Sintesi appunti lezioni 2015 2016

Appunti lezioni anno accademico 2015/2016
Studente: Giorgi Riccardo
Relatore: Franco Bontempi

 Introduzione
 Caratteristiche fenomeno incendio
 L’azione incendio e la sua modellazione
 Modellazione degli incendi con Fire Dynamics Simulator (FDS)
 Esempio Hotel Windsor: concetti importanti
 Dualismo tra structural fire investigation
e progettazione struttuale antincendio
 Quadro normativo nazionale
 Analisi del comportamento meccanico
 Comportamento al fuoco dei materiali
 Verifiche analitiche
 Analisi strutturale
 Sicurezza gallerie in caso di incendio
 Fire risk in staged construction
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STRUTTURA
SISTEMA
Parte PASSIVA
Caratterizzata da un
periodo di vita
nominale Tn
Parte ATTIVA
E’ “vivo”. Riguarda
aspetti legati
all’apporto di energia
(Impianto elettrico,
Impianto
antincendio, ecc…)
“In caso di eventi accidentali (Incendi, esplosioni, urti) è fondamentale analizzare il modo in cui la
parte passiva (Struttura) interagisce con la parte attiva (Sistema)”
Oggetto
PUNTUALE
LINEARE (Infrastrutture)
CRITICA
STRATEGICA
“Infrastrutture o strutture di
permanente interesse nazionale, la
cui distruzione, interruzione o anche
parziale o momentanea
indisponibilità ha l’effetto di
indebolire in maniera significativa
l'efficienza e il funzionamento
normale di un Paese, ma anche
la sicurezza e il sistema economico-
finanziario e sociale”
Ambiente
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Quadro delle verifiche:
ESERCIZIO (Normale utilizzo, Funzionalità)
ULTIME (Condizioni di carico pesanti)
ROBUSTEZZA STRUTTURALE
Requisiti
ESERCIZIO + ULTIME = USUALMENTE
ULTIME + ROBUSTEZZA = SITUAZIONI ACCIDENTALI
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AMBIENTE
COMPORTAMENTO
UMANO
“Ha una caratterizzazione statistica dovuta alla presenza di
un’alta quantità di DATI. Rappresenta il contesto in cui è
immersa la struttura/sistema”
• NATURALE (Vento, Sisma)
• ANTROPICO (Inquinamento  corrosione)
“Legato all’ USO/ABUSO. Influenza sia la struttura che il
sistema. Non è possibile elaborare una caratterizzazione
statistica per mancanza di DATI ”
• COLPOSO (No volontà)  Comportamento errato
• DOLOSO (Volontà)  Comportamento esatto  INTELLIGENZA
“L’Interazione tra comportamento umano ed
evento accidentale può creare una RETROAZIONE
fortissima”
• SISMA  Poca retroazione;
• INCENDIO  Retroazione importantissima;
“E’ importante una analisi
critica della
VULNERABILITA’”
“OTTIMIZZAZIONE’”
Ambiente + Comportamento umano colposo = SAFETY
Comportamento umano doloso = SECURITY
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Incendio  combustione autoalimentata ed incontrollata di materiali combustibili.
Caratteristica estensiva (diffusione nello spazio):
Wild fire: incendi su scala regionale (esempio incendi boschivi). E’ importante analizzarli in quanto possono facilmente
estendersi alle abitazioni se non opportunamente controllati.
I meccanismi di diffusione sono gli stessi rispetto a qualsiasi altro incendio. Il vento è il fattore chiave che alimenta e
diffonde l’incendio. Nei boschi per esempio l’incendio dipende dal tipo di bosco, dal legno ecc…
L’incendio si propaga da una cella o automa cellulare (se analizzato nella sua complessità) attraverso diversi percorsi,
seguendo diversi algoritmi (in particolare seguendo particolari tipi di equazioni a derivate parziali di tipo parabolico).
L’incendio può propagarsi anche a celle lontane dal punto di innesco a causa delle faville e del vento. Nell’analisi dei wild
fires sono importanti infine le simulazioni. Se la dinamica è uguale su tutte le scale, anche il modo di difendersi è uguale
per tutte le scale (nel caso dei boschi esistono dei percorsi tagliafuoco).
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Wildfire;
Urbanfire;
All’esterno di un edificio;
All’interno di un edificio;

Urban fire: caso in cui l’incendio raggiunge la città.
L’ingegneria antincendio è nata proprio a causa di questi eventi. In questo caso la diffusione non è isotropa, ma dipende
dal vento, dagli edifici presenti ecc… In particolare è il vento che influenza maggiormente la distanza alla quale l’incendio
si propagherà partendo dalla cella iniziale.
E’ in questo caso di fondamentale importanza il repentino intervento dei vigili del fuoco atto a ripristinare la sicurezza
delle celle, e a confinare l’incendio. Il pericolo maggiore è che l’incendio si propaghi agli edifici circostanti.
All’interno di un edificio:
E’ importante considerare anche il processo di evacuazione delle persone che scappano, il quale risulta essere difficile da
analizzare in quanto è influenzato da aspetti sia fisici che psicologici. Anch’esso si simula con gli automi cellulari.
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Carattere intensivo incendi (andamento nel tempo):
ISO 13387
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Il Modello della ISO 13387 è un modello nato alla fine
degli anni 90 che descrive l’andamento del calore al
variare del tempo, in un incendio confinato.
Come si può vedere dai grafici, prima del flashover
entrano in gioco le protezioni attive:
sistemi di rilevamento (fumo, fiamme, calore), sistemi di
estinzione (sprinkler, estintori), sistemi di evacuazione.
Dopo il flashover entrano in gioco i sistemi di protezione
passiva, quindi tutti quelli caratterizzanti la costruzione:
Compartimentazione, prevenzione di danni agli elementi
strutturali, prevenzione di perdita delle capacità strutturali
della costruzione.

Carattere accidentale:
Su una struttura possono esserci 2 situazioni di carico:
1: Low Probability High Consequences (LPHC) – Bassa caratterizzazione
statistica, per esempio esplosioni;
2: High Probability Low Consequences (HPLC) – Alta caratterizzazione
statistica, per esempio vento;
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Le due dimensioni principali in caso di generica azione
accidentale, sono il grado di linearità e il livello di
interazione delle grandezze che caratterizzano il
problema in analisi. Tali grandezze possono essere
messe in relazione tra di loro e possono essere
analizzate attraverso il diagramma di Perrow, con il
quale si evidenziano le proprietà generali di un sistema
ovvero:
“un sistema è tanto più complesso quando presenta al
suo interno comportamenti non lineari ovvero quanto
più le connessioni tra i vari elementi del sistema sono
strette.”
In questo diagramma man mano che cresce la non
linearità del problema e il grado di connessione delle
grandezze ci si sposta verso situazioni più complesse
ovvero più difficili da gestire. Le connessioni (strette-
lasche), in termini generali riguardano come le parti del
sistema sono connesse, più gli elementi del nostro
sistema sono segmentati più è facile progettare il
nostro sistema.

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I metodi qualitativi presentano normalmente una complessità minore rispetto a quelli numerici, e si basano sull’applicazione di
un arbitrario metodo di valutazione. Sono più semplici da utilizzare e più flessibili alle diverse situazioni.
I metodi quantitativi permettono di strutturare i possibili eventi di un sistema in maniera logica e integrata. Sono caratterizzati
da un grado di complessità crescente al crescere della complessità del sistema analizzato che in alcuni casi li rende poco
gestibili, ma forniscono risultati più precisi che mostrano in maniera più comprensibile le diverse interazioni tra gli elementi del
sistema analizzato.
Per sistemi a bassa complessità possono essere adottati modelli qualitativi, assumendo i parametri caratteristici del problema in
esame come grandezze deterministiche. Al crescere della complessità si può ricorrere a modelli di analisi quantitativi, dove i
parametri caratteristici del problema sono caratterizzati mediante grandezze probabilistiche, al fine di includere nell’analisi
l’effetto delle incertezze aleatorie ed epistemiche connesse con il sistema. Infine, per sistemi molto complessi è necessario
individuare gli scenari rilevanti su cui focalizzare l’attenzione ricorrendo ad un’analisi pragmatica e ponderata in quanto può
risultare ingestibile l’utilizzo di tecniche quantitative/probabilistiche per lo studio del problema in esame

Più grande è l’incendio, più questo è
potenzialmente dannoso.
Il controllo del movimento del fuoco, della
diffuzione del fuoco, è analizzato in 4 diverse
possibili categorie:
- Entro i confini della stanza dove si origina;
- Verso le altre stanze sullo stesso piano;
- Verso gli altri piani dello stesso edificio;
- Verso le altre costruzioni;
E’ di fondamentale importanza sapere come si
sviluppa o può svilupparsi un incendio. E’ il
punto più delicato e difficile.
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Impostazione della sicurezza:
Option 1 – Evitare il rischio, che spesso significa non
procedere con il sistema. Non è sempre una strada
percorribile, ma potrebbe essere l’unica nel caso in
cui il rischio o la probabilità di accadimento, o
entrambi fossero particolarmente elevati;
Option 2 – Ridurre il rischio, attraverso la riduzione
della magnitudo del danno, della probabilità di
accadimento e attraverso l’introduzione di misure di
controllo;
Option 3 – Trasferire il rischio, totalmente o
parzialmente, attraverso l’uso di assicurazioni o altri
meccanismi finanziari. Questa strada non è
percorribile quando le conseguenze non sono solo
finanziarie;
Option 4 – Accettare il rischio, anche se questo risulta
elevato, ma comunque per un periodo di tempo
limitato fino al momento in cui possono essere prese
ulteriori misure contenitive;
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Modellazione  parte quantitativa dell’approccio ingegneristico
Fenomeno incontrollato, minaccia per
persone e strutture
Fenomeno controllato
L’azione dell’incendio produce danni su:
Persone  Calore, Fiamma, Fumo Gas di combustione;
Costruzioni  Effetti su Acciaio, C.a., Legno, Laterizi;
L’incendio può essere di due tipi:
Incendi all’aperto;
Incendi confinati (al chiuso): L’evoluzione dell’incendio confinato dipende dal compartimento (materiali e le loro caratteristiche,
grandezza forma posizione superfici di ventilazione) e dal combustibile (Tipologia e quantità contenuta nel compartimento. I
combustibili si dividono in: sostanze solide, sostanze liquide, sostanze gassose);
In generale i materiali possono suddividersi in: Incombustibili (sostanze che non bruciano); Difficilmente combustibili (sostanze
che smettono di bruciare se non a contatto con una sorgente di ignizione); Combustibili (sostanze capaci di bruciare da sole,
dopo l’ignizione); Facilmente accendibili (sostanze capaci di bruciare per un’ignizione debole); Difficilmente accendibili
(sostanze capaci di bruciare solo con una sorgente forte).
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Fuoco ≠ Incendio

