Progettazione delle strutture di acciaio di capannoni mediante l’applicazione dei metodi di ingegneria della sicurezza antincendio

Documento a cura della Commissione per la Sicurezza delle Costruzioni in Acciaio in caso d’incendio (Ministero dell’interno – Fondazione Promozione Acciaio).

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Premessa

Il tema della progettazione in caso di incendio delle strutture di acciaio di edifici industriali è stato oggetto di numerose attività di ricerca condotte in ambito europeo, centrate in particolare sull’applicazione dei criteri di valutazione della sicurezza mediante approccio prestazionale. Questo tema è stato affrontato in recenti attività della Commissione per la Sicurezza delle Costruzioni in Acciaio in Caso di Incendio nei documenti : “Progettazione in caso di incendio delle strutture di acciaio di capannoni industriali – Modellazione termofluidodinamica di scenari di incendio” e “Progettazione in caso di incendio delle strutture di acciaio di capannoni industriali – Modellazione termo-meccanica di scenari di incendio”, avendo come riferimento i criteri di applicazione della normativa nazionale, in particolare il Decreto Ministeriale 3 agosto 2015, che sull’argomento è stato fautore di importati novità. Il presente lavoro si propone di riassumere i risultati di queste recenti attività.
Questa memoria fa parte delle attività dedicate allo studio della sicurezza antincendio di capannoni industriali di acciaio, condotte dalla Commissione Tecnica per la Sicurezza delle Costruzioni di Acciaio in caso di Incendio, istituita da Fondazione Promozione Acciaio.

Progettazione delle strutture di acciaio di capannoni industriali mediante l’applicazione dei metodi di ingegneria della sicurezza antincendio
Sandro Pustorino, Paola Princi – Structura Engineering srl
Emidio Nigro, Anna Ferraro – D.I.ST. – Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Università di Napoli “Federico II”
Franco Bontempi, Chiara Crosti – Università degli studi di Roma Sapienza, Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica
Luca Ponticelli, Claudio Mastrogiuseppe – Corpo Nazionale Vigili del Fuoco

Sommario
Il tema della progettazione in caso di incendio delle strutture di acciaio di edifici industriali è stato oggetto di numerose attività di ricerca condotte in ambito europeo [1], [2], centrate in particolare sull’applicazione dei criteri di valutazione della sicurezza mediante approccio prestazionale.
Questo tema è stato affrontato in recenti attività della Commissione Tecnica [7] (qui riproposto come allegato tecnico), [8], [9], avendo come riferimento i criteri di applicazione della normativa nazionale, in particolare il Decreto Ministeriale 3 agosto 2015, che sull’argomento è stato oggetto di importati novità.
Il presente lavoro si propone di riassumere i risultati di queste recenti attività.

INTRODUZIONE
La progettazione in caso di incendio di un capannone industriale deve essere condotta tenendo in considerazione i livelli di prestazione minimi fissati per le strutture portanti dalla normativa nazionale vigente [3]. In questa sono indicati i criteri applicabili per la determinazione dei requisiti di resistenza al fuoco delle strutture portanti (soluzioni conformi, approccio prescrittivo) o, in via alternativa, delle prestazioni della struttura portante in condizioni di incendio (approccio ingegneristico).
Facendo riferimento al caso specifico dei capannoni industriali monopiano, una volta verificate alcune caratteristiche geometriche e funzionali dell’attività, le disposizioni normative specificano il livello di prestazione II, individuando l’obiettivo della sicurezza in caso di incendio nel mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo sufficiente all’evacuazione degli occupanti in luogo sicuro all’esterno della costruzione.

