Resistenza al fuoco: come applicare i criteri della Fire Safety Engineering a un edificio esistente in acciaio

L'articolo analizza l'utilizzo di alcuni criteri della Fire Safety Engineering (FSE) per la valutazione della resistenza al fuoco di una struttura in acciaio esistente seguendo l'approccio prestazionale, come previsto dalle più recenti normative in ambito di sicurezza antincendio e presentando a conclusione dati reali e tipologie d'intervento migliorative.

La valutazione della sicurezza antincendio e la Fire Safety Engineering

L’attuale quadro normativo italiano riguardante la valutazione della sicurezza antincendio, trova un importante strumento di approfondimento in una disciplina che si è affermata, in Italia, negli ultimi decenni: la Fire Safety Engineering [1].

Infatti, con l’emanazione del nuovo “Codice di Prevenzione Incendi” - D.M. 03/08/2015 [2] (recentemente aggiornato, [3]), si è provveduto, da un lato, alla razionalizzazione del corpus legislativo in materia di Prevenzione Incendi, dall’altro alla formalizzazione dell’uso dell’approccio prestazionale, alternativo al sistema normativo di tipo prescrittivo. Tale approccio è caratterizzato da soluzioni tecniche flessibili e più aderenti alle specifiche esigenze delle diverse attività rispetto all’approccio prescrittivo ed è finalizzato a raggiungere elevati livelli di sicurezza antincendio[4][5][6].

L'approccio convenzionale di tipo prescrittivo

Da una parte, quindi, c’è l’approccio convenzionale di tipo prescrittivo, maggiormente utilizzato in Italia, che si basa sull’uso di norme prescrittive e nel ricorso da parte del progettista a strumenti di calcolo semplici. Tale approccio, per quanto concerne la resistenza al fuoco, consiste generalmente in una verifica anche per “singoli elementi” della struttura con riferimento ad una curva di incendio nominale a temperatura strettamente crescente (in genere la curva standard ISO 834) per un periodo limitato di tempo (prescritto dalla norma verticale specifica in funzione dell’attività); in taluni casi, in maniera ancora più semplificata, è possibile fare ricorso alle tabelle contenute nel Codice, ma già presenti nel D.M. 16/02/2007 [7], per le strutture in c.a., oppure al metodo tabellare suggerito nell’Eurocodice 4 ([8]) per le strutture composte acciaio-calcestruzzo.

Sicuramente il pregio maggiore di un approccio di tipo prescrittivo risiede nella sua semplicità e nella garanzia di una certa omogeneità di applicazione. Mentre il limite più evidente consiste nella rigidità, talvolta eccessiva, delle prescrizioni normative e nelle procedure di calcolo da adottare.

L'approccio ingegneristico e l'analisi della sicurezza di tipo prestazionale

Dall’altra parte, c’è l’approccio di tipo ingegneristico (Fire Safety Engineering), che permette di progettare le misure di sicurezza antincendio in funzione del rischio specifico della costruzione[9]. Ciò si ottiene eseguendo un'analisi della sicurezza di tipo prestazionale. Questo approccio, basato non sull'obbligo di adozione di misure tecniche ma sul raggiungimento dei risultati, è uno strumento importante per la progettazione, in quanto determina un’accurata verifica dei livelli di sicurezza prefissati e consente una maggiore libertà e flessibilità nelle possibili scelte progettuali.

Seguendo questa strada, le norme tecniche vigenti (in particolare il già citato D.M. 03/08/2015 [2] e s.m.i. [3] e le parti fuoco degli Eurocodici strutturali ([8][10][11]) hanno introdotto la possibilità di eseguire procedure di calcolo avanzato per valutare la capacità portante di una struttura in caso di incendio, stabilendone determinati campi di applicazione.

L'applicazione di questo approccio comprende, in generale, la valutazione con modelli di calcolo avanzati:

• del fenomeno dello sviluppo dell'incendio, con il conseguente moto ed evacuazione dei fumi;
• dell'efficacia degli eventuali sistemi di rilevazione, di allarme e di estinzione presenti;
• delle effettive prestazioni della struttura portante e di compartimentazione alle alte temperature.

I principali vantaggi dell'applicazione di questo approccio sono:

• la valutazione globale della sicurezza strutturale, rispetto all'approccio tradizionale basato sulla resistenza al fuoco dei singoli elementi strutturali;
• il dimensionamento delle eventuali protezioni attive e/o passive dell'edificio sulla base dell'effettivo livello di rischio in caso di incendio.

Tali vantaggi evitano di sovradimensionare gli interventi o di sopravvalutarne gli effetti protettivi, ottenendo in sostanza una maggiore affidabilità della valutazione della sicurezza strutturale.

L’applicazione dell’approccio ingegneristico richiede l’analisi e la trattazione di una serie di fenomeni che riguardano sia le fasi dello sviluppo degli incendi che possono realmente verificarsi nell’edificio oggetto dello studio, sia il conseguente comportamento della struttura portante durante l’evoluzione del fenomeno.

