Riqualificazione REI 180 di parete in blocchi di csl per confinamento cisterna

La parete in oggetto è una parete esistente in blocchi di cls bicamera di spessore 24cm con “cartelle di spessore 4cm e di altezza pari a 700cm. La parete ha uno sviluppo in pianta a forma di L, con lati di dimensioni 4,75m e 3,50m con nervature in C.A. composte da ferri di diametro 10mm agli spigoli ed in mezzaria al lato di lunghezza 4,75m.

Per garantire una adeguata resistenza al fuoco della parete (REI 180), è stato necessario limitare la lunghezza di libera inflessione della stessa che allo stato di fatto, essendo libera in sommità, si poteva supporre pari a 2 volte la sua altezza (2 H). Si è dovuto quindi collegare i 2 estremi dei 2 lati della parete mediante trave in C.A. con medesima resistenza al fucoco di spessore 20cm e larghezza 50cm e realizzare un cordolo in C.A. sommitale. In questo modo è stato possibile considerare la lunghezza libera di inflessione della parte pari ad alla sua altezza (H).

stato di fatto parete di confinamento cisterna esterna

Per effettuare la verifica a caldo è stato necessario determinare, per l’EI richiesto (180′), la mappatura termica del blocco e la temperature in corrispondenza delle barre su un pilastro. Questi si sono ottenuti modellando l’elemento con il programma ad elementi finiti Thermocad. Essendo la parete esterna si è utilizzato come curva d’incendio per le analisi termiche, al posto della ISO 831, la curva per incendi esterni:

modello mappatura termica a 180′

Attraverso il principio del metodo dell’isoterma 500°C (si considera resistente la sola porzione di calcestruzzo che a 180′ ha una T<500°C), si è ottenuta la sezione di calcestruzzo dei blocchi resistente a caldo. Approssimativamente ogni blocco avrà come dimensione resistente 50cm x 20cm.

L’unica azione sul muro in caso di incendio è legata al peso proprio del muro, della trave di sommità ed agli effetti del secondo ordine dovuti alla deformazione.

Si calcola la freccia dovute alla dilatazione termica durante l’incendio.

f=R(1-cos a) = 7216cm x (1-cos 2°,78)=8,49cm

dove:

R= raggio di curvatura della parete deformata;

a= angolo di rotazione della muratura ad un’estremità

DL=variazione della dilatazione sui due lati della parete

DL=DT x ac H= (700-30) x 0.00001 x 700cm=4,69cm

ac=dilatazione termica del calcestruzzo=10-5 C-1

A favore di sicurezza si ipotizza che il baricentro dell’arco di circonferenza sia ad 1/2 f:

e2= f/2=8,49cm/2 = 4,24cm

Il momento del second’ordine legato al peso del muro sarà pari a:

M2=NH/2 x e2=472.200Nmm/m

Ed il momento del second’ordine dovuto al peso della trave, supponendo che il peso di metà trave gravi su una colonna :

M3=615.500Nmm

Si procede alla verifica delle armature con i momenti sopra determinati:

As2=       M2/(0,9 x d x fyd x k)

As3=       M3/(0,9 x d x fyd x k)

Ogni ferro dovrà avere un’area minima pari ad As,tot=(As2,tot+As3)/2= (21,92+12,86)/2= 17,39mm2

di diametro minimo pari a:

d=√(4 As/p)= √(4 17,39/3,14)=4,7mm < 10mm presenti

Bisogna infine considerare la perdita di resistenza dell’acciaio alla T raggiunta dalle barre. Raggiungendo le barre una temperatura a 180′ inferiore a 400°C, le stesse non subiscono una riduzione di resistenza.

La parete ha quindi una resistenza al fuoco pari ad RE180

Il requisito I180 è soddisfatto in quanto l’incremento della T media sul lato non esposto al fuoco non supera i 140 K (coincidente con 140°C essendo una DT), e l’incremento massimo di T, in tutti i punti dell’elemento, sul lato non esposto al fuoco, non supera i 180 K (2.1.2 UNI EN 1992-1-2:2005). La muratura avrà caratteristiche REI180 in seguito alla realizzazione dei cordoli e della trave di rinforzo in C.A. in sommità.