L’evoluzione dei criteri normativi definiti per la valutazione delle prestazioni di resistenza al fuoco delle strutture di acciaio, in particolare delle cosiddette parti fuoco degli Eurocodici, e degli strumenti di calcolo a disposizione dei progettisti, consente oggi la possibilità di progettare la struttura portante degli edifici in caso di incendio eseguendo la verifica puntuale di queste prestazioni.
Nel presente lavoro, come anticipato in precedenza, sono state analizzate alcune procedure di calcolo previste per la progettazione strutturale di questi edifici mediante l’applicazione
dell’approccio ingegneristico. Questa analisi è stata condotta facendo specifico riferimento ai risultati di due recenti progetti di ricerca europei [1], [2] e tenendo in considerazione i criteri normativi in vigore per la progettazione degli edifici industriali in ambito nazionale, in particolare il Decreto Ministeriale 03 agosto 2015 [3].

ATTIVITÀ DI RICERCA SULLA SICUREZZA IN CASO DI INCENDIO DEGLI EDIFICI
INDUSTRIALI IN ACCIAIO

Introduzione

Di seguito sono riassunti alcuni risultati di due recenti progetti di ricerca europei [1] e [2] sulla sicurezza in caso di incendio di edifici industriali realizzati con struttura di acciaio.
Analisi della sicurezza in caso di incendio di capannoni industriali realizzati con struttura di
acciaio.
Nel progetto di ricerca “FLUMILOG – Essai d’incendie dans un entrepôt en construction
métallique” [2] è stata svolta un’ampia indagine sulla sicurezza in caso di incendio dei capannoni  industriali realizzati con struttura di acciaio adibiti a deposito. Questa ricerca è stata condotta anche con l’ausilio di verifiche sperimentali di incendio in grande scala.

In questo lavoro è stato eseguito uno studio parametrico per valutare l’influenza relativa delle diverse misure tecniche di prevenzione incendi sulla sicurezza dei capannoni industriali. Gli edifici oggetto dello studio sono edifici monopiano, realizzati con struttura di acciaio, utilizzati come deposito di materiali di tipo cellulosico o di tipo plastico.
Il criterio impiegato per l’analisi della sicurezza degli occupanti è basato sul confronto tra:

• RSET, Required Safe Escape Time, tempo richiesto per il movimento degli occupanti dalla loro posizione inziale fino all’esterno dell’edificio o fino ad una posizione sicura;
• ASET, Avalaible Safe Escape Time, tempo a disposizione nei riguardi dei livelli prestazionali, sia relativi ai livelli di tossicità, sia ai livelli termici che a quelli del collasso strutturale.

Il calcolo di RSET è eseguito mediante la somma dei seguenti fattori:
– tempo di rilevazione,
– tempo di allarme,
– tempo di evacuazione, intesa come somma del tempo di pre-movimento (tempo di riconoscimento + tempo di risposta ) e del tempo di percorrenza.
Le soglie di prestazione per definire ASET sono relative ai seguenti fenomeni:
– oscuramento della visibilità da fumo;
– gas tossici;
– calore (temperatura massima sugli occupanti);
– calore (irraggiamento sugli occupanti);
– collasso della struttura di acciaio.

Nell’ambito dello studio parametrico la soglia di prestazione relativa al collasso strutturale è stata definita facendo riferimento al valore di temperatura in corrispondenza della struttura di copertura pari a 650°C. Questa ipotesi deriva dalla constatazione che questo valore di temperatura della struttura di acciaio sia compatibile con le verifiche di sicurezza condotte su strutture di acciaio non protette adeguatamente progettate in condizioni di incendio con i criteri di applicazione dell’approccio ingegneristico.
E’ interessante notare come i criteri di valutazione dei parametri dell’esodo e le normative di riferimento per la valutazione dei livelli prestazionali impiegati nella ricerca siano conformi ai criteri di riferimento riportati nella normativa nazionale vigente [3].

Nello studio sono stati considerati i seguenti parametri:
– area del compartimento (1.000, 3.000, 6.000, 10.000 m2);
– altezza del compartimento (6, 12, 16 m);
– altezza delle scaffalature;
– numero e superficie degli evacuatori di fumo in copertura (1, 2, 5, 10, e 25% dell’area della copertura);
– altezza degli schermi di fumo (1 o 2 m);
– posizione del focolaio di ignizione (centro o angolo del deposito);
– tipo di materiali depositati nelle scaffalature (cellulosico o plastico);
– numero di uscite per compartimento;
– numero di occupanti;
– presenza di persone disabili.