Approccio prestazionale: la valutazione della sicurezza strutturale in caso di incendio

In Figura 1 sono riportati i passi fondamentali del procedimento finalizzato alla valutazione della sicurezza strutturale in caso di incendio con approccio prestazionale. La completezza e la chiarezza della trattazione di ognuno di tali passaggi favorisce il corretto svolgimento delle analisi e rende possibile la validazione delle procedure e la verifica dei risultati ottenuti, anche da parte degli organi di controllo competenti.

Figura 1 – Fasi di progetto/verifica con la “Fire Safety Engineering” [2].

Nel seguito si riporta la valutazione della sicurezza strutturale antincendio di un edificio esistente in acciaio, condotta applicando sia l’approccio convenzionale prescrittivo sia l’approccio ingegneristico.

Un esempio di valutazione della sicurezza strutturale antincendio di un edificio in acciaio

L'edificio preso in esame fa parte del complesso della Caserma dei Vigili del Fuoco di Napoli ed è costituito da una struttura sospesa composta acciaio-calcestruzzo. In particolare, il conglomerato cementizio armato è utilizzato per realizzare gli elementi verticali prevalentemente compressi, mentre l’acciaio per realizzare gli elementi inflessi e semplicemente tesi che costituiscono l’ossatura sospesa, a cui sono affidati prevalentemente i carichi verticali. 

Trattandosi di un edificio esistente, la valutazione è preceduta dalla necessaria fase di indagini conoscitive su materiali, strutture e sistemi protettivi, sviluppata in accordo a un protocollo già descritto dagli autori in [12][13] e brevemente richiamato nel documento.

>>> La versione integrale dello studio è disponibile a questo LINK

BIBLIOGRAFIA

[1]. ISO/TR 13387 (1999), Fire safety engineering.

[2]. DM 03 agosto 2015- Approvazione di norme tecniche di prevenzione incendi, ai sensi dell’articolo 15 del decreto legislativo 8 marzo 2006, n. 139 (Codice di Prevenzione Incendi)

[3]. D.M. 12 aprile 2019- Modifiche al decreto 3 agosto 2015, recante l’approvazione di norme tecniche di prevenzione incendi, ai sensi dell’articolo 15 del decreto legislativo 8  marzo 2006, n. 139.

[4]. M. Caciolai, E. Nigro, L. Ponticelli, S. Pustorino, P. Princi (2018). Autorimesse aperte, fuori terra ed a spazio aperto: ingegneria antincendio e progettazione strutturale. ANTINCENDIO, n. 2/2018, Febbraio - EPC Editore, p. 2-17. ISSN: 0393-7089.

[5]. S. Pustorino, P. Princi, E. Nigro, A. Ferraro, F. Bontempi, C. Crosti, L. Ponticelli, C. Mastrogiuseppe (2017). Progettazione delle strutture di acciaio di capannoni industriali mediante l’applicazione dei metodi dell’ingegneria della sicurezza antincendio. COSTRUZIONI METALLICHE, Anno LXIX, Vol. 6, Nov-Dic 2017. pp. 39-46. ISSN: 0010-9673.

[6]. E. Nigro, G. Cefarelli, A. Ferraro, G. Manfredi, E. Cosenza (2011). Fire Safety Engineering for open and closed car parks: C.A.S.E Project for L’Aquila. APPLIED MECHANICS AND MATERIALS, Vol. 82 (2011), p. 746-751. ISSN: 1662-7482. ISBN-13 978-3-03785-217-0. doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.82.746.

[7]. D.M. 16 febbraio 2007- Classificazione di resistenza al fuoco di prodotti ed elementi costruttivi di opere da costruzione.

[8]. EN 1994-1-2 (2005). Eurocode 4 – Part 1-2 - Design of composite steel and concrete structures -Part 1-2: Structural fire design.

[9]. Nigro E., Bilotta A., Del Prete I., de Silva D. (2014). Sicurezza Antincendio di strutture in acciaio: nuova progettazione e valutazione dell’edilizia esistente.Costruzioni Metalliche, n. 6, Novembre/Dicembre 2014, ACAI, pp. 69-78 (I-X), ISSN: 0010-9673

[10]. EN 1993-1-2 (2005). Eurocode 3 – Part 1-2 - Design of Steel Structures- Part 1-2: Structural fire design.

[11]. EN 1992-1-2 (2005). Eurocode 2 – Part 1-2 - Design of concrete structures–Part 1 2: General Rules Structural Fire Design.

[12]. Bilotta A., de Silva D., Nigro E. (2016), Tests on intumescent paints for fire protection of existing steel structures, Construction and Building Materials 121 doi:10.1016/j.conbuildmat.2016.05.144, pp. 410–422.

[13]. Bilotta A., de Silva D., Nigro E. (2016), General approach for the assessment of the fire vulnerability of existing steel and composite steel concrete structures, Journal of Building Engineering, 2016) http://dx.doi.org/10.1016/j.jobe.2016.10.011.