NOTA: la parete avrà caratteristiche REI180 e non EI180, in quanto, successivamente all’intervento, svolge anche la funzione portante della nuova trave in C.A. realizzata in sommità.

nuova trave in C.A. con caratteristiche REI180 realizzata in sommità alla parete
trave in C.A. gettata in sommità alla parete REI180

Valutazione analitica e CERT.REI di parete in C.A. esterna per confinamento serbatoio

Nel presente articolo si riportano le verifiche analitiche al fuoco delle strutture di una parete in C.A. di altezza pari a 5,3m. La parete di spessore 25cm ha una larghezza in pianta pari a 4,00m ed agli estremi è stata irrigidita mediante la realizzazione di n.2 lesene dello stesso spessore.

parete tagliafuoco in C.A.

La parete è stata vincolata in fondazione con ferri di chiamata di diametro 16mm e passo 20cm su entrambe le facce della stessa. Le lesene sono state armate con barre di diametro 16mm e passo 25cm. L’armatura diffusa della parete è composta da una maglia di barre di diametro 8mm passo 20cm in entrambe le direzioni su entrambe le facce e un irrigidimento di barre verticali in mezzeria formato da n.4 barre F16 con copriferro pari a 3,5cm. La parete poggia su una fondazione a platea di dimensioni 450cm x 205cm e cordoli di fondazione, entrambe su pavimento industriale in calcestruzzo armato. La platea ed i cordoli sono stati ulteriormente vincolati al pavimento industriale mediante fissaggio diffuso con resina epossidica di barre d’armatura.

A favore di sicurezza si è utilizzata la curva di incendio nominale standard ISO 834, nonostante la parete sia all’esterno e quindi sarebbe stato plausibile l’utilizzo di curva nominale da incendio esterno.

Per effettuare la verifica a caldo è stato necessario determinare per l’EI richiesto (EI120), la mappatura termica della parete e la temperature in corrispondenza delle barre d’armatura. Questi si sono ottenuti modellando l’elemento con il programma ad elementi finiti Thermocad.

mappatura termica a 120′

Dall’analisi termica  i valori di temperatura con il maggior delta termico tra le 2 facce (esposta e non esposta) sono 1018°C e 28°C.

Le barre F16 più esposte a 120’ hanno una temperatura pari a 452°C e le barre F8 pari a 482°C.

resistenza residua delle barre d’armatura a 120′

A 120′ l’acciaio compresso possiede il 61,29% delle resistenza a freddo. In questa particolare condizione di vincolo (incastro alla base) la deformata comprime le barre sul lato fuoco, in modo opposto rispetto alla deformata che si avrebbe comunemente per i muri di compartimento interni.

Pur non subendo riduzioni di resistenza, si considererà anche l’acciaio lato teso con una resistenza ridotta dello stesso valore dell’acciaio compresso, anche se l’acciaio teso raggiunge temperature notevolmente inferiori e la riduzione di resistenza ha un andamento meno veloce di quello compresso.

riduzione resistenza acciaio lento teso e compresso in funzione di T

Attraverso il principio del metodo dell’isoterma 500°C (si considera resistente la sola porzione di calcestruzzo che a 120′ ha una T<500°C) otteniamo la sezione di calcestruzzo resistente a caldo. Approssimativamente lo spessore di parete resistente a caldo sarà di 21,5 cm (25cm-3,5cm).