La calibrazione del modello è fatta sulla base di un test di incendio in grande scala su un deposito avente superficie pari a 850 m2 e altezza pari a 12 m. Nel test il carico di incendio è costituito da 310 t di pallets di legno stoccati in 5 racks di 30 m di lunghezza e 10 m di altezza.
Alcuni risultati sperimentali registrati nella prova sono stati:
– sviluppo dell’incendio in cima al primo rack, dopo 7 min;
– sviluppo dell’incendio nel rack opposto, dopo 10 min;
– aperture degli evacuatori di fumo, tra 11 e 12 min;
– flashover, dopo 15 min, tempo nel quale l’altezza di interfaccia tra fumi caldi superiori e fumi freddi inferiori era di circa 7 m.
I risultati dello studio parametrico sono stati riassunti nella figura seguente, in cui sono indicati diversi parametri che hanno influenza sul tempo di evacuazione.

 

Le principali conclusioni riportate dagli studi effettuati sono state le seguenti:
– in tutti i casi analizzati il rischio per le persone dovuto agli effetti termici dell’incendio è molto più
severo rispetto a quello del collasso strutturale;
– i limiti di tossicità ed i limiti di stabilità strutturale sono stati raggiunti dopo che nel deposito si
verifica il flashover;
– tra tutte le misure tecniche di prevenzione incendi analizzate, le misure più efficaci per
aumentare la sicurezza delle persone in caso di incendio sono state l’incremento delle aree di evacuatori di fumo e l’impiego di impianti per la rilevazione e allarme d’incendio.

Analisi della sicurezza in caso di incendio di capannoni industriali realizzati con struttura di acciaio

Nell’ambito del progetto di ricerca “3D simulation of Industrial Hall in case of fire. Benchmark between ABAQUS, ANSYS and SAFIR” [1], è stata eseguita l’analisi del comportamento in caso di incendio della struttura portante di acciaio di un tipico edificio industriale, impiegando i modelli di calcolo ANSYS, ABAQUS, e SAFIR, con l’obiettivo di esaminare le capacità operative dei diversi software e di confrontarne i risultati. I modelli di calcolo sono stati confrontati mediante un benchmark condotto da 4 diversi utilizzatori, due dei quali hanno usato il modello ABAQUS.
Il benchmark è stato eseguito sulla struttura mostrata nella figura seguente. La struttura è costituita da un doppio portale in acciaio con travi e colonne realizzate mediante profili ad anima piena.

Le analisi strutturali sono state condotte in conformità a quanto previsto nelle parti fuoco degli Eurocodici [4], [5], sia per quanto riguarda le proprietà termiche e meccaniche dei materiali, sia per quanto riguarda la combinazione dei carichi in caso di incendio.
L’azione dell’incendio è stata schematizzata con la curva di incendio ISO. L’analisi strutturale dell’edificio in caso di incendio è stata condotta su modelli strutturali differenti, che sono schematizzati nella Figura 6.

Di seguito sono riportati alcuni dei principali risultati ottenuti nelle analisi svolte con il quarto modello, che comprende l’intera struttura con riscaldamento di un telaio e degli arcarecci adiacenti (Figura 7).

 

I risultati ottenuti nell’ambito della ricerca hanno mostrato come i modelli di calcolo implementati
con i software considerati nello studio (ANSYS, ABAQUS e SAFIR) consentano di analizzare
compiutamente e in modo concorde il comportamento globale 3D della struttura in caso di
incendio, fino al completo collasso in presenza di grandi spostamenti. Con queste analisi è
possibile:
– simulare il meccanismo di rottura della struttura;
– prevedere l’influenza di rotture locali sul comportamento globale della struttura;
– seguire eventuali collassi progressivi della struttura.
I risultati ottenuti hanno mostrato anche come mediante queste analisi sia possibile superare la semplificazione, operata nell’ambito della progettazione con approccio prescrittivo, di limitare la verifica al tempo di collasso locale della struttura, assumendolo come il tempo di resistenza al fuoco dell’intera struttura.

