AUTORIMESSE: un caso di soluzione alternativa per la resistenza al fuoco con l’utilizzo della FSE

Il presente articolo fa seguito all’articolo dal titolo: AUTORIMESSE: il calcolo della resistenza al fuoco con soluzione alternativa mediante simulazione fluidodinamica.

Si riprende dunque la tematica dell’articolo: Resistenza al fuoco del solaio in latero cemento non intonacato di un’autorimessa interrata. Tale verifica ha necessitato dell’adozione della soluzione alternativa con sviluppo della progettazione ingegneristica, sempre nel rispetto del Livello di prestazione III relativamente alla Resistenza al Fuoco.

Riassumendo quanto esposto nella prima parte, si ricorda che l’elemento oggetto di studio è il solaio in latero-cemento di altezza 20 cm con 4 cm di soletta integrativa, realizzato con travetti ad interasse 50 cm con fondello in laterizio, armati con 1Φ12 per travetto e rete elettrosaldata Φ8/20x20 cm annegata nella soletta collaborante. 

Le verifiche della classe di resistenza al fuoco condotte in un primo momento con metodo tabellare e in secondo momento con metodo analitico, hanno permesso di stabilire la rispondenza alla classe R45, che non permette di raggiungere la classe di resistenza al fuoco richiesta nel progetto antincendio dell’attività: R60. Per questo motivo è stato deciso di seguire la soluzione alternativa riguardo alla resistenza al fuoco con Livello di Prestazione III. 

Attraverso una simulazione fluidodinamica di incendio eseguita con il software CPI Win FSE di NAMIRIAL, è stata ricavata la curva naturale di incendio riportata in Figura 1. La curva naturale d’incendio più gravosa è risultata quella in prossimità del furgone, che come indicato nella tabella V.6-7 del D.M. 21 Febbraio 2017, sviluppa la massima potenza pari a 18 MW per una durata di 600 secondi.

Figura 1 “Sensore di temperatura più gravoso e ritenuto rappresentativo dei risultati”

Alcune considerazioni sull'approccio prestazionale

Lo sviluppo delle verifiche strutturali con curva naturale, non verte solamente sul cambiamento della curva di esposizione termica, ma deve seguire un percorso profondamente differente rispetto alla verifica analitica con curva nominale standard, ISO834. 

Si sottolinea, infatti, come nel caso dell’adozione della curva naturali d’incendio, le deformazioni ed espansioni imposte o impedite, dovute ai cambiamenti di temperatura per effetto dell’esposizione al fuoco producono sollecitazioni indirette, forze e momenti, che devono essere tenuti in considerazione, a differenza delle verifiche condotte con curva nominale d’incendio.

Per questo motivo è necessario stabilire sia l’entità delle dilatazioni termiche, sia la presenza di vincoli che ne possano limitare la formazione, perché le sollecitazioni che ne derivano solo tutt’altro che trascurabili. Questa precisazione è contenuta già dal D.M. 9.03.2007 ed è stata ribadita dal capitolo M del Nuovo Codice di Prevenzione incedi.

Per tenerne conto, il software di calcolo si basa sulla teoria delle strisce isolate ovvero, nel caso in questione, dei conci isolati. Con riferimento a Figura 2 e Figura 3, ripresa direttamente dalla Guida sui contenuti tecnici del Software CPI WIN REI, una volta definita  la temperatura media lungo YY, per ogni striscia di coordinate YY si può determinare attraverso la θm, il modulo elastico Ec (θm) e la deformazione termica Δl/l, funzione ovviamente della temperatura.

NAMIRIAL CPI WIN: il software leader nella prevenzione incendi

CPI win REI e CPI win FSE sono software propedeutici alla progettazione e prevenzione incendi, pertinenti sia nel caso in cui il progettista scelga un approccio prescrittivo, sia che si rivolga al metodo prestazionale, in modo da poter progettare e verificare le soluzioni alternative per le varie strategie antincendio.

CPI win REI verifica, con metodo analitico, la resistenza delle strutture in cemento armato o in cemento armato precompresso, acciaio, legno e le pareti in muratura (siano esse portanti o non portanti) sottoposte all’azione del fuoco. Scelta la struttura da verificare, impostando le sollecitazioni, disegnando le armature (nel caso di REI ca cap), specificando quali lati della struttura sono soggetti all’azione diretta del fuoco e su quali è presente una protezione, il programma andrà ad eseguire una analisi termica, specificando le temperature raggiunte dalla struttura. Inoltre, viene effettuata una verifica agli stati limite andando a determinare le sollecitazioni aggiuntive sulla sezione, come conseguenza di una sua eventuale deformazione.
Nella verifica, il programma consente di utilizzare le curve di tipo standard che quelle naturali. 

Per la determinazione di queste ultime, è possibile utilizzare il modulo CPI win FSE. Il programma studia e verifica il fenomeno dell’incendio, dalla fase dell’innesco, allo sviluppo e propagazione fino agli effetti che incidono sulle persone, strutture e beni. Il programma consente di disegnare un proprio scenario di incendio ed in funzione della forma dei locali e del carico di incendio, determina la curva di rilascio di energia termica HRR. Per qualsiasi punto dello scenario creato, il progettista può ottenere la curva tempo-temperatura da poter poi esportare ed utilizzare con il modulo REI.

Infine, per studiare o verificare la correttezza dei percorsi di esodo è previsto il modulo CPI FSE EVAC. Il programma analizzerà la fase di esodo in caso di emergenza (sia in presenza di incendio che non) partendo dalla percezione iniziale del pericolo per poi passare alla fase di percorrenza vera e propria per raggiungere il luogo sicuro, considerando vari fattori quali la familiarità con l’ambiente da parte degli occupanti, la tipologia di occupanti, il tempo perduto per le code, le fasi di impedimento dovute al fumo, agli ostacoli lungo il percorso e tutti gli altri elementi ipotizzabili come ostacoli in fase di emergenza.

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Nel caso di aggregati silicei:

ε_c (θ) = -1,8x10^-4 + 9x10^-6 x θ + 2,3x10^-11 x θ³           per 20°C

ε_c (θ) = 14x10^-3                                                         per 700°C

Nel caso di aggregati calcarei:

ε_c (θ) = -1,2x10^-4 + 9610^-6 x θ + 1,4x10^-11 x θ³          per 20°C

ε_c (θ) = 12x10^-3                                                         per 805°C

Figura 2 “Guida CPI WIN REI: distribuzione temperature dato fronte di fuoco”

Se supponiamo che la generica sezione sia composta da strisce o conci indipendenti e libere di dilatarsi assialmente, in base alla loro temperatura media, si otterranno delle deformazioni termiche ovviamente diverse per ogni singolo strato o concio, essendo non lineare la variazione della temperatura all’interno di una sezione sottoposta ad incendio.  La sezione quindi non può restare piana nella direzione ortogonale all’asse.

Figura 3 “Guida CPI WIN REI: es. andamento temperature e deformazioni risultanti”

Se, invece, supponiamo che le strisce o conci non possano dilatare liberamente, si determinano delle azioni equivalenti, indicate con N(θ) ed M(θ), che si ottengono attraverso l’applicazione di tensioni fittizie σ(θ), per ciascun strato o ciascuna mesh. Tale tensione è derivata dal diagramma sforzo-deformazioni per cls e acciaio, al variare della temperatura.

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