CERT.REI – come verificare al fuoco colonne / putrelle in acciaio? Il nomogramma.

La presente analisi riporta la valutazione di resistenza al fuoco di una colonna in acciaio (HEB140) nello stato di fatto e la determinazione della protezione da applicare per ottenere la resistenza al fuoco (R60) richiesta dal progettista antincendio.

pilastro acciaio REI
pilastro acciaio esistente – cert.rei

La valutazione si esegue utilizzando il nomogramma. Il grafico e la descrizione dettagliata della metodologia di applicazione del metodo sono scaricabili dal link https://www.promozioneacciaio.it/cms/it4909-nomogramma.asp

La procedura prevede il rispetto di determinate ipotesi tra cui:

 -la curva di incendio utilizzata è quella standard (la ISO834);

-il metodo non è applicabile per elementi soggetti a sollecitazioni composte ed è quindi applicabile solo ad elementi soggetti a trazione pura o flessione pura o compressione pura.

Il nomogramma riporta le curve di riduzione delle caratteristiche meccaniche dell’acciaio in funzione della temperatura:

RIDUZIONE RESISTENZA ACCIAIO FUOCO - INCENDIO
RIDUZIONE RESISTENZA ACCIAIO AL FUOCO (IN FUNZIONE DI T)

Per la classificazione di duttilità dei profili in caso di incendio, epsilon assume il seguente valore:

L’incremento di temperatura negli elementi in acciaio è legata a 2 fattori:

1. il fattore di sezione dato dal rapporto tra la superficie esposta all’incendio ed il volume (per profili a sezione costante corrisponde al rapporto tra il perimetro della sezione e l’area);

2. le proprietà termiche del materiale di protezione (conducibilità termica, calore specifico e densità). Le proprietà termiche dei materiali più comuni sono riportate nella tab. 9 allegata al documento del nomogramma o possono essere reperite all’interno delle schede tecniche dei prodotti utilizzati.

Sarà necessario definire i coefficienti k1 e k2 per considerare gli effetti, su elementi iperstatici, della distribuzione non uniforme della temperatura trasversalmente e lungo l’asse dell’elemento.

Nel caso in esame, dovendo analizzare una colonna soggetta a compressione semplice, si riporta lo stralcio del procedimento di calcolo della temperatura critica per elementi compressi, contenuto nel documento del nomogramma.

instabilità nomogramma - REI ACCIAIO COMPRESSIONE
procedimento di calcolo NOMOGRAMMA REI ACCIAIO

Per procedere al calcolo della resistenza al fuoco dell’elemento è necessario determinare il fattore di sezione che è differente per elementi protetti e per elementi non protetti:

nomogramma fattore di sezione elementi non protetti
nomogramma fattore di sezione elementi non protetti
nomogramma fattore di sezione elementi protetti
nomogramma fattore di sezione elementi protetti

Si è quindi proceduto ad effettuare l’analisi dei carichi ottenendo la sollecitazione assiale in condizioni di incendio:

P.p. trave: (2500Kg/m3x0,4×1,05×2,3)                                                                     2415Kg

P.p.+Perman. Soletta copertura: (250Kg/m2  + 200Kg/m2) x (2,3mx6,5m)=          6727Kg

Acc. Soletta copertura: = 0,3 x 200 x (2,3mx6,5m)=                                                           897Kg

Nfi,d= 2415Kg + 6727Kg + 897= 10039Kg= 100,39KN

Attraverso un foglio di calcolo è stato possibile determinare, interpolando i valori riportati nelle tabella 5 del nomogramma, la temperatura critica dell’elemento.

CALCOLO TEMEPERATURA CRITICA - COLONNA ACCIAIO
CALCOLO TEMPERATURA CRITICA – COLONNA ACCIAIO
REI ACCIAIO tab. 5 nomogramma
tab. 5 nomogramma

Intersecando quest’ultimo valore (678°C) con il fattore di sezione (per sezione non protetta) dell’ HEB 140 ed esposta su tutti i lati (calcolabile come perimetro/area della sezione e riportato nelle tabella 12 del documento Nomogramma), pari a 187m-1 è stato possibile determinare la resistenza al fuoco della colonna in acciaio che è risultato pari a R15.

Essendo però richiesta una resistenza della colonna pari ad R60 si è supposto di proteggere con lastre in calcio silicato la colonna. Per determinare lo spessore necessario delle lastre in calciosilicato, si è ricorso sempre al nomogramma, utilizzando le curve tratteggiate (relative agli elementi protetti).

nomogramma acciaio rei lastra calciosilicato
nomogramma acciaio – rei con e senza lastra calciosilicato

Attraverso il nomogramma si determina il valore di Ap/V x lp/dp= 2000 circa, intersecando la T critica con i 60 minuti di resistenza richiesta (a favore di sicurezza, essendo in realtà leggermente superiore) da cui si ottiene lo spessore di protettivo per protezione “scatolare”

dp> Ap/V x lp/2000 =130 x 0,15/2000=0,0097m

dove Ap/V per HEB140=130

lp=per lastre di silicati= 0,15

Sarà quindi sufficiente “inscatolare” il profilo con lastre in calciosilicato di spessore 1cm perchè la colonna abbia una resistenza al fuoco pari ad R60.