 

APPLICAZIONE DEI METODI DI INGEGNERIA DELLA SICUREZZA ANTINCENDIO

Introduzione
Una delle più significative novità introdotte dal D.M. 03-08-2015 è stata la definizione dei metodi di ingegneria dell’incendio nelle norme tecniche di prevenzione incendi. Nei seguenti paragrafi sono riportati i risultati di alcune applicazioni di questa metodologia al caso della progettazione delle strutture di acciaio di un capannone industriale conformemente ai criteri normativi previsti dal suddetto decreto [3].

Prime analisi delle prestazioni delle strutture portanti di acciaio in condizioni di incendio

Introduzione
Una prima analisi del comportamento strutturale in condizioni di incendio è stata condotta
studiando la risposta della struttura di acciaio di un capannone industriale soggetta alla curva di incendio standard.
Queste analisi, condotte con riferimento ai risultati della ricerca riferiti nel paragrafo 2.3, hanno consentito di analizzare i criteri prestazionali che devono essere verificati nell’ambito della normativa nazionale e la capacità di risposta della struttura di acciaio sotto esame a temperature elevate.
Queste attività sono state illustrate in [7] e sono di seguito riepilogate.

Tipologia strutturale degli edifici e livelli di prestazione
La struttura portante dell’edificio è composta da un doppio portale in acciaio con travi e colonne costituite da profili a sezione piena. Le travi e le colonne sono tra loro incastrate mentre le colonne sono incernierate alla base. Ogni campata del portale ha luce di 20 m e i portali si trovano a distanza di 7.5 m l’uno dall’altro.
I carichi considerati sono stati definiti analogamente a quanto fatto in [1], definendo quindi la combinazione dei carichi in caso di incendio per un capannone industriale conformemente alla normativa europea.
La struttura portante dell’edificio è mostrata in Figura 8.

Per verificare gli obiettivi della sicurezza in caso di incendio le analisi strutturali sono state
indirizzate all’esame delle seguenti prestazioni in caso di incendio:
a) individuazione del tempo di mantenimento della stabilità strutturale;
b) mantenimento della stabilità strutturale nei compartimenti adiacenti al compartimento in cui si verifica l’incendio per tutta la durata dell’evento;
c) assenza di crolli della struttura portante verso l’esterno della costruzione.

Lo scenario d’incendio
L’edificio analizzato è composto da due compartimenti, individuati mediante una separazione
longitudinale presente in corrispondenza della colonna centrale del telaio trasversale di acciaio.
Analogamente alla ricerca [1], l’analisi delle prestazioni della struttura di acciaio in condizioni di
incendio è stata condotta schematizzando l’incendio con la curva standard ISO 834.

Analisi delle prestazioni della struttura portante di acciaio in condizioni di incendio
L’analisi delle prestazioni in condizioni di incendio è stata condotta mediante un modello agli
elementi finiti dell’intera struttura eseguito con il programma di calcolo Safir, sviluppato presso
l’Università degli Studi di Liegi. Questo programma consente di tenere conto degli effetti dei grandi
spostamenti, delle non-linearità del materiale e delle variazioni delle caratteristiche del materiale in
funzione della temperatura, come richiesto negli Eurocodici per le analisi strutturali in caso di
incendio condotte con metodo avanzato.
Questo modello completo della struttura consente di tenere conto delle azioni indirette che si
generano nella struttura a causa delle variazioni di temperatura.
L’analisi condotta è di tipo dinamico, in modo che sia possibile valutare il comportamento
strutturale anche in condizioni di rotture o plasticizzazioni localizzate.
Per quanto riguarda il primo livello di prestazione, le analisi strutturali in condizioni di incendio
hanno permesso di verificare che la stabilità della struttura portante viene mantenuta per un
tempo pari a circa 17 minuti, a cui corrisponde una temperatura sulla trave principale di circa
650°C (Figura 10).