Fasi evolutive di un incendio confinato:
Fase Ignizione: Dipende dal combustibile (Infiammabilità, umidità,
distribuzione, orientamento spaziale, velocità di decomposizione);
Fase crescita (propagazione): Dipende da quantità e orientamento
del combustibile, aperture e sup. di ventilazione del
compartimento, proprietà termoisolanti di muri e solai; Si
sviluppano Gas, si riduce la visibilità, aumenta la velocità di
combustione e l’energia termica irradiata
Flashover: Punto di transizione da un incendio in crescita ad uno
completamente sviluppato nel quale tutti i materiali combustibili
sono coinvolti simultaneamente nell’incendio (alcuni tipi di incendio
possono non avere il flashover);
Fase di pieno sviluppo: E’ influenzato dalla sup. di ventilazione,
dalla posizione e dimensione delle aperture, si ha un forte
innalzamento della temperatura e velocità di combustione, con
conseguente rilascio di calore e sviluppo di grandi quantità di fumo
e gas di combustione;
Fase di spegnimento: Decadimento progressivo dell’incendio
dovuto all’esaurimento del combustibile. In questa fase si riduce la
temperature, la velocità di combustione e il flusso di calore
generato;
La fase pre flash-over è condizionata dalla quantità di materiale combustibile in quanto nel compartimento c’è ossigeno
sufficiente per alimentare a pieno la combustione (è come se l’incendio avvenisse all’aria aperta).
La fase di incendio generalizzato, invece, è generalmente influenzata notevolmente dalla disponibilità di apporto di aria
dall’esterno.
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Produzione di fumi
I prodotti della combustione e i fumi vanno verso l’alto galleggiando sull’area più fresca sottostante.
La fiamma tocca il soffitto e si piega.
Nella fase pre-flashover si sviluppano due zone, una zona calda superiore e una zona fredda in basso.
La distinzione tra le due zone rimane delineata se sono presenti delle finestre molto grandi che permettono l’uscita dei fumi,
altrimenti la stanza si riempie di fumo e non esiste più delineazione tra le due zone.
I prodotti della combustione a contatto con la copertura subiscono un raffreddamento che provoca un rimescolamento con l’aria
dello strato inferiore creando delle turbolenze. Se la quantità smaltibile attraverso le aperture risulta insufficiente lo spessore
dello strato dei prodotti della combustione aumenta fino a raggiungere la quota pavimento.
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HEAT RELEASE RATE (HRR) o RATE OF HEAT RELEASED (RHR)
E’ necessaria la stima della variazione del valore di RHR durante un incendio.
Fisicamente lo HRR (Heat Release Rate) è il calore rilasciato dalla combustione di un materiale per unità di tempo per unità di
area (unità di peso su unità di volume).
Indica la rapidità con la quale l’energia termica viene rilasciata.
(E’difficile da determinare perché l’ossigeno durante l’incendio varia continuamente. Noi lo calcoliamo ad un istante preciso, ma
dovrebbe essere aggiornato nel tempo. Variando il quantitativo di ossigeno nel tempo varierà anche la potenza termica rilasciata
durante la combustione).
Al generico istante vale H= potere calorifico del combustibile ; mc = velocità di combustione
Esistono vari modelli  La misura dell’area sottesa del diagramma completo di tutti i tratti è pari all’ energia complessiva
liberata nel compartimento.
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Nella figura si può vedere come potrebbe accadere che non tutti gli incendi raggiungano il Flashover (curva rossa tratteggiata).
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Fase di crescita (1° tratto)
RHR = α * (t^2)  α = (10^6)/(tα^2)
I valori di tα sono tabellati sull’eurocodice E.5 in funzione
della destinazione d’uso. Rappresenta tempo necessario
a raggiungere una potenza di rilascio di calore di 1 MW.
Fase stazionaria (2°tratto)
RHRmax = RHRf * Af
La fase di crescita è limitata da un palteau orizzontale caratterizzato dal massimo valore di RHR, vincolato a sua volta dalle
condizioni di ventilazione o dal tipo di combustibile.
Tale fase si ritiene conclusa quando si è liberato il 70% dell’energia termica disponibile nel compartimento.
Fase di raffreddamento (3°tratto)
La fase di raffreddamento è ad andamento lineare con pendenza tale da garantire la congruenza con il bilancio energetico
dell’intero Locale HRR. La potenza termica rilasciata decresce per il progressivo esaurimento di combustibile.
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Per la stima della curva RHR utilizzo il CPI (M.2.6)
Lo sviluppo dell’incendio controllato dal
combustibile ha un picco più evidente di RHR,
tuttavia il suo tratto di pieno sviluppo è più
breve per il minor quantitativo di ossigeno
disponibile.
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Modellazione dell’incendio
Procedimento mediante il quale si determina il valore della
temperature dei gas nei pressi degli elementi costruttivi (ogni
materiale poi trasforma questa temperatura in temperatura propria.
Non determiniamo direttamente la temperatura dell’elemento
strutturale) .
D.M. 9/05/2007  La modellazione dell’azione incendio fa parte
dell’analisi Quantitativa.
D.M. 09/03/2007  Prende in considerazione due tipi di curve
temperatura – tempo: Nominali; Naturali.
Nominali (Approccio deterministico): Sono curve che rappresentano
essenzialmente la fase post-flashover; Applicate per l’intervallo di
tempo di esposizione, senza alcuna fase di raffreddamento; Il tratto
iniziale è molto ripido, il che implica che viene trascurata la fase di
innesco e propagazione. (4.1 D.M. 09/03/2007 o Eurocodice 1 3.2).
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D.M. 09/03/2007  Prende in considerazione due tipi di curve temperatura – tempo:
Naturali (Approccio ingegneristico): Agiscono sugli
elementi costruttivi per tutta la durata
dell’incendio fino al ritorno nel compartimento
della temperatura ambiente; (4.2 D.M.
09/03/2007 o Eurocodice)
- modelli di incendio sperimentali;
- modelli di incendio numerici semplificati(curve parametriche);
- modelli di incendio numerici avanzati;
Modelli di incendio numerici semplificati:
Curve temperatura-tempo parametriche – Appendice A Eurocodice 1(Le curve di tipo parametrico sono valide per compartimenti
antincendio fino a 500 mq, di altezza massima 4 m e con aperture solo sulle pareti laterali).
Nel caso di incendio controllato dalla ventilazione, a parità di fattore di apertura l’andamento nel tratto crescente è indipendente
dal carico di incendio. Il carico di incendio definisce solo il tempo in cui l’incendio fa raggiungere ai gas nell’ambiente il picco di
temperatura, T max. A parità di carico di incendio, con il diminuire del fattore di apertura (dell’area delle aperture) aumenta la
durata dell’incendio. Questo perché la velocità di combustione diminuisce con l’aumentare del fattore di apertura e il picco di
temperatura diminuisce con il diminuire del fattore di apertura.
“M1.9 Criteri di scelta e d’uso dei modelli e dei codici di calcolo CPI”
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Modelli di incendio numerici avanzati:
•MODELLI A ZONE (Validi solo in fase pre flashover) : Derivano da modelli di fluidodinamica computazionale sviluppati
appositamente per lo studio dell’incendio, in particolare dei flussi termici a bassa velocità dei gas di combustione. Suddividono
l’ambiente in zone macroscopiche, in numero dipendente dal livello di dettaglio desiderato all’interno delle quale sono valutate
le grandezze rappresentative. All’interno di tali zone la temperatura, la densità e la pressione siano uniformi ma variabili nel
tempo. Si risolvono separatamente le equazioni differenziali di conservazione dell’energia termica, della massa e della quantità
di moto in un piccolo numero di zone.
Dati necessari:
• le dimensioni del locale;
• le dimensioni ed il posizionamento delle aperture di
ventilazione;
• le caratteristiche delle pareti che delimitano il locale;
• il potere calorifico, la temperatura di ignizione e la
disposizione spaziale dei combustibili;
• la frazione della potenza termica totale rilasciata;
• concentrazione minima di ossigeno necessaria per far
procedere il processo di combustione;
• la curva di variazione nel tempo della potenza termica
totale rilasciata;
Il modello ad una zona applicato in incendio pienamente sviluppato (Fase post flashover);
Il modello a due zone applicato in incendio localizzato (Fase pre flashover);
Il modello a due zone permette di stabilire con sufficiente attendibilità le modalità di transizione dalla fase pre falshover a quella
post flashover e quindi consente, in sinergia con il modello ad una zona, di avere una completa descrizione dello sviluppo
dell’incendio dall’innesco l’estinzione. Le limitazioni di questi modelli sono la comprensione approssimata del fenomeno
prescindendo dalla definizione punto per punto delle caratteristiche termiche e chimiche.
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Modelli di incendio numerici avanzati:
•MODELLI DI CAMPO (CFD) I modelli numerici euleriani implementati in software commerciali di fluidodinamica computazionale
(CFD) costituiscono di gran lunga la più raffinata possibilità di simulazione di incendio attualmente disponibile. Il compartimento
è diviso in una griglia tridimensionale di piccoli cubi per i quali risolvono le equazioni di conservazione. Si tiene conto dei
cambiamenti fisici del cubetto e dei cambiamenti di stato. Questo approccio è sviluppato attraverso i metodi delle differenze
finite, degli elementi finiti o degli elementi di confine. I risultati sono tridimensionali e, se comparati con i modelli di a zone,
molto più dettagliati. Maggiore il numero di elementi, più dettagliata sarà la soluzione. I modelli di campo richiedono molto
tempo di calcolo.
Difficoltà:
• Enorme numero di scenari possibili d’incendio;
• Potere computazionale è limitato;
• Combustibile non sempre è previsto;
• Vengono risolte set di equazioni differenziali tridimensionali,
dipendenti dal tempo,non lineari, note come equazioni di Navier –
Stokes;
• Si deve specificare il valore dell’RHR (rate of heat release – velocità
del rilascio termico), che tali modelli non modificano al diminuire del
livello di ossigeno;
• Per questo motivo si deve verificare che l’RHR sia compatibile con
l’ossigeno presente nell’ambiente. Attraverso le proprietà dei
materiali di interfaccia, inoltre, si valuta la quantità di dispersione
termica;
Dati di input:
• Geometria;
• Materiali;
• HRR;
Dati di output:
• Evoluzione del fenomeno;
• Temperatura;
• Altezza dei fumi;
• Portate;
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Esercitazione
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COSTRUZIONE DELLA CURVA NOMINALE ISO 834
Le curve nominali temperatura‐tempo, che il professionista deve utilizzare per la trattazione delle problematiche riguardanti la
resistenza al fuoco degli elementi costruttivi di un edificio, sono state stabilite dal D.M. 09/03/2007.
La curva nominale standard (curva temperatura‐tempo d'incendio standard) è rappresentata dall'equazione:
Tg = 20 + 345 · log10 (8·t + 1)

Esercitazione
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Caratteristiche materiali costituenti compartimento e combustibile:
• Pareti calcestruzzo (b=inerzia termica)
• Combustibile: Nel compartimento si dovrà suppone la presenza di legna come materiale combustibile per il quale si assumono
i seguenti valori di densità e potere calorifero:
Costruzione della curva parametrica:
Per la schematizzazione di un incendio nella fase di post‐flashover quando è pienamente sviluppato, così come stabilito dal D.M.
09/03/2007, possono impiegarsi le curve parametriche che consentono di valutare la variazione nel tempo dei gas caldi in un
locale in funzione dei seguenti parametri:
• valore nominale del carico d'incendio specifico;
• geometria dell'ambiente e delle aperture di ventilazione presenti;
• caratteristiche delle pareti di delimitazione;
Occorre però osservare che le curve temperatura‐tempo parametriche, rispetto a quelle nominali, costituiscono una evoluzione
nella caratterizzazione degli incendi naturali e, contestualmente, richiedono l'applicazione di semplici espressioni matematiche
senza far ricorso a sofisticati calcoli numerici che necessitano l'impiego di computer. In letteratura sono disponibili varie
espressioni analitiche che consentono di determinare la variazione della temperatura nel tempo, sia nella fase di incendio
pienamente sviluppato, sia in quella di decadimento e, quindi, esse possono essere impiegate per la valutazione di resistenza al
fuoco di elementi costruttivi.

Esercitazione
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Il volume di combustibile è ipotizzato al centro del locale. In particolare, nota la densità e il potere calorifero del combustibile,
nelle analisi svolte il carico d’incendio sarà calcolato in funzione del volume di combustibile considerato. In particolare il valore del
carico d’incendio riferito alla superficie del compartimento può essere calcolato come segue:
Per quanto riguarda le aperture di ventilazione, il valore del fattore di ventilazione, necessario per la costruzione delle curve
parametriche e per le curve di rilascio della potenza termica, è influenzato dal numero e dalla forma delle aperture previste nel
compartimento nei diversi casi analizzati. In ogni caso le successive formulazioni ci consentono di ricavare i valori dell’opening
factor O per qualsiasi valore delle superfici di ventilazione:
Av, espressa in m2, è l’area delle superfici di ventilazione previste nel compartimento di dimensioni bi e hi;
heq è la media ponderata delle altezze delle superfici di ventilazione;
At, la superficie totale del compartimento (pareti, pavimento, soffitto),comprese le aperture, espressa in m^2;

Esercitazione
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Fase di riscaldamento
L’equazione della curva parametrica, che descrive la variazione della temperatura Tg dei gas caldi nel tempo, fornita
nell’allegato A all’Eurocodice 1, è valida per ambienti con superficie A del pavimento inferiori a 500 m2, senza aperture nel
soffitto ed aventi altezza massima di 4 m e nei quali il materiale combustibile possa assimilarsi alla carta o al legno.
Essa rappresenta una buona approssimazione della curva nominale d’incendio standard per temperature inferiori a 1000 °C ed è
descritta dall’equazione:
O, fattore di ventilazione;
b, inerzia termica espressa in J/m2 s0.5 °C, delle pareti che
delimitano il locale;
t*, tempo fittizio espresso in ore;
t, tempo;
tmax = 0.0002 qt,d/O , espresso in h, rappresenta la durata
della fase di riscaldamento dell’incendio dopo il quale viene
raggiunta nel locale la temperatura massima θmax;
qt,d= qf,d x A/At;
Il valore del fattore O di ventilazione deve essere compreso tra
0.02 e 0.2 m0.5;
l’inerzia termica delle pareti b che delimitano il locale deve
essere compreso tra i valori 100 e 2200 J/m2 s0.5 °C;

Esercitazione
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Fase di raffreddamento
Durante la fase di decadimento dell’incendio nella quale, secondo le indicazioni fornite dall’Eurocodice 1, viene consumata il
30% dell’energia termica inizialmente presente, la diminuzione della temperatura nel tempo all’interno del locale è influenzata
sensibilmente dalla tipologia, forma ed orientamento spaziale del combustibile, durata della fase di crescita e di pieno sviluppo
dell’incendio, nonché dalla superficie delle aperture di ventilazione presenti e dalle caratteristiche delle pareti di delimitazione
del locale.