Si è ipotizzato, a favore di sicurezza, che la parte di parete più sollecitata dall’incendio sia quella di lunghezza 4m, considerando le due lesene laterali come vincoli laterali alla stessa. Sempre a favore di sicurezza, si sono considerati i 2m centrali della parte come se fossero liberi da vincoli laterali, andando a calcolare la deformata della stessa, dovuta all’incendio, ipotizzando la parete incastrata alla base e libera in sommità. Si è poi individuata la sollecitazione della parete in configurazione deformata (momento del secondo ordine dovuto al peso proprio):

momento del second’ordine in configurazione deformata a 120′

Si passa infine alla verifica della sezione:

verifica a pressoflessione della sezione in configurazione deformata a 120′

Elementi in c.a.p. protetti con vernice intumescente e relativa certificazione – CERT.REI.

Si riporta di seguito l’analisi svolta su una copertura in tegoli precompressi su un edificio nel comune di Carnate in provincia di Monza e Brianza. Dalle analisi svolte sull’esistente, eseguendo una valutazione analitica si riusciva a garantire una resistenza della struttura pari ad R 30, inferiore a quella richiesta dal progettista antincendio e pari ad R60.

mappatura termica tegolo non protetto a 30′ – valutazione analitica C.A.P. – CERT. REI

Per ottenere la resistenza richiesta di R60 si è proposto il seguente intervento:

proteggere i tegoli con vernice intumescente o intonaco alleggerito antincendio (in quest’ultimo caso, previa valutazione dell’incremento di carico) o altri dispositivi certificati.

tegolo non protetto – valutazione analitica C.A.P. – CERT. REI

La ditta incaricata di eseguire le opere di protezione ha richiesto al sottoscritto di individuare marca, tipo e quantitativo di vernice intumescente in grado di proteggere i tegoli in questione.

Si evita di indicare produttore e marca della vernice ma si indicano le prescrizioni imposte dal produttore ed il rapporto di equivalenza della vernice.

Innanzi tutto il produttore ha prescritto l’applicazione di un primer in una quantità pari a 100g/mq.

Prima di procedere ad applicare la vernice bisognerà attendere almeno 5ore per l’asciugatura del primer.

La vernice dovrà esser applicata in una quantità pari a 1,1Kg/mq in 2 mani (la ditta consiglia applicazione a spruzzo con macchina ad alta pressione e pescante rigido).

Sia il primer che la vernice andranno applicate anche dove ora sono presenti le lampade, previo smontaggio delle stesse per liberare la superficie del tegolo da trattare.

Si è eseguita quindi l’analisi strutturale rieseguendo la mappatura termica della sezione andando a applicare uno strato di cls, ottenuto tramite il rapporto di equivalenza contenuto nel rapporto di valutazione, che riporta, per uno spessore di 471 micron di film secco di vernice uno spessore equivalente di cls, a 60′, pari a 27mm.

Essendo il minimo residuo secco in volume della vernice, pari al 57%, ed essendo la massa media pari a 1300g/l (0,77 l/Kg), applicando 1,1 kg/mq di superficie ed essendo 1 litro pari ad 1mm di spessore su 1 mq, verranno applicati 1,1Kg x 0,77l/kg x 57% = 0,482 lsecchi = 0,482 mm = 482micron di film secco >471micron.

L’elemento n. S1 è un tegolo in C.A.P.. e le nervature sporgono di 39cm e sono armate con n.7 trefoli formati tre fili di diametro circa 4mm intrecciati con copriferro minimo pari a circa 2,5cm sia laterale che inferiore.

Non essendo a conoscenza di tutte le caratteristiche che caratterizzano i tegoli precompressi si valuterà la resistenza al fuoco degli stessi in funzione della temperatura raggiunta nei vari intervalli temporali dalle armature. Questo metodo risulta essere conservativo rispetto ad un metodo analitico che tiene conto anche dell’eventuale sovraddimensionamento della struttura e che paragona le azioni agenti con quelle resistenti.

Considerando le combinazioni di carico in condizioni eccezionali che, a favore di sicurezza, ipotizzando tutti i carchi permanenti, sono il 30% inferiori a quelle in condizioni ultime si ha:

Ed,fi= hfi x Ed con hfi = 0,7

Anche i coefficienti parziali dei materiali in condizioni di incendio vengono presi con valore unitario al posto di gammas=1,15.


