. ERACLIT è partner tecnico-scientifico della Facoltà di Architettura IUAV di Venezia doppiapelle® è un nuovo sistema costituito da un rivestimento termoacustico interno universale, ed un rivestimento termico esterno dimensionabile a seconda della zona climatica. E nasce per integrare in sé la protezione antincendio. Così, con minimi adattamenti, ti garantisce il rispetto del DPCM 5 dicembre 1997, del Dlgs 311/2006 e dei DM 16 febbraio 2007 e 9 marzo 2007 su tutto il territorio nazionale. Nella migliore progettazione “unitaria e razionale”. www.eraclit.it eraclit@eraclit.it via dell’elettricità, 18 30175 Portomarghera (VE) tel. +39.041.929188 fax +39.041.921672
  • 13. 09 Bontempi 05.08:. 15-05-2008 15:16 Pagina 116 acciaio e metodologia prestazionale acciaio e metodologia prestazionale Con tali valutazioni si considera conclusa Considerazioni conclusive adeguate; questa pratica, coerente con Quanto detto dimostra comunque che, no- anche la fase quantitativa, riassunta in Figu- l’approccio al Performance-Based De- nostante analisi raffinate del problema com- ra 25, che permette di fare considerazioni ri- Centrale all’approccio ingegneristico è sign, consente di evitare interventi esten- portino un incremento notevole di onere guardo la verifica prestazionale della struttu- senza dubbio l’analisi quantitativa, nella sivi, spesso inutilmente costosi e talvolta computazionale, solo attraverso queste è ra oggetto di studio. quale si trovano implicitamente gli aspetti illusori di sicurezza. possibile ottenere risultati numerici in grado L’ultima fase dell’approccio ingegneristico più delicati da affrontare per la valutazione di riprodurre quanto accade nella realtà. Tali che rimane da trattare è la terza, nella quale della capacità prestazionale di una generica Per riassumere quanto detto può essere analisi sono quindi necessarie per un’accu- si deve giudicare il livello di prestazione otte- struttura. interessante osservare la Figura 26, nella rata verifica di sicurezza di strutture sogget- nuto: se questo fosse insufficiente si dovreb- L’applicazione delle teorie non lineari sul quale è illustrato il diagramma di flusso che te ad incendio. be migliorare la scelta progettuale. comportamento termo-meccanico dei mate- identifica in maniera piuttosto univoca, l’iter Una scelta comune è quella di proteggere riali e delle strutture, insieme alla modellazio- logico da seguire per progettare nell’ottica Bibliografia le colonne con delle vernici intumescenti, ne di incendi localizzati in scenari sufficiente- dell’approccio ingegneristico. Sempre nella che permettono di lasciare a vista l’elemen- mente verosimili, consente, per quanto visto: Figura 26, sulla destra, sono stati evidenzia- 1 Foliente G., “Developments in Performance-Ba- to in acciaio, o rivestirle, per quanto possibi- ti gli aspetti più delicati che l’analisi quantita- sed Building Codes and Standards”, Forest Pro- le con pannelli prefabbricati, che fungono da – in sede di progettazione, di dimostrare e tiva, e quindi la costruzione di un opportuno ducts Journal. Vol.50, No 7/8, (2000). 2 ISO 13387 Fire safety engineering – Part 1: The ap- schermo per la protezione delle fiamme del- certificare le prestazioni del prodotto- modello, contiene in sé e che una volta risol- plication of fire performance concepts to design ob- l’incendio 8. struttura in termini di resistenza al fuoco; ti permettono la determinazione della capa- jectives. Scelte più strategiche possono riguardare – in sede di retrofitting, o di adeguamento, cità di carico della struttura in esame. 3 D.M. 9/05/2007. Direttive per l’attuazione dell’ap- la conformazione dell’edificio o delle sue di identificare in modo mirato gli interven- Il reale comportamento delle strutture in proccio ingegneristico alla sicurezza antincendio. 