Esercitazione
34

Esercitazione
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Il confronto mostra come nel caso di incendio controllato dalla ventilazione, a parità di fattore di apertura l’andamento nel tratto
crescente è indipendente dal carico di incendio. Il carico di incendio definisce solo il tempo in cui l’incendio fa raggiungere ai gas
nell’ambiente il picco di temperatura, T max.
A parità di carico di incendio, con il diminuire del fattore di apertura (dell’area delle aperture) aumenta la durata dell’incendio.
Questo perché la velocità di combustione diminuisce con l’aumentare del fattore di apertura e il picco di temperatura diminuisce
con il diminuire del fattore di apertura.

Esercitazione
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Analisi della curva di incendio naturale ottenuta con il codice fds
Fire Dynamics Simulator (FDS) è un modello sviluppato dal NIST (National Institute of Standards and Technology) che simula
l'incendio, a cui è associato Smokeview un post‐processore grafico che analizza i dati prodotti da FDS. FDS risolve una forma
delle equazioni di Navier‐Stokes per i flussi termici a bassa velocità di fumi e gas generati in un incendio. La dinamica
dell'incendio è simulata in base ai parametri che caratterizzano ciascun materiale presente nel dominio di simulazione, ciascuno
con le proprie caratteristiche di infiammabilità e combustione. In base a questi dati, FDS risolve numericamente (con un metodo
ai volumi finiti) le equazioni che modellano la reazione di combustione ed i fenomeni di trasporto, tenendo conto
dinamicamente delle mutue interazioni tra i processi. FDS è in grado di calcolare e fornire come dati di uscita i valori di tutte le
variabili, scalari e vettoriali, calcolate in ciascuna delle celle del dominio, utili alla comprensione dei fenomeni ed alla analisi
degli effetti (concentrazioni delle specie chimiche, distribuzioni delle temperature, pressioni, velocità dei gas, fumi, visibilità).

Esercitazione
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Esercitazione
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I grafici accanto mostrano come l’andamento
dell’ HRR uscente come Output dal
programma di calcolo è lo stesso di quello
calcolato con le formule dell’ Eurocodice.
Il programma permette infatti di assegnare le
caratteristiche della curva HRR, in questo
caso quella che prevede un andamento
lineare crescente, un plateau e un ramo
lineare decrescente.

I parametri richiesti da FDS utili per descrivere un particolare scenario sono contenuti in un file di testo creato dall’utente.
Con FDS si possono realizzare i seguenti modelli:
• modello idrodinamico;
• modello di combustione;
• trasmissione per irraggiamento;
• sprinkler e rilevatori;
FDS è in grado di fornire come dati di uscita, previo un opportuno settaggio della simulazione, i valori delle seguenti variabili
scalari e vettoriali a prefissati intervalli di tempo:
• temperatura, velocità e concentrazione dei gas;
• concentrazione dei prodotti di combustione;
• visibilità e pressione;
• tempo di attivazione di erogatori sprinkler e di rivelatori di calore o di fumo;
• flussi di massa e di energia;
modello FDS  centinaia di migliaia di celle e migliaia di intervalli temporali.
File di input:
• le dimensioni della griglia, la quale consiste in una o più mesh di celle uniformi. Tutti gli elementi devono avere dimensioni
conformi alla griglia: oggetti più piccoli della singola cella possono essere approssimati con la cella minima o ignorati;
• la geometria dell’edificio: è rappresentata da una serie di blocchi rettangolari;
• l’ambiente circostante: le condizioni al contorno sono applicate sulle superfici dei blocchi;
• le proprietà dei materiali: la conducibilità termica, il calore specifico, la densità, lo spessore;
• le caratteristiche della combustione;
• le quantità di output richieste;
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Struttura del file:
Parametri delle analisi organizzati in gruppi detti namelist group che rappresentano classi di parametri (LINGUAGGIO FORTRAN).
Circa trenta istruzioni individuate per mezzo di una stringa composta da quattro caratteri alfabetici. Ogni stringa del namelist
inizia con il carattere & e finisce con lo slash (/).
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Group Name:
• Gruppo &HEAD: Si assegna il nome al lavoro. (&HEAD CHID='wood', TITLE='Test' /);
• Gruppo &MESH: Definisce il dominio computazionale. Il sistema di coordinate necessario per la definizione della mesh è
conforme alla regola della mano destra. Il punto di origine è definito attraverso il primo, il terzo e il quinto valore di una sestina
di numeri reali XB e il punto finale attraverso il secondo, il quarto ed il sesto valore. La mesh è suddivisa in celle attraverso il
parametro IJK (&MESH, IJK=10,20,30. XB=0.0,1.0,0.0,2.0,0.0,3.0 /);
• Gruppo &TIME: Le condizioni riguardanti la durata della simulazione e il tempo dello step iniziale vengono attribuite
attraverso il namelist TIME. Il parametro che permette di indicare la durata è T_END (&TIME, T_END=5400. /)
• Gruppo &INIT: Stabilisce alcune condizioni ambientali all’inizio della simulazione (t=0);
• Gruppo &OBST: Definisce le ostruzioni, gli ostacoli (pareti,combustibile ecc…). In aggiunta alle coordinate, le condizioni al
contorno per gli oggetti sono specificate attraverso i parametri SURF_ID, che assegna la tipologia di superficie considerata;
• Gruppo &HOLE: Realizza un’apertura in un oggetto esistente. Se l’apertura rappresenta una porta o una finestra, è una regola
generale assicurarsiche il programma riesca a vedere l’apertura attraverso l’intera ostruzione;
• Gruppo &MULT: Permette di ripetere la presenza di ostruzioni. Moltiplica gli oggetti;
• Gruppo &VENT: Descrive le aperture sulle pareti del dominio esterno, o assegna particolari proprietà specifiche ad aree di un
OBST. E’ un’oggetto di tipo piano, perciò ha due coordinate uguali;
• Gruppo &MATL: Stabilisce il/i materiale/i di cui è composto un solido. Queste proprietà riguardano la rapidità di riscaldamento
e le modalità con cui brucia il materiale;
• Gruppo &SLCF: Permettono di registrare le varie quantità di fase gassosa in una regione dello spazio. Sostanzialmente mi
chiede cosa voglio vedere e dove;
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Group Name:
• Gruppo &SURF: definisce la struttura delle superfici di tutti i solidi e delle aperture interne al dominio o al bordo. Per
determinare le caratteristiche dell’incendio è sufficiente assegnare il valore del HRR, senza esser costretti al dover indicare il tipo
di materiale. La sorgente di incendio può essere modellata quindi solo attraverso il valore del HRRPUA, cioè del coefficiente di
rilascio termico per unità di area espresso in kW/m2. È possibile anche assegnare tipologie di superficie diverse per i vari strati
dell’oggetto (superiore laterale ed inferiore) attraverso il comando SURF_IDS che costituisce una matrice con le proprietà del lato
superiore, laterale ed inferiore;
• Gruppo &REAC: Per assegnare l’incendio si può specificare la HRRPUA nella riga della SURF oppure specificare il calore di
reazione (HEAT_OF_REACTION) attraverso i parametri termici nella riga del MATL. Le reazioni vengono indicate nella stringa REAC
nella quale i parametri principali sono: il nome identificativo della reazione; i componenti chimici della formula; frazione di massa
di comburente convertita in particolato di fumo; frazione di massa di carburante convertita in monossido di carbonio; la quantità
di energia rilasciata per unità di massa di carburante consumato;
• Gruppo &RAMP: Specifica le proprietà termiche; Il parametro T del comando RAMP può riferirsi anche al tempo (Per esempio può
fornire le caratteristiche dell’andamento della curva HRR);
• Gruppo &PART: Descrive le particelle di tipo Lagrangiane (fumo, gocce d’acqua, combustibile liquido, ecc…) e ne stabilisce le
proprietà dei vari tipi;
• Gruppo &DEVC: Definisce i dispositivi e la loro logica di funzionamento (Sprinklers, rilevatori di fumo, di calore, termocoppie);
• Gruppo &PROP: Definisce una sola volta i parametri più importanti del dispositivo;
• Gruppo &BNDF: Registrare le quantità sulle superfici di tutte le ostruzioni solide;
• Gruppo &DUMP: Controllare la velocità con cui vengono scritti i file di output e vari altri parametri generali , associati ai file di
output;
43

La visualizzazione dei risultati è tramite Smokeview
44

Nella ricostruzione di un evento quale un incendio è importante una documentazione chiara e completa. Una delle prime cose
da analizzare è l’origine dell’incendio (dolosa o colposa). Ogni particolare è importante nell’analisi di un incendio, in quanto
permette di creare quella coerenza logica necessaria alla corretta ricostruzione dell’evento.
Nell’analisi di un evento accidentale è importante analizzare:
L’Azione (incidente)
La struttura
E’ fondamentale analizzare l’interazione tra queste componenti, per avere un
quadro completo del contesto nel quale è avvenuto l’incidente
Hotel Windsor (Madrid)
• Edificio anni 70;
• 106 m altezza;
• 32 piani;
• 2 piani tecnici;
• Edificio a nucleo di c.a, pilastri esterni in c.a, elementi in acciaio, scala esterna in c.a;
Al momento dell’ incendio l’edificio era sotto manutenzione straordinaria (situazione favorevole da un lato per la
mancanza di ospiti, ma sfavorevole dall’altro in quanto potrebbero non essere presenti le difese antincendio passive)
L’incendio è avvenuto al 21° piano, sopra il secondo piano tecnico (che ha creato una compartimentazione strutturale
antincendio. Le fiamme però sono arrivate anche ai piani inferiori). L’incendio prima è salito (attraverso il core
centrale) e dopo aver bruciato tutto è sceso ai piani inferiori. Si ha avuto il collasso progressivo della parte della
struttura maggiormente interessata dall’ incendio (il collasso progressivo si sviluppa come un effetto domino, nel
quale un collasso iniziale porta al collasso degli elementi adiacenti fino al collasso totale o parziale dell’intera
struttura). Si possono notare le travi collassate in acciaio che durante la manutenzione non erano ancora protette
dalle apposite vernici e protezioni antincendio. Il propagarsi dell’ incendio è dovuto alla facilità con cui questo ha
attraversato i solai, oggetto proprio della ristrutturazione.
In caso di Incendio è fondamentale confinare l’evento. In termini strutturali è importante creare delle compartimentazioni
strutturali le quali bloccano l’incendio, i fumi, i gas e la scorretta ripartizione dei carichi.
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La Structural Fire Investigation è l’attività investigativa sugli incendi condotta sotto l’ottica dell’ingegneria strutturale.
Costituisce una metodologia di reverse engineering che utilizza tecniche di back‐analysis basate sulla Progettazione Strutturale
Antincendio divenendo così un’attività progettuale complementare valida nei procedimenti giudiziari.
Si analizza nell’ottica degli incendi confinati, quindi relativi alle strutture, e coinvolge un insieme di figure professionali 
Chimici, Meccanici, Ingegneri ecc…
Fire Investigation
‐ Investigare sugli incendi;
‐ Analisi della cause e degli errori nella Fire Investigation;
‐ Forensic Fire Engineering;
Structural Fire Investigation
‐ Back analysis della progettazione strutturale antincendio;
‐ Investigazione strutturale;
Fire Investigation sui materiali strutturali:
‐ legno, calcestruzzo, acciaio, murature;
48
La norma NFPA 921 “Guide for fire and explosion
Investigator” (Norma statunitense il cui scopo è quello di
stabilire le linee guida e el raccomandazioni necessarie per la
sicurezza o la sistematica analisi e investigazione degli
incidenti relativi agli incendi e alle esplosioni) e la norma
NFPA 1033 “Standard for professional qualifications for fire
investigator” rappresentano, ad oggi, il principale riferimento
per le attività investigative sugli incendi.
L’attività investigativa nasce per indagare le possibili cause di
un incidente, intese come serie causale nella quale più cause
concorrono ad un effetto.
E’ importante anche un analisi dei near miss (quasi incidenti)
al fine di prevenire evendi dannosi. Infatti nel periodo di
incubazione di un incidente si verificano molti near miss, che
quindi, se presenti in grande quantità, predicono il verificarsi
di un incidente.
Gli errori nel settore dell’investigazione sugli incendi in
genere non sono indipendenti l’uno dall’altro, non accadono
in contesti isolati. L’incidente è il frutto di errori interconnessi
che presi separatamente non hanno alcun senso. Ogni
progetto potrebbe avere dei difetti, dei “buchi”, che se
presenti in elevate quantità aumentano la probabilità che ci
sia un’asse di fallimento che li attraversa tutti.