Dall’analisi delle deformazioni della struttura di acciaio si può notare come gli effetti sulla struttura
del compartimento adiacente a quello in cui si è sviluppato l’incendio sono modesti: al termine
dell’analisi nel primo compartimento le travi si sono ormai inflesse con grandi spostamenti, mentre
le strutture del secondo compartimento hanno subito spostamenti molto piccoli.
Infine l’analisi del modello strutturale consente di riconoscere il tipo di collasso della struttura
durante l’evoluzione dell’incendio, che avviene con un crollo verso l’interno dell’edificio (Figura 11).

Le attività oggetto di studio
L’applicazione dell’approccio ingegneristico è stata condotta sul capannone di acciaio definito nei
paragrafi precedenti. Sono state considerate due destinazioni d’uso differenti:
– deposito di materiale di tipo cellulosico;
– officina meccanica.

Calcolo degli incendi naturali di progetto
Scenari di incendio prestazionali
Per ogni destinazione d’uso considerata sono stati analizzati due incendi localizzati ed un incendio
generalizzato che si propaga a tutto il compartimento.
Gli incendi di tipo localizzato sono stati così definiti:
– posizione del focolaio in prossimità di una colonna;
– posizione del focolaio in prossimità della mezzeria della trave.
Nel caso del deposito l’incendio generalizzato è stato studiato analizzando la propagazione
dell’incendio a partire dall’innesco di una pila alta 5.4 m (traveling fire). In tal caso lo scenario è
stato studiato assumendo che si verifichi l’ignizione a una certa distanza dal focolaio iniziale
quando la temperatura dei pallet ha raggiunto 275°C.
Nel caso dell’officina meccanica l’incendio generalizzato è stato studiato con un modello a zone,
mediante il quale è stata analizzata sia la fase pre-flashover, sia la fase post-falshover
dell’incendio.

Curve RHR di progetto
Nel caso della destinazione d’uso del deposito le curve RHR relative agli scenari di incendio di
progetto sono state definite sulla base della relazione di Krasner, tratta dalla norma NFPA 92 e dal
testo SFPE Handbook of Fire Protection Engineering (2008), documenti a cui fa riferimento il D.M.
03/08/2015 al punto M.2.8. L’impiego di questa relazione si è dimostrato compatibile con i criteri
previsti dagli Eurocodici, fornendo risultati simili.
Nel caso della destinazione d’uso dell’officina meccanica la curva RHR è stata definita
conformemente ai criteri riportati nel D.M.Int. 03/08/2015 (Tabella M.2-2) assumendo i seguenti
valori: t= 75 s e RHRf = 500 kW/m2.

Analisi termo-fluidodinamiche
MODELLI DI INCENDIO
Nell’analisi prestazionale della sicurezza strutturale in caso di incendio l’azione termica è definita
mediante l’impiego di modelli semplificati o avanzati previsti per la determinazione degli incendi
naturali [4], [5].
Nel caso del deposito le analisi di simulazione degli incendi naturali di progetto sono state fatte con
modelli di campo fluidodinamico (FDS1, usato dal gruppo di UniRoma), con modelli a zone (Cfast2,
usato dal gruppo di UniNA, e Ozone3, usato dal gruppo di StruEng) e con modelli semplificati per
lo studio di incendi localizzati (EN1991-1-2). Nel caso dell’officina meccanica le analisi sono state
fatte con modelli a zone (Cfast e Ozone) e con modelli di incendio localizzato (EN1991-1-2).