Per determinare la resistenza al fuoco della struttura è stato quindi sufficiente andare a realizzare la mappatura termica della sezione, valutare la temperatura nelle barre di armatura e correlarle con il decadimento della resistenza in funzione della temperatura.

L’analisi, a differenza di quelle effettuata nello stato di fatto, prevede un modello con applicato uno spessore di cls protettivo pari a 2,7cm (equivalente a 471 micron di film secco).

mappatura termica tegolo protetto con vernice intumescente a 60′ – valutazione analitica C.A.P. – CERT. REI

Si riportano di seguito i link ai siti dei principali produttori di vernici intumescenti:

Certificazione EI120 murature in blocchi di cls (pareti tagliafuoco con altezze maggiori di 4m) armati con nervature interne in C.A.

Immagine

Si riporta di seguito la valutazione eseguita per la certificazione di resistenza al fuoco di una parete tagliafuoco (non portante) da realizzare nel comune di Landriano (in provincia di Pavia).

particolare di una delle pareti tagliafuoco realizzate

Questa è la tipologia di strutture più ricorrenti per le quali ci viene richiesta la certificazione di resistenza al fuoco, sia nel caso di pareti esistenti sia nel caso di pareti di nuova realizzazione. Nel caso qui esposto, essendo un manufatto di nuova realizzazione, si sono eseguite anche le verifiche a freddo, tra cui quelle relative alla spinta del vento ed alle sollecitazioni sismiche. Oltre alla verifica a flessione si è eseguito il progetto e la verifica a taglio della parete che si considera incernierata alla base ed in sommità e vincolata tramite barre da C.A.. Le barre in sommità sono libere di scorrere realizzando un tipo di vincolo a manicotto per permettere la naturale deformazione dei tegoli di copertura. Il vincolo a manicotto è di semplice realizzazione in quanto è sufficiente “annegare” all’interno delle nervature verticali le barre d’armatura mentre nelle solette di copertura viene realizzato un foro all’interno del quale le barre stesse sono libere di scorrere.

sezione manicotto in sommità – (particolare allegato al CERT.REI ed ai disegni esecutivi consegnati all’impresa)

Le sollecitazioni sismiche si sono ottenute in funzione del luogo applicando le sollecitazioni previste dalle N.T.C. 2018:

Fa=(Sa Wa)/qa [7.2.1]

dove

Fa è la forza sismica orizzontale distribuita o agente nel centro di massa dell’elemento non strutturale, nella direzione più sfavorevole, risultante delle forze distribuite proporzionali alla massa;

Sa è l’accelerazione massima, adimensionalizzata rispetto a quella di gravità, che l’elemento non strutturale subisce durante il sisma e corrisponde allo stato limite in esame (v. § 3.2.1);

Wa è il peso dell’elemento;

qa è il fattore di duttilità del componente. Per schemi di calcolo a mensola incastrata qa= 1, mentre per altri schemi di calcolo qa = 2.

In assenza di specifiche determinazioni, per Sa e qa si è fatto riferimento a documenti di comprovata validità.

Sa = S ag/g [3 (1 + z)/(1+(1-t)2) – 0.5]

Verifica a caldo

Per effettuare la verifica a caldo è stato necessario determinare per l’EI richiesto (120′), la mappatura termica del blocco e la temperature in corrispondenza delle barre su un pilastro. Questi si sono ottenuti modellando l’elemento con il programma ad elementi finiti Thermocad  ed i risultati numerici si riportano nei seguenti grafici:

modello e mappatura termica per valutazione analitica di resistenza al fuoco (valutazione indicata negli allegati al CERT. REI)

Si è proceduto determinando la riduzione di risistenza delle barre in funzione della temperatura raggiunta a 120′ e andando ad individuare la sezione reisstente ci cls utilizzando il metodo dell’isotermo 500.

decadimento di resistenza delle barre d’armatura in funzione della temperatura – grafici allegati alla valutazione analitica di resistenza al fuoco indicata negli allegati al CERT. REI