Analisi delle cause e degli errori nella Fire Investigation:
• Condizioni latenti (latent condition) - decisioni assunte dal management di qualsiasi livello;
• Fattori contribuenti (contributory factors) - fattori che influenzano la performance della struttura;
• Azioni non sicure (unsafe act) - azioni o omissioni che aumentano il rischio incendio;
• Errori attivi (active failure) - azioni non sicure effettuate da coloro che sono nelle interfacce estreme del sistema organizzativo.
Producono effetti negativi sulle performance individuali;
• Errori latenti (latent failure) - decisioni gestionali apparentemente corrette ma sbagliate;
• Errore umano (human error) - azioni e le decisioni degli individui provocano effetti che possono immediatamente o
direttamente ledere la sicurezza;
• Violazioni - allontanamento dalle regole di pratica o di procedura;
Cause possibili in una attività di Fire Investigation:
• Triggering cause - La causa scatenante dell’incendio, l’episodio che ha portato all’innesco dell’incendio alimentato e favorito da
fattori remoti;
• Apparent cause - La causa apparente è la causa più probabile di un problema che comporta un errore prestazionale in genere
possiede un minimo potenziale di ripetizione;
• Intermediate cause - nodo intermedio della catena causale che parte dalla radice di un problema causa dei suoi sintomi;
• Root cause - causa profonda più basilare che può essere ragionevolmente identificata che generalmente non si ritrova
nell’ambito delle circostanze immediate dell’evento, si collocano generalmente a livello di latent failure, cioè di organizzazione;
49

La norma NFPA 921 definisce la Fire Investigation come il processo per determinare le origini, le cause e l’analisi dei guasti di
un incendio o esplosione. Tale disciplina trova collocazione nella forensic engineering la quale si differenzia
dall’ingegneria giuridica proprio per il fatto che essa si esplica nella fase processuale ed extragiudiziale con lo scopo di fornire
risposte di carattere tecnico‐scientifico a problemi giuridicamente rilevanti. Essa esamina, dunque, le questioni tecniche in
rapporto alla giurisprudenza, cercando di far convergere il pensiero dei tecnici e dei giuristi.
Il fire investigator deve utilizzare un metro di valutazione che collimi con quello del giurista al fine di evidenziare gli errori
(negligenza, imperizia, imprudenza, ecc.) selezionando quelli che non hanno un nesso diretto con l’incendio.
In ambito giudiziario è importante evidenziare nella relazione finale d’indagine se lo scenario d’incendio, che ha danneggiato la
struttura, era prevedibile o imprevedibile (black swans). Uno scenario d’incendio prevedibile comporta sicuramente delle
responsabilità mentre quello imprevedibile (black swans) cambia completamente il profilo di responsabilità in un procedimento
giudiziario.
Ingegneria legale
Ingegneria Giuridica
Ingegneria antincendio Forense (Structural fire investigation)
Il ruolo della Fire Investigation, se incentrata nella Structural fire investigation, è quello di individuare il nesso eziologico
fondato su principi scientifici che coniugano l’ingegneria strutturale con il diritto. Incentrare le indagini solo sulla causa
scatenante senza conoscere le cause pregresse/profonde porta però ad una falsificazione della ricostruzione del nesso
eziologico con notevole probabilità di fallimento dell’intera indagine investigativa in sede giudiziaria.
Attività investigativa Perizia Attività gudiziaria
Nell’ambito della fire forensic la ricostruzione investigativa, intesa come metodologia di inverse‐engineering, parte proprio dal
fallimento sino ad arrivare al concepimento della struttura. Una analisi che tiene conto della vita utile della struttura importante
per determinale le caratterisitche prestazionali di questa procedendo a ritroso nel tempo.
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Processo investigativo: 5 Fasi
• Raccolta Informazioni;
• Descrizione scena esterna;
• Descrizione scena interna;
• Controlli documentali;
• Computation fire investigation;
Cause Evidenze (Analisi semiotiche) Deduzioni Analisi compatibilità deduzioni
Il diagramma Fishbone ideato da Ishikawa, è
uno strumento di gestione per l’analisi delle
cause e può essere di ausilio nelle attività di
Structural Fire Investigation con lo scopo di
ricostruire le cause scomponendole, a sua
volta, in sub‐cause.
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Esempio di Fire Investigation in un condominio
L’investigazione può essere più o meno complessa, riguardare strutture completamente devastate da un incendio di notevole
magnitudo (accident) o interessare strutture relativamente semplici o riguardare incidenti poco rilevanti (near miss). Non tutte
le fasi sono necessarie. In base al caso analizzato si deciderà quali fasi percorrere e quali bypassare. L’investigazione quindi in
alcuni casi può essere abbastanza semplice (small), senza la necessità di espletare le ultime due fasi e quindi senza ricorrere a
controlli documentali, simulazioni con FDS, modellazioni strutturali o condurre test di laboratorio. Ci sono inoltre delle
situazioni in cui l’investigatore può condurre l’attività personalizzandola al caso specifico. Questo comporta l’eliminazione di
qualche operazione ritenuta non necessaria.
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Nel caso in argomento l’attività investigativa condotta nel condominio è del tipo personalizzata: vengono eliminate alcune fasi
considerate non utili ai fini investigativi. L’incendio in argomento interessa un edificio di grande altezza che si sviluppa su 14
piani fuori terra, è adibito a civile abitazione ed uffici ed al momento dell’incendio è occupato da circa 80 persone.
Il 26 febbraio 2008 alle ore 11,55 giunge alla sala operativa del Comando Provinciale dei Vigili del Fuoco una prima richiesta
di soccorso per principio d’incendio nell’atrio d’ingresso di un edificio. I primi operatori muniti di dispositivi di protezione
delle vie aeree, entrano nei locali della portineria dell’edificio completamente invasi dal fumo. L’accesso è ostacolato anche dal
forte calore e dalla caduta per fusione dal soffitto delle lampade di illuminazione e dei calcinacci. L’incendio, che interessa un
quadro elettrico e mobilio vario, è prontamente spento con l’utilizzo di estintori a polvere e CO2 e acqua nebulizzata. Tuttavia
il problema maggiore è costituito dal fumo che nel frattempo ha invaso e completamente saturato il vano scala, bloccando gli
occupanti. Contestualmente proseguono le operazioni di evacuazione attraverso le finestre con l’utilizzo dell’autoscala:
complessivamente vengono trasportate a terra 18 persone. Complessivamente al termine dell’intervento si conteranno venti
persone ricoverate in ospedale. Il problema dell’evacuazione dei fumi viene affrontato cercando di abbattere ad ogni piano la
porta del ripostiglio condominiale, dotato di finestra, posto nella parte finale del corridoio di piano Solo dopo circa due ore
l’edificio viene liberato completamente dai fumi. La successiva verifica strutturale non ha evidenziato particolari
danneggiamenti agli elementi costruttivi portanti. Tuttavia l’edificio è ritenuto inagibile a seguito del coinvolgimento
nell’incendio dell’impianto elettrico.
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Raccolta informazioni iniziali:
• Informazioni preliminari: prima visione della struttura da analizzare (tipologia strutturale, materiali costruttivi ecc…);
• Raccolta testimonianze ed eventi significativi: vagliate attentamente scartando notizie dubbiose o contraddittorie. Gli
eventi significati possono essere rappresentati da: allarmi scollegati, ventilazioni aperte, uscite di sicurezza bloccate,
inefficienza, impedimenti all'utilizzo o danneggiamenti alle risorse idriche, interferenze di persone nello svolgimento
delle operazioni di spegnimento;
È necessario prevedere quali dati sono più utili per identificare l’origine e le cause dell’incendio. L’attività investigativa con
vittime potrebbe comportare l’acquisizione di ulteriori dati in quanto l'incidente ha portato a lesioni personali. Il metodo per la
raccolta, conservazione e analisi dei dati è fondamentale in una attività investigativa. In genere l’investigatore non è in grado di
raccogliere tutti i dati contemporaneamente. Devono essere date delle priorità sulla raccolta al fine di evitare la dispersione dei
dati stessi per effetto di perdita, distorsione o danneggiamento. La fragilità dei dati è una guida nel definire queste priorità.
Esame esterno della scena:
L’attività investigativa trova il suo primo riscontro tramite un’opportuna rilevazione dei dati esterni. E’ proprio in questa
operazione che vengono rilevati i dati salienti riguardanti la dolosità dell’evento cioè segni di effrazione.
Conservare il più possibile intatta la scena dell’incendio consente si poter effettuare le prime ricerche delle cause ed
eventualmente avvalersi di personale in supporto. E’ inoltre importante analizzare le cause di possibili difficoltà nell’intervento
dei vigili del fuoco.
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Esame interno della scena:
La disamina interna rappresenta il cuore dell’intera attività investigativa. Essa si compone di cinque operazioni rilevanti ai fini
del report finale. In questa fase occorre cogliere ed interpretare i danni sulla struttura e sull’arredo ed interpretare i segni
lasciati dall’incendio.
In questa fase giocano un ruolo fondamentale le foto e i
video interni. La qualità delle immagini è essenziale in quanto
le fotografie devono fornire quanti più dettagli possibili per
consentire di familiarizzare con la natura del danno. Quando
si fotografa ogni particolare deve essere ripreso e, a meno
che non si utilizza un obiettivo grandangolare angolato,
possono essere necessarie diverse fotografie di ogni stanza.
Un oggetto prominente come un camino o un grande
apparecchio può essere utilizzato come punto di riferimento
nelle fotografie sequenziali per permettere di mantenere la
loro prospettiva e la loro familiarità con il luogo dell'incendio.
Allo stato attuale dell’esecuzione è possibile risalire alla tipologia e alla quantità del materiale depositato all’interno del
compartimento. Dalle testimonianze raccolte e dal sopralluogo effettuato dopo la fase di spegnimento, i materiali presenti
all’interno dell’atrio vengono utilizzati per la determinazione del possibile carico di incendio da utilizzare nella modellazione.
L’insorgere dell’incendio nell’ambito del caso in esame potrebbe essere stato generato principalmente da un sovraccarico
nell’impianto elettrico o dall’usura/invecchiamento del rivestimento dei cavi elettrici, non dimenticando che l’impianto risale
agli anni sessanta. In particolare nel punto d’innesco, dietro a due porte di legno, era installata la canalizzazione verticale per
la dorsale principale di distribuzione dell’energia elettrica alle utenze della torre, e nello stesso luogo si trovava del materiale
per le normali pulizie dell’atrio. Avendo determinato la tipologia del materiale presente in prevalenza cavi elettrici, è stato
possibile definire la reazione chimica di combustione da utilizzare nel modello, in modo tale da prevedere la quantità di fumi
prodotta dall’incendio ed il loro andamento spaziotemporale nel modo più accurato.
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Controlli documentali:
In questa fase, rappresentata in figura, è stato eseguito il controllo documentale del condominio suddiviso in tre livelli:
progettuale, esecutivo e gestionale. Tale attività ispettiva ha lo scopo di ricostruire la vita utile della struttura a partire dal
momento del suo concepimento sino ad arrivare al suo danneggiamento estrapolando cause scatenati, pregresse e incubate.
Questa fase rappresenta un nodo cruciale in ambito forense in quanto emergono i profili di responsabilità connessi a cause,
concause ed errori latenti presenti nella struttura. Un esempio di fotogramma relativo ai tre tipi di controllo è riportato nel
seguito.
Una corretta investigazione strutturale di Fire Investigation richiede a priori una buona conoscenza della struttura e del suo
contenuto. Occorre conoscenza il grado di resistenza al fuoco della struttura per valutare correttamente i danni che ha subito e
quindi capire l’affidabilità dell’intervento di adeguamento.
Si definisce struttura affidabile dal punti di vista antincendio una struttura la quale dopo l’evento incendio ha manifestato la
stessa resistenza progettata dall’intervento di adeguamento antincendio. Danni non previsti dall’adeguamento denotano errori
progettuali o esecutivi di protezione antincendio.
L’attività di controllo documentale è una operazione da svolgere fuori dalla scena ove l’investigatore dovrà ricercare:
• il progetto antincendio inerente la struttura in esame;
• il progetto degli impianti esistenti;
• schemi strutturali e tipologie di materiali utilizzati nella costruzione dell’edificio;
L’investigatore deve valutare se la scena era stata concepita con delle misure di protezione antincendio o meno valutando tutti
i dettagli esecutivi realizzati e reagenti sotto l’effetto dell’incendio. Spesso le strutture da esaminare nascono secondo un
progetto antincendio specifico, vengono realizzate in maniera differente e vengono gestite in un modo altrettanto differente.
Un’attività investigativa seria richiede un controllo accurato dell’efficienza di tutti gli impianti di protezione attiva esistenti nella
scena nonché delle valutazioni su tutti gli aspetti di natura gestionale dell’opera.
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Computational Fire Investigation:
L’effetto dei gas, che diminuiscono la capacità respiratoria, motoria e visiva, combinato con l’oscuramento prodotto dalle
particelle dei fumi in sospensione, che ostacolano la visibilità dei percorsi d’esodo e occludono le prime vie respiratorie, limita
la mobilità delle vittime, che spesso subiscono solo in un secondo tempo l’effetto dell’aumento della temperatura, come di
seguito descritto. FDS è in grado di calcolare e conseguentemente fornire come dati di uscita, tutte le variabili, scalari e
vettoriali, calcolate in ciascuna delle celle del dominio, utili alla comprensione dei fenomeni ed all’analisi degli effetti
(concentrazione delle specie chimiche, distribuzione delle temperature, pressioni, velocità dei gas, fumi, visibilità,…).
Lo scopo dello studio è stato quello di prevedere l’andamento dei fumi prodotti dall’incendio reale, definito in base alla
quantità ed alla tipologia di materiale combustibile presente nel compartimento considerato, in un volume predefinito e in
tempi confrontabili con quelli registrati dall’emergenza.
L’obiettivo è l’analisi del rischio associato all’incendio che non può prescindere dal considerare i prodotti che si formano
durante la combustione; a tal fine bisogna prendere in considerazione la loro evoluzione spazio/temporale nei tempi
dell’emergenza/evacuazione in tutto il compartimento.
Da non dimenticare i cinque obiettivi di sicurezza:
‐ riduzione delle occasioni d’incendio;
‐ stabilità delle strutture all'azione del fuoco;
‐ non propagazione dell’incendio;
‐ sicurezza degli occupanti;
‐ sicurezza dei soccorritori.
Per valutare il rischio alle quali sono stati esposti gli occupanti l’edificio durante l’incendio a causa della sola presenza di
monossido di carbonio ed anidride carbonica, è necessario conoscere il presumibile tempo di esposizione t [min], la
concentrazione di monossido di carbonio nell’aria inalata
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Considerazioni finali:
Oggi la tecnica e la scienza della Fire Engineering e l’attività di Fire Investigation permettono, anche negli edifici non recenti, di
dimostrare il raggiungimento dell’obiettivo di sicurezza e di investigazione con lo studio del comportamento del sistema in caso
di incendio. L’attività di Fire Investigation nell’ingegneria strutturale diventa quindi una vera e propria disciplina investigativa al
pari di quella di altre discipline necessaria per tutte le attività ove sono coinvolte strutture danneggiate e/o collassate per effetto
di un incendio. Le continue ricerche investigative strutturali, svolte nell’ottica della Reverse Engineering, potrebbero portare a
definire, in futuro, nuove frontiere evolutive ed innovative, sia nell’ambito dell’ottimizzazione strutturale che della robustezza e
fidatezza antincendio.
Nel caso in questione è emerso come una analisi personalizzata abbia ricostruito in maniera esaustiva le cause e l’andamento
dell’incendio. Questo permette non solo di investigare su eventi accaduti, ma permette inoltre di dare possibili spunti migliorativi
per tutte quelle situazioni considerate “non a rischio” che invece lo sono.
E’ di fondamentale importanza prestare attenzione all’accessibilita dei VDF, alla realizzazione e manutenzione degli impianti
elettrici, al posizionamento e dimensionamento delle vie di uscita e delle aperture di ventilazione nonché al posizionamento delle
attrezzature antincendio. Spesso per difetti progettuali o per via della vecchiaia degi edifici possiamo trovare situazioni
particolarmente rischiose in caso di incendio.
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Approccio prestazionale ≠ Approccio prescrittivo
Sono due tipi di progettazione differenti. Quando non è possibile applicare l’approccio prescrittivo si utilizza quello prestazionale.
In Italia:
• Se l’attività è di tipo NORMATA l’unico approccio è il prescrittivo;
• Se l’attività è di tipo NON NORMATA e non è possibile seguire l’approccio prescrittivo, si va in DEROGA e si utilizza l’approccio
prestazionale. In caso di attività NON NORMATA inoltre il progettista farà riferimento al D.M 9/03/2007. e alle NTC 2008;
(Come primo passo si può decidere di utilizzare l’approccio prescrittivo, oppure usare direttamente un approccio prestazionale).
In caso di attività NON NORMATA dobbiamo vedere se queste sono soggette o meno al controllo dei Vigili del fuoco secondo il
D.P.R n° 151 del 1/08/2011:
CAT A – Regole tecniche di rif. e basso livello di complessità;
CAT B – No Regole tecniche di rif. e maggiore livello di complessità;
CAT C – Elevato livello di complessità;
Procedura Categoria A: SCIA (segnalazione certificata di inizio attività)  Controlli a campione;
Procedura Categoria B: Consegna progetto VDF  SCIA  Controlli a campione;
Procedura Categoria C: Consegna progetto VDF (risposta 60gg)  SCIA  Controllo con sopralluogo entro 60 gg e rilascio CPI;
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Quadro normativo:
•DM 9/03/2007;
•DM 9/05/2007;
•DM 14/01/2008 – NTC;
•DM 16/02/2007;

