Resistenza al fuoco delle strutture in acciaio: metodi di calcolo e modelli

Cosa si intende con resistenza al fuoco di un elemento strutturale?

Il concetto di resistenza al fuoco viene definito dalla normativa nazionale, come l’attitudine di un elemento a conservare, secondo un progetto termico prestabilito e per un tempo determinato, i seguenti requisiti:

• la stabilità o capacità portante (R): capacità di conservare la resistenza meccanica;
• la tenuta o integrità (E): capacità di non lasciar passare né produrre fiamme, vapori o gas caldi sul lato non esposto;
• l’isolamento termico (I): capacità di ridurre la trasmissione del calore.

Le norme di riferimento per quanto riguarda i metodi di calcolo per le strutture in acciaio, sono:

– NTC 2018;

– UNI EN 1993-1-2;

– UNI EN 1994-1-2.

Procedura generale per il calcolo della capacità portante

Modelli di incendio: le tipologie delle curve

Per verificare una struttura per l’azione di un incendio è obbligatorio, secondo le NTC 2018, riferirsi alle temperature dettate dalle “Curve di incendio”; tali curve che esprimono l’andamento della temperatura in funzione del tempo, forniscono i dati di input per effettuare la verifica strutturale antincendio.

Le curve possono essere di due tipologie:

– naturale: determinata in base a modelli d’incendio e a parametri fisici che definiscono le variabili di stato del compartimento antincendio; quest’ultimo definito come la parte della costruzione delimitata da elementi costruttivi resistenti al fuoco;

– nominale: adottata per la classificazione delle costruzioni e per le verifiche di resistenza al fuoco di tipo convenzionale.

Quali sono i criteri di calcolo previsti dalla norma?

La valutazione della sicurezza strutturale in caso di incendio può essere condotta seguendo due diversi approcci di calcolo:

 – l’approccio prescrittivo;

– l’approccio prestazionale (o ingegneristico).

Il primo approccio riguarda la verifica anche per singoli elementi della struttura, con riferimento ad una curva nominale di incendio a temperatura uniforme strettamente crescente (la ISO 834, detta curva nominale “standard”) per un periodo limitato di tempo. Il secondo tiene conto di un incendio verosimilmente attribuibile alla struttura (incendio “naturale”) .

L’applicazione dell’approccio ingegneristico per la valutazione della sicurezza strutturale in caso di incendio richiede l’analisi e la trattazione di una serie di fenomeni che riguardano sia le fasi dello sviluppo degli incendi, sia il conseguente comportamento della struttura durante l’evoluzione dello stesso.

Analisi del rischio incendio

Durante il processo di individuazione degli scenari di incendio di progetto, devono essere valutati tutti gli incendi realisticamente ipotizzabili, scegliendo i più gravosi per lo sviluppo e la propagazione dell’incendio e per gli effetti sull’edificio.

In particolare, quando si fanno le verifiche di resistenza al fuoco delle strutture, questa analisi deve essere indirizzata verso i casi che determinano la situazione più pericolosa  per la struttura. Al fine di individuare gli scenari di incendio significativi, si può seguire la procedura seguente:

– determinare i diversi compartimenti all’interno dell’edificio, essi verranno individuati dalla presenza delle pareti tagliafuoco. Gli scenari di incendio prevedono che le fiamme si sviluppino in un solo compartimento per volta. Per il compartimento in esame si devono considerare tutti i parametri che influiscono sullo sviluppo dell’incendio, che all’inizio sarà di tipo localizzato e pertanto dovranno essere applicati i modelli di calcolo specifici per questo tipo di incendio.

– Successivamente si verifica il flash-over e l’incendio diventa generalizzato: in base alle caratteristiche del compartimento e dei materiali in esso contenuti è possibile determinare la curva di incendio corrispondente.

– determinare gli elementi strutturali critici per la stabilità in caso di incendio; deve essere fatta un’analisi della struttura  sottoposta ai carichi statici e una valutazione degli effetti delle dilatazioni termiche dovute all’incendio.

– eseguire un’analisi strutturale dell’edificio che tenga conto delle azioni meccaniche con la combinazione dei carichi per la situazione eccezionale di incendio e le azioni termiche dovute all’incendio.

– Una volta analizzati gli scenari di incendio è necessario dimostrare che questi scenari sono rappresentativi dei fenomeni che si possono verificare nell’edificio e che comprendono quelli più critici per esso.