PRIMA DESTINAZIONE D’USO: DEPOSITO
L’analisi degli incendi naturali di tipo localizzato è stata finalizzata alla determinazione della
massima temperatura nelle colonne e nella mezzeria delle travi dell’edificio.
Nello scenario di incendio localizzato riferito alla colonna (Scenario 1A) è stata calcolata una
temperatura massima di circa 1100°C dopo 20 minuti, sulla colonna prossima all’incendio, mentre
nello scenario riferito alla trave (Scenario 1Brid) è stata calcolata una temperatura di circa 1000°C
sulla trave sopra il focolaio dopo circa 17 minuti.
Incendio localizzato (scenario rif. colonna) Incendio localizzato (scenario rif. trave)

L’analisi degli incendi generalizzati è stata condotta per individuare l’andamento delle temperature
dei gas nello scenario in cui è stata ipotizzata la propagazione dell’incendio su tutta la superficie
del compartimento.
Il diagramma delle temperature dei gas ottenute con i modelli a zone è riportato in Figura 18.

Alcuni risultati dell’analisi dello scenario di incendio generalizzato in cui è stato applicato il criterio
del traveling fire sono riportati in Figura 19, in cui è rappresentato l’andamento delle temperature
nella colonna di destra del compartimento in cui si verifica l’incendio, che raggiungono 1100°C
dopo 7 minuti circa dall’inizio dello scenario di incendio.

SECONDA DESTINAZIONE D’USO: OFFICINA MECCANICA
Le analisi termo-fluidodinamiche hanno consentito di determinare gli incendi naturali corrispondenti
agli scenari di incendio di progetto di tipo localizzato, definiti in modo da ottenere la massima
temperatura nelle colonne e nella mezzeria delle travi dell’edificio, e quelli corrispondenti agli
scenari di incendio di tipo generalizzato.
Gli incendi naturali di progetto sono rappresentati nelle Figure 21 e 22.
Con il programma Ozone, nel caso degli scenari localizzati in asse al focolaio, la temperatura dei
gas calcolata è pari a circa 700°C, mentre con il programma Cfast è pari a circa 750°C. Nel caso
dell’incendio generalizzato la temperatura massima è di circa 920°C dopo 75 minuti di esposizione
all’incendio (Ozone).

Valutazione preliminare dei tempi di esodo
Nell’ambito dei lavori condotti per il calcolo degli incendi naturali di progetto sono state fatte alcune
analisi preliminari finalizzate alla valutazione dei tempi richiesti per l’evacuazione dell’edificio.
Questa valutazione è necessaria sia per la verifica delle prestazioni di resistenza al fuoco delle
strutture portanti, come sarà messo in evidenza nel successivo paragrafo 3.2.6, sia per la verifica
delle prestazioni di esodo, definite nei criteri riportati nel D.M.Int. 03-08-2015 per le soluzioni
alternative.
Questa analisi preliminare è stata condotta in accordo ai criteri semplificati previsti dal D.M.Int. 03-
08-2015. In particolare, in caso di assenza di impianto di rilevazione ed allarme degli incendi,
assumendo come riferimento per il calcolo RSET quanto riportato dalla norma ISO/TR
16738:2009, si ottengono i valori riportati in Tabella 1.

Analisi delle prestazioni della struttura portante in caso di incendio

L’analisi del comportamento strutturale per ognuno degli scenari di incendio prestazionali definiti, è
stata condotta soltanto nel caso del capannone industriale adibito ad officina meccanica. Essa è
stata svolta mediante l’impiego di due modelli di calcolo agli elementi finiti sviluppati per l’analisi del comportamento strutturale in caso di incendio, Safir4, usato dal gruppo di StruEng, e Abaqus5,
usato dal gruppo di UniNA.
Negli scenari di incendio di tipo localizzato le analisi condotte con Safir hanno mostrato come la
struttura portante dell’edificio sia capace di resistere per tutta la durata dell’incendio di progetto. In
Figura 22 sono mostrate le configurazioni deformate nella fase più severa dell’incendio (circa 8 cm
di spostamento orizzontale massimo). Queste analisi hanno mostrato come i livelli di prestazioni
della struttura portante già indagati nel paragrafo “Tipologia strutturale degli edifici e livelli di
prestazione”, mantenimento della stabilità per un tempo sufficiente all’evacuazione degli occupanti,
assenza di danni nei compartimenti adiacenti a quello in cui si sviluppa l’incendio e crollo delle
strutture verso l’interno del capannone, risultano soddisfatti.