DM 9/03/2007 – “Prestazioni di resistenza al fuoco delle costruzioni nelle attivita' soggette al controllo del Corpo nazionale
dei vigili del fuoco”
Protezione attiva – Estintori, sistemi automatici, rete idranti;
Protezione passiva – Compartimentazione, continuità strutturale (permette di far scegliere al carico dei percorsi differenti in
caso di incidenti), garanzia di collassi favorevoli (inward collapse);
Nell’ approccio prestazionale si utilizzano delle curve naturali d’incendio. Queste sono delle curve che seguono l’andamento
naturale nel tempo dell’ incendio, che tende ad estinguersi a causa della fine della presenza dell’ ossigeno (comburente) o
del combustibile, al contrario delle curve nominali che sono monotone crescenti.
E’ di fondamentale importanza una visione sistemica  vedere come si evolve la situazione nel complesso (Resistenza
struttura, Incendio ecc…)
Fornisce:
• TERMINI, DEFINIZIONI E TOLLERANZE DIMENSIONALI;
• CARICO DI INCENDIO SPECIFICO DI PROGETTO;
• RICHIESTE DI PRESTAZIONE;
• SCENARI E INCENDI CONVENZIONALI DI PROGETTO (Curve nominali e curve naturali);
• CRITERI DI PROGETTAZIONE DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI RESISTENTI AL FUOCO;
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DM 9/05/2007 – “Direttive per l’attuazione dell’approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio”
Approccio ingegneristico-prestazionale alla sicurezza antincendio, sancisce, anche da un punto di vista normativo, la
possibilità del ricorso alle metodologie dell'ingegneria antincendio prestazionale ("Fire Safety Engineering", FSE) come
strumento di analisi per la progettazione.
2Fasi:
•ANALISI PRELIMINARE (I FASE) – sommario tecnico sulla base di un analisi qualitativa
1. Definizione del progetto;
2. Identificazione degli obiettivi di sicurezza antincendio;
3. Individuazione dei livelli di prestazione;
4. Individuazione degli scenari di incendio di progetto.
•ANALISI QUANTITATIVA (II FASE) – calcoli
1. Scelta dei modelli;
2. Risultati delle elaborazioni;
3. Individuazione del progetto finale;
4. Documentazione di progetto
Successivamente viene messo in atto un Sistema di gestione della sicurezza antincendio (SGSA) (organizzazione del
personale; identificazione e valutazione dei pericoli derivanti dall’attività; controllo operativo; gestione delle modifiche;
pianificazione di emergenza; sicurezza delle squadre di soccorso; controllo delle prestazioni; manutenzione dei sistemi di
protezione; controllo e revisione).
A. Qualitativa  A. Quantitativa  Verifiche (R>S)  Risultati
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DM 14/01/2008 – NTC 08 - “Approvazione delle nuove norme tecniche per le costruzioni”
Cap 3.5 (Azioni della temperatura); Cap3.6 (Azioni accidentali quali incendi, esplosioni, urti);
La normativa prevede una combinazione eccezionale per le azioni accidentali. Nella combinazione di carico non si
considerano ne la presenza contemporanea di più azioni eccezionali ne il carico vento o sisma (Questo succede solo in Italia.
In realtà le azioni accidentali potrebbero essere presenti in maniera contemporanea).
Non esistono verifiche specifiche, ma si richiede che la struttura rispetti il requisito di ROBUSTEZZA, ossia mostrare un
degrado regolare delle qualità con l’entità del danneggiamento che subisce (Il danno deve essere proporzionale all’entità
dell’evento danneggiante, o meglio la struttura non deve essere danneggiata in maniera sproporzionale alla causa). La
robustezza viene verificata nel complesso della struttura, e non per i singoli elementi. Questa può essere valutata per
esempio attraverso la rimozione di un singolo elemento della struttura, che dovrebbe creare un danno localizzato e non il
collasso dell’intera struttura. E’ importante sottolineare che due strutture diverse hanno due modi diversi di reagire ad uno
stesso stress o evento negativo, ed una potrebbe risultare più robusta nonostante abbia minori qualità.
Il presente decreto fornisce:
• Definizioni;
• Livelli di prestazione (la differenza con il DM 9/03/2007 è che nel 1° livello le NTC consentono nessun requisito di
resistenza al fuoco);
• Classi di resistenza al fuoco;
• Procedura di analisi di resistenza al fuoco:
- individuazione dell’incendio di progetto appropriato alla costruzione in esame;
- analisi della evoluzione della temperatura all’interno degli elementi strutturali;
- analisi del comportamento meccanico delle strutture esposte al fuoco;
- verifiche di sicurezza.
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DM 16/02/2007 – “Classificazione di resistenza al fuoco di prodotti ed elementi costruttivi di opere da costruzione.”
Sono importanti gli allegati:
Allegato A – Simboli e classi ;
Allegato B – Modalità per la classificazione in base ai risultati di prove;
Allegato C – Modalità per la classificazione in base ai risultati di calcoli (Fa riferimento agli eurocodici e alle appendici
nazionali degli eurocodici);
Allegato D – Modalità per la classificazione in base a confronti con tabelle;
Bisogna tenere in considerazione che queste metologie non vanno bene per tutti i materiali. Per esempio l’acciaio va verificato
con prove specifiche in quanto è protetto dal fuoco con vernici o pannelli i quali vanno a loro volta verificati con prove
specifiche a seconda del tipo di materiale utilizzato.
DM 3/08/2015 – “Approvazione di norme tecniche di prevenzione incendi, ai sensi dell'articolo 15 del decreto legislativo 8
marzo 2006, n. 139. “
Richiama tutte le norme antincendio in vigore. E’ diviso in sezioni:
• Sezione G – Generalità;
• Sezione S - Strategia antincendio;
• Sezione V - Regole tecniche verticali;
• Sezione M – Metodi;
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A causa dell’innalzamento della temperatura negli elementi costruttivi, si generano delle trasformazioni chimico fisiche dei
materiali che li compongono a cui seguono modifica delle sezioni e modifica delle proprietà meccaniche.
66
Acciaio  Tensione di snervamento e modulo
elastico si riducono nel tempo al crescere della
temperatura. Questi vengono moltiplicati per
alcuni coefficienti.
Collasso può avvenire:
• Fenomeni di instabilità anticipata, dovuti al
decadimento della rigidezza della struttura
per l’aumento della temperatura (Si abbassa
il valore del carico critico euleriano);
• Formazioni di cerniere plastiche al crescere
della temperatura che rendono il sistema
labile. (La cerniera plastica si forma se il
Momento resistente ≤ Momento
sollecitante);

