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Le modifiche apportate al Codice di Prevenzione incendi con il DM 18 Ottobre 2019 introducono utili riferimenti per la verifica delle soluzioni alternative del livello di prestazione I.

1.Sono ammesse soluzioni alternative, costituite da:
a.compartimentazione rispetto ad altre costruzioni;
b.assenza di danneggiamento ad altre costruzioni o all’esterno del confine dell’area su cui sorge l’attività, per effetto di collasso strutturale.
2.Ai fini della verifica della compartimentazione rispetto ad altre costruzioni, sono ritenute idonee le soluzioni conformi o alternative indicate per il livello di prestazione II della misura antincendio compartimentazione (capitolo S.3);
3.Ai fini della verifica dell’assenza di danneggiamento ad altre costruzioni, devono essere adottate soluzioni atte a dimostrare analiticamente, che il meccanismo di collasso strutturale in condizioni di incendio non arrechi danni ad altre costruzioni. Dette verifiche devono essere condotte in base agli scenari di incendio di progetto ed ai relativi incendi convenzionali di progetto rappresentati da curve naturali di incendio secondo il paragrafo S.2.6.

DM 18 ottobre 2019 – capitolo S2 Resistenza al fuoco

4.Al fine di dimostrare il raggiungimento del collegato livello di prestazione il progettista deve impiegare uno dei metodi di cui al paragrafo G.2.7.
5.In tabella S.2-4 sono riportate alcune modalità generalmente accettate per la progettazione di soluzioni alternative. Il progettista può comunque impiegare modalità diverse da quelle elencate.

DM 18 ottobre 2019 – capitolo S2 Resistenza al fuoco
Soluzione alternativa-collasso implosivo

Di seguito un esempio progettuale in cui si sono verificati i punti richiesti dalla norma.

Esempio progettuale

Si dimostrerà come garantire la capacità portante delle strutture in acciaio in condizioni d’incendio, difendendo l’incolumità umana, salvaguardando l’ambiente e l’edificio stesso, riuscendo oltretutto, ad ottimizzare i costi.

Si introduce così il concetto di tempo minimo di resistenza all’esposizione al fuoco, in cui ogni elemento della struttura deve garantire dei requisiti progettuali, ovvero:

·        La stabilità cioè la propensione di un elemento a preservare la propria resistenza;

·        La tenuta cioè l’inclinazione a bloccare la propagazione delle fiamme, verso il lato non attaccato;

·        L’isolamento termico ovvero la predisposizione a limitare il passaggio di calore.

Il codice di prevenzione incendi prevede che per ogni strategia antincendio sia individuato un livello di prestazione, che deve essere garantito in fase progettuale tramite soluzioni di tipo conforme o alternativo.

Quindi il progettista si trova a compiere una prima scelta, che implica una progettazione profondamente differente: infatti nel primo caso siamo portati ad utilizzare, nelle successive analisi termiche, delle curve nominali d’incendio, mentre se la scelta ricade in una soluzione alternativa si devono utilizzare delle curve naturali d’incendio, che come vedremo, rappresentano l’andamento reale delle temperature che si esplicano per la combustione di un certo materiale in una determinata quantità e stoccaggio, all’interno del compartimento in esame.

La metodologia del codice prevede, che la valutazione del rischio incendio, sia tradotta e riassunta in tre parametri fondamentali che ci accompagnano durante tutta la progettazione: Rvita, Rbeni, Rambiente.

Tramite questi parametri è possibile attribuire i livelli di prestazione minimi richiesti dalle singole strategie antincendio adottate.

Il deposito in oggetto è stato inquadrato con Rvita A3 in quanto essendo attività lavorativa non aperta al pubblico gli occupanti si presumono in fase di veglia e il rateo di crescita dell’incendio, in funzione della tipologia del materiale contenuto e dell’altezza di impilamento può essere individuato come tipo rapido, Rbeni vale 1 in quanto non risulta essere un edificio né vincolato e né di tipo strategico e Rambiente è mitigabile se si applicano tutte le strategie del codice.

Si parte nella progettazione con la scelta del livello, inoltre gli Eurocodici ci consiglieranno di utilizzare una modello termico separato da quello meccanico, mentre l’RTO ci suggerisce quali sono i codici di calcolo più idonei, nel nostro caso utilizzeremo Straus7.

Quindi ora specifichiamo più nel dettaglio quali sono le condizioni da garantire per il livello di prestazione II e che tipo di soluzione adotteremo.

La soluzione conforme implica il rispetto di alcuni requisiti:

1. Sia rispettata una distanza di sicurezza su cielo libero;

2. Danneggiamento verso altre costruzioni

La soluzione conforme, però non è applicabile in quanto non è rispettata la distanza minima di separazione, poiché vi è la presenza di un’altra costruzione confinate.