L’analisi a caldo dovrà eseguirsi in condizione deformata, in quanto, per effetto della temperatura, il lato esposto all’incendio genererà una dilatazione del materiale e la formazione di una curvatura della parete (la parete tenderà a “spanciare” sul lato esposto al fuoco); per questo motivo si dovranno valutare le sollecitazioni di flessione dovute all’eccentricità del peso proprio in condizione deformata e valutando quindi il momento di secondo ordine generato

calcolo momento secondo ordine da deformata – (valutazione analitica di resistenza al fuoco allegata al CERT.REI.)
sezione resistente a caldo (metodo dell’isoterma 500)
(valutazione analitica di resistenza la fuoco allegata al CERT.REI.)

Si è determinata per tentativi la dimensione delle nervature, il passo e il diametro delle barre di armature. Nel caso in esame, per uno spessore della muratura pari a 19,5cm, una altezza della parete di circa 5,5m, con un passo delle nervature di 3m, si sono armate le stesse con n.4 barre di diametro 8mm.

calcolo delle barre di armatura necessarie a garantire la resistenza EI120 richiesta (valutazione analitica di resistenza la fuoco allegata al CERT.REI.)


Certificazione R90 di lastre predalles senza dispositivo antiscoppio (sfoghi delle sovrapressioni)

In primo piano

Un problema diffuso, soprattutto in autorimesse esistenti e datate, è la presenza di solette di copertura in lastre predalles prive di dispositivi antiscoppio. Un esempio di dispositivi antiscoppio (denominato anche sfiato di sicurezza) è riportato alla pagina del produttore Ruredil https://www.ruredil.it/prodotti/jet/.

Si riporta di seguito la procedura utilizzata per la certificazione di lastre predalles prive di dispositivi antiscoppio all’interno di un’autorimessa nel comune di Paderno Dugnano in provincia di Milano.  La certificazione mediante metodo tabellare, e quindi secondo la tabella D.5.1 Allegata al D.M.16/02/2007, prevede la presenza di dispositivi antiscoppio. Sarebbe stato possibile seguire l’approccio tabellare, andando ad eseguire un foro sulla parte inferiore della lastra predalle in corrispondenza di ogni alleggerimento. Per evitare tale tipo di lavorazione si è preferito procedere alla valutazione analitica della resistenza al fuoco delle solette.

tabella D.5.1 – D.M. 16/02/2007 – valutazione tabellare solette – resistenza al fuoco caratteristica R – le solette predalles rientrano nella tipologia “solai a lastra con alleggerimento”

Prove sperimentali hanno evidenziato che lo scoppio del fondello della lastra predalles, utilizzando la curva di incendio alla ex C.M. n.91/61, avvenga intorno al 20° minuto.

Ciò premesso è stato possibile analizzare la lastra predalles imponendo che le nervature della stessa (non più protette dal fondello in C.A. per via dello scoppio dello stesso) si trovino improvvisamente sollecitate da una temperatura che non è quella all’istante zero della curva ISO 834 (20°C), ma quella corrispondente a 20′ dall’inizio dell’incendio (785°C). Pertanto, si è verificata la sezione allo stato limite ultimo, utilizzando la combinazione dei carichi “eccezionale” e si è determinato il tempo “X” a cui la sezione del solaio giunge a collasso, sotto l’azione dell’incendio standard “traslato” di 20′.
Si è determinata così la resistenza al fuoco data da: R= X+20 [minuti]

CURVA ISO 834 TRASLATA DI 20′

Essendo richiesta una resistenza di 90′, si sono effettuare le verifiche con le temperature  al 70° minuto della ISO 834 traslata di 20′. La verifica con le condizioni sopra riportate hanno permesso di certificare la soletta per la resistenza al fuoco richiesta dal progettista antincendio e pari ad R90 senza dover eseguire interventi di protezione.

mappatura termica a 70′ (ottenuta con sollecitaz. della curva ISO 834 traslata di 20′) –                    soletta predalles R 90