I calcoli vengono effettuati in condizioni di analisi non
lineari e non stazionarie
• Non stazionarie: la temperatura varia nel tempo
• Non lineari:
- Di Materiale: il comportamento del
materiale non è lineare con la variazione
della temperatura;
- Di Geometria: si utilizzano le equazioni di
equilibrio nella configurazione deformata in
quanto la struttura all’aumentare della
temperatura si deforma;
Il calcolatore effettua un procedimento iterativo dei
codici di calcolo, calcolandosi la matrice di rigidezza.
Infine effettua tutte le verifiche di resistenza:
Rf > Sf
67

Modellazione del trasferimento del calore (parte integrante dell’Analisi Quantitativa dell’approccio prestazionale)
A causa dell’innalzamento della temperatura negli elementi costruttivi, si generano delle trasformazioni chimico fisiche dei
materiali che li compongono a cui seguono:
• modifiche delle sezioni, come ad esempio nel caso di materiali combustibili che ad alte temperature bruciano o
perdono porzioni di sezioni)
• modifiche delle proprietà meccaniche, vedi perdita di rigidezza e di resistenza
La trasmissione dell’energia termica rilasciata dai prodotti di combustione agli elementi costruttivi è responsabile
dell’innalzamento della temperatura. Tale trasferimento di energia avviene sostanzialmente attraverso il meccanismo
convettivo e il meccanismo radiante. La conduzione invece è responsabile del flusso termico di energia all’interno
dell’elemento stesso. Le strutture metalliche si riscaldano più in fretta delle strutture lapidee (anche in virtù di spessori
ridotti dei materiali e di assenza d’acqua al loro interno) è quindi lecito considerare la distribuzione uniforme delle
temperature.
Convezione: il calore prodotto da un materiale in fase di incendio si trasmette all’aria circostante, riscaldandola e
mettendola in movimento con conseguente trasferimento di calore a superfici e/o oggetti non ancora interessati dal Fuoco;
Irraggiamento: Il calore viene trasmesso per mezzo di onde elettromagnetiche emesse dalla zona di combustione che
si trova ad alta temperatura, e viene pertanto trasferito ad altre superfici senza l’intervento di alcun mezzo di trasporto;
Conduzione: il calore si trasmette dal materiale in combustione alle zone a diretto contatto, propagandosi per via solida.
Questo è l’unico sistema di trasmissione che può intervenire in un solido o fra più solidi a diretto contatto fra loro;
La distribuzione delle temperature negli elementi si calcola tramite l’equazione di Fourier.
Diffusività termica, parametro indicativo
dell’inerzia termica del materiale. Più alto è
il valore e più velocemente si diffonde il
calore nel materiale.
69

Comportamento a freddo:
L’Acciaio presenta una simmetria per compressione e trazione;
Il Cemento Armato è un materiale composito: il CLS reagisce a compressione, l’acciao reagisce a trazione. Il valore di trazione è
1/20 di quello a compressione;
Il Legno simile al C.A, non ha un comportamento simmetrico. A trazione ha una buona resistenza, ha un comportamento fragile
e non è duttile. A compressione si distinguono 2 aspetti: compressione parallela alle fibre o ortogonale alle fibre
 Ortogonale < Parallela ;
70

Comportamento a caldo:
I comportamenti cambiano, e bisogna tener conto del cambiamento di resistenza, rigidezza ecc…
ACCIAIO
L’acciaio si comporta bene a freddo, è un materiale eccellente caratterizzato da leggerezza e snellezza che offre numerose
possibilità architettoniche. A caldo la poca massa degli elementi strutturali e l’elevata conducibilità termica provocano rapidi
incrementi di temperatura e quindi il rischio di prematuri collassi strutturali.
Eurocodice 3  Progettazione delle strutture di acciaio  Parte 1-2  Progettazione strutturale contro l’incendio.
L’Eurocodice fornisce le proprietà meccaniche dell’acciaio e i fattori di riduzione del modulo elastico e delle tensioni resistenti al
variare della temperatura.
Collasso:
• formazione di cerniere
plastiche al crescere della
temperatura che rendono
la struttura labile;
•fenomeni di instabilità
anticipata, dovuti al
decadimento della
Rigidezza;
71

ACCIAIO
L’acciaio può deformarsi il 20% della lunghezza prima di rompersi. La temperatura fa diminuire i fattori di deformazione e
tensione.
Dilatazione termica: Cresce all’aumentare della temperatura (l è la lunghezza a 20 °C, Δl e l’allungamento indotto dalla
temperatura);
Calore specifico: Cresce all’aumentare della temperatura. Per calcoli approssimati si può assumere ca= cost (ca= 465 J/kg°C
per acciaio al carbonio; 500 J/kg°C per acciao inossidabile). Si ha una transizione di fase a 735°C con una modifica della
struttura microcristallina (da fase ferritica a fase austenitica );
Conducibilità termica: Decresce all’aumentare della temperatura (λa= 54 W/m°C per acciaio al carbonio - 25 W/m°C per
acciaio inossidabile);
72

ACCIAIO
La conoscenza delle leggi di variazione delle proprietà termiche del
materiale permette, attraverso la risoluzione dell’equazione differenziale
di diffusione del calore (equazione di Fourier), di calcolare l'incremento di
temperatura dell'acciaio al variare del tempo di esposizione al fuoco: tale
operazione prende il nome di analisi termica.
Partendo dall'ipotesi per cui il calore assorbito dal materiale attraverso le
superfici esposte al flusso termico nel corso di un intervallo di tempo Δt
(s), sia uguale al calore richiesto per aumentare la temperatura interna di
ΔT (°C) ed assumendo che la sezione in acciaio si trovi tutta alla stessa
temperatura, la risoluzione dell'equazione di Fourier porta alla scrittura
della seguente espressione:
Dove:
ρ è la densità dell’acciaio (kg/m3);
hc è il coefficiente di trasferimento di calore per convezione (W/m2K);
σ è la costante di Stefan-Boltzmann (56,7 x 10-12 kW/m2K4);
ε è l’emissività risultante;
Tf la temperatura nel compartimento (K);
Ts quella nell’acciaio (K);
73

ACCIAIO
Fattore di sezione A/V (è una velocità):
permette di valutare la risposta termica di un componente in acciaio. In pratica, la velocità con cui una trave o una colonna in
acciaio aumenta la propria temperatura è proporzionale alla superficie (A) dell’acciaio esposto al fuoco e inversamente
proporzionale al volume (V) delle sezione. Un componente con un basso fattore di sezione si riscalda meno velocemente rispetto
ad uno con fattore di sezione elevato.
74

ACCIAIO
Per rallentare la velocità di riscaldamento di un elemento in acciaio è necessario rivestire le superfici esterne con materiali
isolanti, il cui compito è proprio quello di ostacolare il passaggio del calore; questi materiali possono presentarsi sotto forma di
pannelli, intonaci o vernici intumescenti (queste ultime hanno delle limitazioni di tempo rispetto agli altri).
I materiali isolanti modificano l’eq di Fourier.
La propagazione del calore all’interno di elementi protetti dipende, oltre che dal fattore di sezione, dalla conducibilità termica λi
(W/mK) e dallo spessore di (m) del materiale isolante. Come si può facilmente intuire, un aumento di temperatura relativamente
lento si ottiene con isolanti aventi bassa conducibilità termica o di elevato spessore, possibilmente abbinati a profili aventi bassi
fattori di sezione.
Nel caso inverso in cui si volesse indagare sulle cause, sull’andamento e sul comportamento dei materiali nel caso di
un incendio avvenuto dovremo tenere in considerazione l’ isostaticità o l’iperstaticità degli elementi.
La massività (fattore di sezione) incide sulla temperatura critica degli elementi strutturali. Da questo se ne deduce che
una conoscenza approfondita della progettazione strutturale sta alla base della structural fire investigation.
Infine è opportuno ricordare come in fase di progetto vengono utilizzate le curve nominali di incendio, come ad
esemòio la ISO834, ma al contrario in fase investigativa dovremo analizzare l’andamento e le temperature raggiunte
tramite opportuni modelli di calcolo che ci forniscono le curve naturali.
75

CALCESTRUZZO ARMATO
Il calcestruzzo è un materiale composto da acqua, cemento ed inerti. Anche
dopo l’indurimento, il calcestruzzo mantiene una certa porosità solo in parte
riempita di acqua non utilizzata per la formazione del gel di cemento.
Per spalling, si intende quel fenomeno che porta al degrado e al distacco improvviso, e spesso a velocità elevata, di pezzi di
calcestruzzo dal copriferro.
Ciò che succede nel calcestruzzo durante un incendio può essere riassunto nelle seguenti 5 fasi:
1. all’inizio dell’incendio le particelle di acqua sono distribuite in maniera pressoché uniforme nei pori del calcestruzzo;
2. i gradienti termici causati dal riscaldamento determinano la migrazione dell’acqua attraverso i pori del calcestruzzo;
3. la temperatura della superficie esposta aumenta rapidamente (oltre i 1000°C) e l’acqua si trasforma in vapore;
4. allorché la superficie esposta è completamente essiccata e priva di acqua inizia il fenomeno dello “spalling” in punti
localizzati;
5. lo “spalling” continua in profondità man mano che gli strati più interni di calcestruzzo sono direttamente esposti al fuoco;
In base alle modalità con cui si manifesta, lo spalling
è classificabile in tre diverse
tipologie:
• SPALLING ESPLOSIVO;
• SURFACE PITTING (Espulsione locale di inerti
superficiali);
• CORNER BREAK OFF o FALLING OFF (Distacco di
interi strati);
76

CALCESTRUZZO ARMATO
Spalling esplosivo: Avviene nelle prime fasi dell’incendio, (generalmente nei primi 30 minuti) per temperature comprese tra i
250-400 °C. Tipico dei calcestruzzi ad alta resistenza, data la loro ridotta porosità necessaria per conferire una maggiore
resistenza (High Strenght Concrete HSC). I calcestruzzi ad alta resistenza meccanica o HSC (high strenght concrete) sono
materiali caratterizzati da una resistenza meccanica a compressione superiore, Rck variabile tra 85 e 115 N/mm2 , rispetto a
quella dei calcestruzzi ordinari NSC (normal strenght concrete). Le cause dello spalling esplosivo sono legate a:
• Scarsa resistenza a trazione del materiale;
• Sezioni molto snelle (rapido riscaldamento);
• Elevata umidità elemento ( >3% in peso);
• Armature non adeguatamente ormeggiate da staffe;
• Tensioni indotte da carichi applicati;
• Elevata crescita della temperatura;
Possibili rimedi:
Al fine di limitare lo spalling esplosivo, particolarmente utile si rivela l’adozione di fibre polimeriche da miscelare nelle paste
cementizie utilizzate per la realizzazione degli elementi strutturali. Queste fibre polimeriche in condizioni ordinarie non
apportano contributo alla resistenza strutturale ma, fondendo a una temperatura relativamente bassa (T = 170°C), favoriscono
la creazione di cunicoli per la fuoriuscita all’esterno del vapore intrappolato.
Surface Pitting: Avviene principalmente nelle fasi iniziali dell’incendio. E’ caratterizzato dall’espulsione dalla superficie della
pasta cementizia di inerti prevalentemente silicei.
Corner break off/ Falling off: Avviene durante le fasi finali dell’incendio ed è caratterizzato da lento distacco di strati o porzioni
di cls a causa della forte degradazione delle caratteristiche di resistenza del materiale che non riesce a sostenere il peso delle
parti già parzialmente distaccate.
Misure di contrasto allo spalling:
Secondo l’ EC2 per cls ordinari, con contenuto di umidità < 3% in peso non sono ritenuti necessari accorgimenti particolari per il
contrasto dello spalling. In Italia sono realizzati elementi in conglomerato armato generalmente con contenuto di umidità < 2 ~
2,5 % in peso. E’ dunque possibile non adottare specifici accorgimenti.
77