4 Marsella S., Nassi L., “L’ingegneria della sicurez- sottostrutture. ti per l’ottenimento di prestazioni ritenute acciaio soggette ad incendio, è piuttosto za antincendio e il processo prestazionale”, EPC Li- complesso, e pertanto, la loro completa va- bri 2006. lutazione deve essere ottenuta tenendo 5 D.M. 14/05/2005. (Ministero Infrastrutture e Tra- sempre presente il comportamento globale sporti). Norme Tecniche per le Costruzioni, 2005. Geometria del luogo Analisi Qualitativa Modellazione 6 Bontempi F., “Robustezza strutturale”, Atti del Carico di incendio della struttura stessa. La verifica della capa- dell’azione del fuoco Convegno Nazionale CRASC’06. Università degli Caratteristiche del fuoco cità prestazionale e la valutazione di un Studi di Messina. Messina, 20-22 Aprile 2006. eventuale collasso strutturale richiedono 7 D.M. 14/01/2008. (Ministero Infrastrutture e Tra- Generazione dell’azione quindi da parte del Progettista particolare sporti). Norme Tecniche per le Costruzioni, 2005. Analisi Quantitativa 8 Perrow C., “Normal Accidents”, Princeton Univer- preparazione ed esperienza. sity Press.(1999) Geometria degli elementi La definizione a priori del collasso di una 9 NIST (National Institute of Standards and Techno- Modellazione del trasferimento del calore Proprietà termiche generica struttura, dal punto di vista di un logy). www.nist.gov dei materiali 10 Buchanan A.H.. “Structural Design for Fire Safe- approccio prestazionale, è legata a moltepli- Valutazioni secondo ci aspetti: tra questi di particolare importan- ty”, John Wiley & Sons, LTD (2001). criteri prestabiliti Gradienti termici 11 Eurocodice 3. Design of steel structures, Part za sono quelli legati alla modellazione sia 1.2: General rules Structural fire design. 2002. termica sia strutturale del problema in esa- 12 www.francobontempi.org Modello Geometria degli elementi me. La vastità degli strumenti disponibili per 13 Bontempi F., Arangio S., Sgambi L., “Tecnica strutturale Carichi applicati la corretta scelta del modello da utilizzare e delle costruzioni: Basi della progettazione. Strutture Proprietà meccaniche intelaiate in acciaio”,Carocci. 2008. la conseguente difficoltà di orientamento tra 14 Usmani A.S., Rotter J.M., “Fundamental princi- SI NO i tanti riferimenti che la letteratura e il merca- Capacità di carico ples of structural behaviour under thermal effects”, to mettono a disposizione, sembrano essere First International Workshop on Structures in Fire, tra i maggiori limiti che approccio l’approc- Copenhagen, Denmark, June 2000. Presentazione 15 Liew J.Y. R., Tang L.K., Holmaas T., Choo Y.S., cio prestazionale presenta. “Advanced analysis for the assessment of steel fra- dei risultati Per questo motivo è necessario compren- mes in fire”, Journal of Constructional Steel Rese- dere a fondo i meccanismi elementari che si arch, 47 (1998). Fine sviluppano nel caso di strutture in acciaio 16 BS5950. Structural use of steelwork in building, Part 8 : Code of practice for fire resistance design. soggette ad incendio, facendo ad esempio London: British Standards Institution, 1990. dei “test” preliminari di validazione del mo- 17 Richard L.P. Custer (Arup Fire USA).”The sfpe Figura 26 - Diagramma di flusso per il calcolo della capacità portante di una struttura esposta a fuoco, con particolare dello, sui quali condurre delle opportune handbook of Fire protection engineering”, Third edi- riferimento agli aspetti della modellazione inerenti all’analisi quantitativa analisi di sensibilità. tion. Section four. NFPA (2002). 116 antincendio maggio 2008 maggio 2008 antincendio 117