Quindi dovremmo passare alla soluzione alternativa.

In questo caso tra le differenti richieste notiamo che per sopperire alla mancanza di spazio su cielo libero dobbiamo garantire l’assenza di danneggiamento ad altre costruzioni per collasso strutturale, ovvero un collasso di tipo implosivo.

Definiti gli standard progettuali passiamo subito all’analisi termica avanzata in accordo con l’Eurocodice.

Si assume come ipotesi fondamentale che a causa dell’alta conducibilità termica del materiale si possa considerare all’istante t una temperatura uniforme nella sezione.

Ora si passa al modello meccanico non lineare. Sempre in accordo con gli Eurocodici è possibile individuare dei domini di verifica nel tempo, nelle temperature o nelle resistenze. Affinché si possono instaurare delle verifiche nel dominio delle resistenze possiamo fare riferimento alle combinazioni di carico proposte dalle NTC18 ovvero di tipo eccezionali.Note le condizioni di carico le verifiche possono essere sviluppate o su singole membrature o su sottostrutture, ricostruendo le condizioni al contorno equivalenti, oppure sull’intera struttura.

Ci vengono fornite dai Codici le caratteristiche meccaniche dei materiali considerando il decremento di quest’ ultime con l’aumentare della temperatura grazie a dei fattori di riduzione che vengono implementati.

Quindi ora possiamo chiederci come variano le soluzioni del modello se consideriamo o meno tutte le non linearità del caso.

Sono stati analizzati 4 casi fondamentali ovvero:

1. Condizione elastica lineare;

2. Decremento con la temperatura del solo modulo elastico;

3. Variazione del limite di snervamento e della dilatazione termica;

4. Non linearità geometrica.

Inoltre si devono considerare due importanti fenomeni che nascono in funzione del tipo di vincoli che andiamo a considerare.

Il primo è detto Bowing effect, avviene in condizioni di vincolo del tipo carniera/carrello, ovvero all’aumentare del tempo, si nota, in primo luogo un’espansione della trave, per poi avere una contrazione con un aumento della freccia.

Il secondo effetto detto catenaria avviene quando i vincoli sono due cerniere e porta alla nascita, a causa della deformazione impedita, di uno sforzo normale di compressione. In questo caso si registrano valori minori della freccia in mezzeria.

Notiamo come dato fondamentale, che i tempi critici in cui la struttura collassa, sono tra loro simili e in alcuni casi coincidono, all’incirca, con quelli individuati nell’analisi precedente sulla singola membratura.

Si notano invece differenti condizioni deformative tipiche del tipo di scenario individuato di volta in volta.Inoltre, al collasso, notiamo che le soluzioni non convergono individuando uno svio della medesima che segna la totale perdita di resistenza della struttura.

Ora si passa ad un’analisi più completa ovvero dell’intera struttura, dove sempre in sede progettuale sono stati concordati con il VVF gli scenari più gravosi tra quelli precedentemente visti, sia per una struttura perfetta che imperfetta.

Tra questi cinque scenari grazie alle analisi svolte si è notato quale risultava essere il più gravoso, in quanto il tempo di resistenza alle azioni era di soli 463 [s].

Il problema è stato modellato in Cfast considerando 5 differenti termocoppie in cui si misurano tutti i parametri che caratterizzano la combustione nonché le temperature degli elementi.

Il modello è basato su due zone in cui vi è una zona superiore e una inferiore capaci di scambiare direttamente energia.Inoltre sono state modellate le aperture con una percentuale di apertura per shock termico pari al 75% per simulare i reali effetti dell’incendio.

Ancora l’obiettivo di sicurezza non è stato raggiunto, quindi dovremo in qualche modo proteggere la struttura in acciaio.

Si fa ricorso alle vernici intumescenti in grado di liberare dei gas alle alte temperature che vengono intrappolati dallo strato superficiale che al progredire delle reazioni aumenta di rigidità.

Anche in questo campo si applica un approccio ingegneristico ed innovativo.

La prima è nel dominio delle temperature e risulta soddisfatta con un giusto offset di sicurezza non sovradimensionato.

Nel dominio del tempo si raggiungono i 30 minuti.

La soluzione va a convergenza.Inoltre il collasso implosivo è verificato protraendo l’analisi per un tempo superiore dove si verifica anche l’effetto pendolo nella direzione trasversale, confermando la bontà della soluzione.

Nel dominio delle resistenze si nota che per l’elemento più sollecitato abbiamo che le resistenze si mantengono maggiori delle sollecitazioni.

E nella verifica della deformazione con collasso convenzionale pari a 1/30 della luce, solo per alcuni elementi si raggiunge questo valore limite, ma grazie ad un’analisi di robustezza, ovvero escludendo questi elementi dal modello e ricalcolando la soluzione si giunge ugualmente al soddisfacimento dei requisiti.

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