CALCESTRUZZO ARMATO
Eurocodice 2  Progettazione strutture CLS  Parte 1-2  Progettazione strutturale contro l’incendio.
La prima caratteristica è la resistenza a compressione: εcu = 3.5 x 1000; εc1 = 2 x 1000.
Miglior comportamento: gli inerti
calcarei assorbono notevoli quantità
di calore prima di decomporsi in
ossido di calcio.
Fino ai 550 – 600 °C la perdita di
resistenza si mantiene contenuta. Il
cls con aggregato siliceo invece
presenta una brusca caduta intorno
ai 570°C: a questa temperatura si
ha la fase di conversione della silice
in quarzo (con aumento di volume e
degrado del cls).
La resistenza a trazione diminuisce
al crescere della temperatura.
78

CALCESTRUZZO ARMATO
Per quanto riguarda l’acciaio nel calcestruzzo:
79

CALCESTRUZZO ARMATO
Caratteristiche termiche:
Dilatazione termica: Varia in base al tipo di
aggregato;
Calore specifico: Si intende la quantità di energia
che deve assorbire l’unità di massa per subire un
incremento di 1°C. E’ più o meno costante poi si
hanno dei valori di picco che variano in funzione
del contenuto di umidità (si considera pertanto
anche l’energia assorbita per l’evaporazione
dell’acqua);
Conducibilità termica: Il calcestruzzo risponde in
maniera diversa a seconda del mix design e a
seconda del tipo e della quantità dell’inerte;
80

LEGNO
Ha un comportamento piuttosto buono al fuoco.
• La resistenza è fortemente variabile all’interno dell’elemento stesso;
• Le proprietà meccaniche sono differenti a seconda delle direzioni considerata (parallelamente o perpendicolarmente alle fibre);
• La resistenza e la duttilità sono molto differenti in trazione e compressione;
• La tensione di rottura dipende anche dalle dimensioni del campione;
• La resistenza si riduce sotto carichi di lunga durata;
Eurocodice 5  Progettazione di strutture in legno  Part 1-2  Progettazione strutturale al fuoco
La perdita di efficienza di una struttura di legno avviene per riduzione della
sezione e non per decadimento delle caratteristiche meccaniche
Con l’aumentare della temperatura, il legno inizia alcune fasi successive di
decomposizione:
• Nella prima fase il legno si riscalda e comincia l’evaporazione dell’acqua
causando un minimo ritiro del legno;
• Nella seconda fase, all’aumentare della temperatura, si innesca
l’accensione con conseguente carbonizzazione del legno fino a quando si
trasforma in cenere;
La perdita di efficienza di una struttura di legno per riduzione della sezione,
negativo dal punto di vista strutturale, è tuttavia positivo sotto due aspetti:
1. La velocità di carbonizzazione, sia in presenza di combustione viva che in
carenza di ossigeno, è sostanzialmente costante nel tempo e, nel caso di
legname uso strutturale, molto bassa, inferiore al millimetro al minuto.
Questo perché lo strato superficiale carbonizzato riduce l’afflusso di
ossigeno agli strati sottostanti;
2. Il modesto aumento di temperatura che si ha negli strati di legno
sottostanti la carbonizzazione. Questo è reso possibile grazie la ridotta
conducibilità termica del legno, all’elevato calore specifico e al consistente
contenuto di umidità. Infatti superati i 100 °C una parte di acqua migra
verso l’esterno della sezio ne trasformandosi in vapore acqueo, mentre
un’altra parte migra verso l’interno andando a saturare i pori presenti;
82

LEGNO
Ha un comportamento piuttosto buono in caso di incendio.
Nell’ Acciaio la tensione dovuta al carico rimane costante
mentre la resistenza si riduce al crescere della Temperatura.
Nel Legno la tensione dovuta al carico aumenta durante
l’incendio a causa della riduzione della sezione mentre la
resistenza del materiale risente poco dell’aumentare della
temperatura.
83
Velocità di carbonizzazione
Variazione nel tempo (mm/min) della distanza tra la
superficie esterna dell’elemento prima dell’inizio della
carbonizzazione e la superficie di carbonizzazione stessa.
• Procedura ad avanzamento monodimensionale, tiene
conto del reale avanzamento della linea di carbonizzazione,
considerando del fenomeno di arrotondamento degli
spigoli.
dchar, 0= β0 x t
β0 è la velocità monodimensionale di carbonizzazione.
• Procedura ad avanzamento nominale, trascura il
fenomeno di arrotondamento degli spigoli
dchar, n= βn x t
βn è la velocità nominale di carbonizzazione.

LEGNO
La scelta non è libera, il progettista deve effettuare un controllo sulla dimensione minima della sezione trasversale residua
Le proprietà dei materiali si calcolano sugli eurocodici:
• Metodi semplificati (Approccio prescrittivo)
• Metodi avanzati (Approccio prestazionale)  Annex B
84

LEGNO
Per quanto riguarda le proprietà meccaniche:
(2) Per la compressione perpendicolare
alle fibre, potrebbe essere applicato lo
stesso coefficiente riduttivo che per la
compressione parallela alle fibre.
(3) Per il taglio con entrambi le
componenti di tensione perpendicolari alle
fibre può essere applicato lo stesso
coefficiente riduttivo come per la
compressione parallela alle fibre.
Per quanto riguarda le proprietà meccaniche:
A differenza dell’acciaio e
del CLS la densità cambia
con la temperatura. La
conduttività cambia, è
molto bassa (0,12 W/mK), e
quindi si comporta come un
buon isolante.
85

Muratura
I laterizi tradizionali hanno buone caratteristiche di resistenza al fuoco, soprattutto se confezionati con argille d’alta qualità.
Resistono a temperature di 1000 °C, a temperature superiori iniziano a rammollire e a 2500 °C fondono.
I mattoni forati sono più sensibili al calore di quelli pieni, poiché il paramento esterno, investito direttamente dal flusso termico,
subisce una dilatazione diversa da quella delle nervature interne. Si generano così tensioni interne che posso portare alla rottura
del laterizio (rottura fragile). Tutto questo è accentuato in caso di brusca variazione di temperatura del paramento in seguito a
raffreddamento, cosa che accade frequentemente quando si impiegano getti d’acqua per l’estinzione.
La malta di allettamento e l’intonaco svolgono un ruolo fondamentale
Tipo A (parete a bassa inerzia termica): parete
confezionata con elementi di laterizio normale con
spessore di 6-8-10 cm;
Tipo B (parete a media inerzia termica): parete di
spessore ancora piuttosto contenuto 12-14-17 cm;
Tipo C (parete ad alta inerzia termica): parete in laterizio
con spessore maggiore di 17 cm;
86

Muratura
Eurocodice 6  Progettazione strutture in muratura  Part 1-2  Progettazione al fuoco
Il calore specifico va determinato tramite test
sperimentali.
Le tensioni e deformazioni determinate o da test o da
database (Annex D).
87

In conclusione:
Acciaio
• Incombustibilità;
• Assenza di acqua
nel materiale;
• Alta conducibilità;
• Sezioni snelle (alti
“fattori di sezione”);
Calcestruzzo armato
• Incombustibilità;
• Presenza di acqua nel
materiale (spalling);
• Bassa conducibilità;
• Sezioni molto spesse
(bassi “fattori di
sezione”);
Legno
• Bassa conducibilità;
• Sezioni massicce
(bassi “fattori di
sezione”);
• Combustibilità;
• Presenza di acqua nel
materiale;
88

I calcoli si fanno attraverso gli eurocodici e i relativi annessi nazionali.
La valutazione della prestazione della resistenza al fuoco di un prodotto o di un elemento costruttivo puo’ essere effettuata
mediante tre approcci:
- Confronto con tabelle (D.M. 16/02/2007 allegato D);
- Valutazioni analitiche (D.M. 16/02/2007 allegato C);
- Prove sperimentali (D.M. 16/02/2007 allegato B);
Metodi per le valutazioni analitiche (Eurocodici e relativi annessi nazionali)
EN 1991-1-2 «Azioni sulle strutture – Parte 1-2: Azioni sulle strutture esposte al fuoco»;
EN 1992-1-2 «Progettazione delle strutture di calcestruzzo – Parte 1-2: Progettazione strutturale contro l’incendio»;
EN 1993-1-2 «Progettazione delle strutture di acciaio – Parte 1-2: Progettazione strutturale contro l’incendio»;
EN 1994-1-2 «Progettazione delle strutture miste acciaio calcestruzzo – Parte 1-2: Progettazione strutturale contro l’incendio»;
EN 1995-1-2 «Progettazione delle strutture di legno – Parte 1-2: Regole generali – Progettazione strutturale contro l’incendio»;
EN 1996-1-2 «Progettazione delle strutture di muratura – Parte 1-2: Progettazione strutturale contro l’incendio»;
NTC 2008 – 3.6 Azioni eccezionali – Combinazioni delle azioni (fornisce i vari coefficienti riduttivi per la combinazione
eccezionale, impiegata per gli stati limite ultimi connessi alle azioni eccezionali di progetto);
Metodi:
• Metodi tabellari;
• Metodi analitici semplificati;
• Metodi di calcolo avanziato;
Verifiche di sicurezza in condizioni di incendio
- Nel dominio del tempo
(tempo di resistenza al fuoco di progetto > tempo di resistenza
al fuoco richiesto
- Nel dominio della resistenza
(R di progetto dell’elemento al tempo t > sollecitazione di
progetto in condizioni di incendio al tempo t
- Nel dominio della temperatura
Valore di progetto della temperatura a tempo t < valore di progetto
della temperatura critica dell’elemento (corrispondente alla perdita di
capacità portante dell’elemento)
90

Metodi tabellari
Le tabelle forniscono direttamente il valore della classe di
resistenza al fuoco in funzione di un numero limitato di
parametri. E’ un metodo rigido: i valori riportati nelle tabelle
non consentono in genere estrapolazioni o interpolazioni o
modifiche sulle condizioni di utilizzo.
• Le tabelle sono state compilate sulla base di dati sperimentali
o di risultati dell’applicazione di metodi di calcolo più accurati;
• Il metodo tabellare è disponibile solo per l’analisi di singoli
elementi esposti alla ISO 834 e le uniche tabelle ammesse sono
quelle contenute nel DM 16/02/2007, Allegato D;
• La verifica tabellare può essere effettuata da tecnici non
abilitati ai sensi della Legge 818/84, nell’ambito delle proprie
competenze professionali;
• L’EC3 non fornisce tabelle per il calcolo della resistenza al
fuoco di elementi in acciaio, esistono nell’EC2 e per altri
materiali. Esistevano delle tabelle per l’acciaio protetto ma la
possibilità di usarle è decaduta il 25/9/2010;
Metodi analitici semplificati
Il campo di applicazione dei metodi semplificati è in
genere l’analisi per singoli elementi (o sottostrutture
ma semplici).
• I metodi di calcolo semplificato non richiedono
l’utilizzo di sistemi di risoluzione complessi e si
basano su ipotesi conservative;
• I metodi di calcolo da utilizzare sono quelli contenuti
negli Eurocodici e le modalità per la classificazione
degli elementi in base ai risultati di calcoli sono
contenute nell’Allegato C al DM 16/02/2007;
• Le valutazioni di tipo analitico sono effettuate
esclusivamente da professionisti abilitati ai sensi della
Legge 818/84, nell’ambito delle proprie competenze
professionali;
Metodi di calcolo avanzati
91

ACCIAIO
Metodi analitici semplificati:
In EN 1993-1-2 § 4.2 vengono definite le principali caratteristiche dei metodi di calcolo semplificato utilizzabili per le strutture
in acciaio.
1) La resistenza di progetto Rfi,d,t viene determinata in base alla resistenza calcolata a freddo, tenendo conto della riduzione
delle caratteristiche meccaniche dell’acciaio alle alte temperature;
2) La temperatura nella sezione trasversale è generalmente considerata uniforme. Se la T viene considerata non uniforme la
Rfi,d,t deve essere modificata in funzione della distribuzione della temperatura;
3) Non è necessaria la verifica delle sezioni nette in corrispondenza dei collegamenti bullonati;
4) La resistenza nei collegamenti (bullonati e saldati) può essere considerata sufficiente se sono soddisfatte alcune condizioni:
• La resistenza termica della protezione in corrispondenza del collegamento e’ maggiore di quella dell’elemento;
• Il fattore di utilizzazione del collegamento è minore di quello di ogni elemento collegato;
• Il collegamento è progettato secondo EN 1993-1-8;
Formato di verifica
Efi,d Effetti delle azioni di progetto in caso di incendio;
Rfi,d,t Resistenze di progetto;
Valori di progetto delle proprietà meccaniche dei materiali:
k (T) Fattore di riduzione delle proprieta’ meccaniche;
M,fi Coefficiente parziale delle proprieta’ del materiale;
92

ACCIAIO
Classificazone sezioni:
Per le verifiche a freddo (NTC 2008 § 4.2.3.1);
Per l’applicazione dei metodi analitici (EN 1993-1-2 § 4.2.3.1) (0.85 Considera la variazione delle caratteristiche meccaniche
dell’acciaio);
Elementi tesi
93

ACCIAIO
Stabilità degli elementi compressi
Lunghezza libera di inflessione in caso di incendio
La lunghezza libera di inflessione degli elementi soggetti a incendio e’
analoga a quella degli elementi a temperatura ambiente.
Nel caso di strutture intelaiate, se ogni piano e’ un compartimento:
• Colonne dei piani intermedi e’ lfi = 0,5L;
• Colonne dell’ultimo piano e’ lfi = 0,7L;
94

ACCIAIO
Elementi inflessi
Classe 1,2,3
Classe 1,2
95

ACCIAIO
Elementi presso inflessi
96

ACCIAIO
Il metodo della temperatura critica
Ipotesi per l’utilizzo del metodo:
• Classificazione di duttilità delle sezioni con:
• Coefficienti parziali dei materiali γM = 1;
• Singoli elementi soggetti a N e M puri;
• Curva incendio ISO 834;
• Per le sezioni di classe 4 si assume in maniera cautelativa θcrit = 350 °;
Nel caso di elementi inflessi la resistenza all’incendio si può esprimere come una aliquota di quella a freddo:
Il coefficiente di utilizzazione a inizio incendio è proprio:
La condizione di collasso diventa:
Da kyθ si ricava θcrit .
97

ACCIAIO
Per gli elementi protetti le curve possono
essere costruite solo se sono noti I valori
dei parametri termofisici dei protettivi in
base alle norme EN 13381.
98

CALCESTRUZZO
Metodi tabellari
Consistono in prescrizioni di dimensioni minime per elementi strutturali comuni, soggetti a incendio standard.
Sono prescrizioni basate sui risultati di prove sperimentali.
Le ipotesi alla base delle tabelle riportate nell’EN 1992-1-2 sono:
• Incendio standard di durata limitata (t ≤ 240 min);
• Densita’ del cls compresa tra 2000 e 2600 kg/m3;
• Calcestruzzo ad aggregato siliceo;
L’utilizzo delle tabelle consente di ritenere automaticamente rispettate le verifiche sullo spalling, ma e’ legato a poche geometrie
fisse (metodo rigido).
Metodo tabellare A
99

CALCESTRUZZO
Metodo tabellare B
Metodo delle zone
10
0

CALCESTRUZZO
Metodi analitici: il metodo dell’isoterma a 500 °C EN 1992-1-2 Allegato B
Il metodo si puo’ applicare solo se gli elementi rispettano delle specifiche dimensioni
minime
• Si considera danneggiato il calcestruzzo che abbia raggiunto temperature maggiori
di 500 °C e si esclude ogni suo contributo alla resistenza;
• Si verifica la sezione trasversale ridotta a freddo che mantiene i suoi valori di
resistenza e modulo di elasticita’;
• Gli angoli arrotondati dell’isoterma possono essere valutati approssimando la forma
reale della curva con un rettangolo o un quadrato;
• La resistenza dell’acciaio viene valutata in base all’effettiva temperatura raggiunta;
• La sezione ridotta avrà un momento resistente ridotto;
Valutazione stato tensionale armature
10
1

Legno
• Calcolo la combinazione dei carichi e le sollecitazioni agenti;
• Calcolo resistenza a flessione a freddo fk;
• EC 5  fd,fi = (kmod,fi x f20)/ γM,fi
• kmod,fi = 1 ; f20=Kfi x fk ; γM,fi = 1;
• σd= Md/W ; W =(b x h)^2/6;
• dcher,0= β0 x t  d char,n = βn x t ;
• beff; heff  Weff  σd= Md/W eff;
10
2
LEGNO

Esercizio esempio
10
3
JI = bh3 /12 = 0.3 x 0.63 /12 = 5.40 x 10‐ 3 m4
Jh = bh3 /12 = 0.3 x 0.33 /12 = 6.75 x 10‐4 m4
k= JI/Jh × h/l = 4
MB = MD = ‐pl2/(12(1+k)) = ‐ 6 KNm
MC = ‐ (2+3k)/3(1+k) x (pl2/8) = ‐ 42 KNm
MA = ME = pl2/(24(1+k)) = 3 KNm
VA = NEd= pl/2 + (MC ‐ MB)/l = 24 KN
VF = pl ‐ 2 ((MC ‐ MB)/l) = 72 KN
Mmezzeria BC = MB + RA l/2‐ pl2/8 = 21 KNm
Utilizziamo i seguenti metodi:
• Metodo isoterma a 500°;
• Metodi Tabellari (A e B);

Esercizio esempio
10
4
L’incendio standard, viene descritto dalla curva nominale ISO 834 ed è rappresentato con una temperatura media dei gas di
combustione che cresce continuamente nel tempo in modo logaritmico secondo la relazione:
Tg = 20 + 345 · log10 (8·t + 1),
dove t è il tempo espresso in minuti e Tg la temperatura in °C. Tale curva d’incendio standard fornisce valori della temperatura
che nella maggior parte dei casi sono più elevati di quelli che effettivamente si riscontrano durante un incendio naturale;
infatti, nella fase finale di decadimento la temperatura decresce nel tempo a causa dell’esaurimento del combustibile (se non
interviene prima un’azione di spegnimento da parte dei soccorritori). È proprio per tale motivo che, cautelativamente, le
prestazioni dei materiali e degli elementi strutturali che devono possedere determinate caratteristiche di resistenza al fuoco,
poiché si trovano all’interno di attività soggette ai controlli di prevenzioni incendi, oppure perché tanto è stato stabilito a
seguito di una analisi di rischio incendio eseguita sul luogo di lavoro, vengono attualmente verificate sottoponendoli all’azione
del suddetto incendio standard; deve però rilevarsi che tale impostazione nella maggior parte dei casi risulta conservativa
perché richiede agli elementi strutturali prestazioni superiori di quelle minime necessarie in relazione all’incendio naturale che
realmente può svilupparsi in un determinato locale.

Esercizio esempio
10
5
Metodo Isoterma: Verifica trave inflessa BC
il momento resistente offerto dalla sezione a 20°C lo calcoliamo per esempio attraverso l’utilizzo di un software, oppure
attraverso l’equilibrio a rotazione intorno al baricentro della sezione considerando per il cls il così detto stress block.
Mrd = 194 KNm

Esercizio esempio
10
6
L’Eurocodice fornisce la mappatura termica per i
diversi valori di R delle sezioni più comuni.
Per la sezione 30 x 60, R60 si trova:
θarmature = 600°C

Esercizio esempio
107
La sezione, cioè, viene ridotta di 4 cm in tutte le direzioni. La “nuova” sezione avrà, quindi, dimensione: 22 x 52 cm.
Si calcola la resistenza offerta con queste dimensioni e per un valore di fyd= 0.47 x 450 = 211.5 Mpa considerando il fatto che
l’acciaio, come si vede nella tabella, si trova a 600°C e che il ky, corrispondente vale 0.47.
MRd (60’)= 92.56 KNm > MEd =21 KNm  la trave è R60.

Esercizio esempio
108
Metodo Isoterma: Verifica pilastro AB
Il pilastro, di dimensioni 30 x 30 cm, offre una resistenza a freddo pari a 45,24 kNm.
Dalle mappature dell’Eurocodice, per sezioni 30 x 30 cm, si trova che per R60, queste si riducono in tutte le direzioni di 4 cm,
quindi la sezione, dopo 60 minuti, avrà dimensioni 22 x 22 cm.
La resistenza offerta con queste dimensioni e con l’acciaio che ha resistenza Fyd = 0.47x 450 = 211.5 MPa, è 22,56 kNm.
MRd=22.56 KNm > MEd=MB = 6 KNm  la colonna è R60.

Esercizio esempio
109
Metodi Tabellari

Esercizio esempio
110
Metodo Tabellare A
Verifica pilastro AB
Verifica condizioni di utilizzo del metodo:
• Lunghezza libera d’inflessione l0= 0.7*l = 2.1 < l0max;
• As = 8.04 cm2 < 0.04 Ac = 0.04 x 900=36 cm2;
• Eccentricità e= M0Ed,fi/N0Ed,fi 6/24= 0.25m; emax= 0.15 x 0.3=0.045
0.25> emax  non verificato Non è applicabile il metodo A;
Verifica pilastro FC
• Lunghezza libera d’inflessione l0 = 0.7*l =2.1 < l0max;
• As = 8.04 cm2 < 0.04 Ac = 0.04 x 900=36 cm2;
• Eccentricità e= M0Ed,fi/N0Ed,fi 0/72=0 m; emax = 0.15 x 0.3=0.045  E’ applicabile il metodo A;
Calcolo sollecitazione in condizioni di incendio: N0Ed,fi= 0.7x72= 50.4KN.
Calcolo del fattore di riduzione per i livelli di carico:
• NRd= 0.8 fcd Ac+As fyd= 1.570 KN;
• μfi=50.4/1.570=0.03;
Per colonne esposte su più di un lato, per essere R60, devono essere rispettate le condizioni minime 200/25 (bmin/a)
valutate per il più piccolo valore di ųfi presente in tabella.  Il pilastro FC è R60.

Esercizio esempio
111
Metodo Tabellare B
Verifica pilastro AB
• n= N0Ed,fi/(0.7(Ac fcd+As fyd)) = 24*103/ (0.7(3002 x 20.8+1608 x 375))= 0.014;
• Eccentricità e= M0Ed,fi/N0Ed,fi ≤ emax;
• e = M0Ed,fi/N0Ed,fi= 6/24= 0.25m= 250 mm non è < emax  non verificato;
• e/b= 250/300 mm= 0.83 mm < 25 mm;
Non è applicabile il metodo B.
Verifica pilastro FC:
• n= N0Ed,fi/(0.7(Acfcd+Asfyd)) = 72*103/ (0.7(3002 x 20.8 + 804 x 375)) = 0.047;
• Eccentricità e= M0Ed,fi/N0Ed,fi ≤ emax; e=M0Ed,fi/N0Ed,fi= 0/72
• Snellezza λ0,fi= l0,fi/i ≤ 30;
i= 86.6 mm; λ0,fi= l0,fi/i = 0.7 x 3/0.0866= 24 < 30;
• Il carico si abbatte di un fattore η=0,7; ω=As fyd/Ac fcd = 0.1  E’ applicabile il metodo B.
CLS 25/30 fck = 25.0 Mpa;
fcd= 25/1.2 = 20.8 Mpa;
Acciaio fyk = 450 Mpa;
fyd= 450/1.2 = 375 Mpa;
Con i valori trovati di n ed ω si entra nella tabella dell’Eurocodice e si trova, in corrispondenza di R60 e di ω = 0.1 dimensioni
minime di 150/30:200/25 e poiché le dimensioni del pilastro sono 300/40  si può dire che è R60.
Dal confronto dei metodi impiegati si può concludere che,
seppure entrambi i metodi sono molto rapidi una volta note le
caratteristiche delle sezioni e le azioni sollecitanti, i metodi
tabellari sono più restrittivi.
Nel caso studiato, infatti, non sono stati applicabili per i pilastri
AB ed ED perché non sono rispettate le condizioni limite
riguardanti l’eccentricità.

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