Nelle Figure 23 e 24 sono riportati alcuni dei risultati che descrivono il comportamento strutturale
nel caso dello scenario di incendio di tipo generalizzato, ottenuti con il programma Safir. L’analisi
eseguita ha mostrato che si verifica la rottura della struttura dopo circa 27 min, con crollo delle
pareti verso l’interno dell’edificio, per effetto della perdita di resistenza e rigidezza di una trave
principale in corrispondenza della sezione di collegamento con la colonna di estremità. Inoltre il
cinematismo che si attiva, coinvolge solo il compartimento in cui si è verificato l’incendio, pertanto
è verificata l’assenza di crolli nel compartimento adiacente.

Momento asse forte dopo 1619 sec (Safir)

I risultati di queste analisi sono state confermate dai risultati delle analisi condotte con Abaqus.
Alcune delle verifiche fatte con questo modello di calcolo sono riportate nelle Figure 25 e 26.

Nelle figure 27 e 28 sono riportati i grafici degli spostamenti in testa alla colonna ottenuti con i due
programmi di calcolo Abaqus e Safir.

Si può notare come i due modelli forniscono risultati simili tra loro: la struttura collassa dopo 27 min
di esposizione all’incendio per attingimento del limite di deformazione plastica in corrispondenza
delle sezioni della trave riscaldata sollecitate a momento negativo.
Per migliorare il livello di prestazione fino a 30 min di esposizione allo scenario d’incendio
generalizzato, è necessario modificare la sezione delle travi principali, passando da IPE 500 ad
HEA 450. In tal modo si ottiene un collasso della struttura sempre con lo stesso cinematismo, ma
dopo 32 min di esposizione all’incendio. In tal caso tutti e tre i livelli di prestazione indagati
risultano verificati.

Seguendo i criteri definiti nel D.M.Int. 03-08-2015 per la misura antincendio della resistenza al
fuoco, nel caso analizzato del capannone industriale adibito ad officina meccanica è possibile
eseguire la verifica dei livelli di prestazione dei due compartimenti presenti nell’attività.
Ad ogni compartimento è attribuito il profilo di rischio Rvita come riportato in Tabella 2.

Pertanto ad ogni compartimento può essere attribuito il:
– livello di prestazione II e di conseguenza sono individuate le prestazioni che devono essere soddisfatte dalla struttura portante per ognuno degli scenari di incendio prestazionali definiti:
– assenza di danneggiamento nei compartimenti in cui non si verifica l’incendio;
– mantenimento della capacità portante della struttura in condizioni di incendio per un periodo
sufficiente per l’evacuazione degli occupanti in luogo sicuro all’esterno della costruzione; la
capacità portante deve essere comunque tale da garantire un margine di sicurezza tmarg non
inferiore a 100% e comunque non inferiore a 30 minuti.
Per quanto illustrato al paragrafo Analisi delle prestazioni della struttura portante in caso di
incendio le prestazioni della struttura portante in acciaio inizialmente definita non sono in tutto
adeguate per verificare il livello di prestazione II (collasso dopo 27 minuti). La stessa struttura,
dopo le modifiche descritte nello stesso paragrafo, è invece in grado di verificare tutte le
prestazioni richieste per il livello di prestazione II e quindi i criteri di sicurezza in caso di incendio.
Oltre alle prestazioni necessarie per verificare la misura antincendio della resistenza al fuoco,
l’analisi del comportamento strutturale in condizioni di incendio effettuata in precedenza consente
la verifica di un’altra prestazione della struttura portante:
– negli scenari di incendio prestazionali definiti il collasso della struttura avviene verso l’interno
dell’edificio.
Questa prestazione è utile per verificare un’altra misura antincendio dell’attività definita nel D.M.
03-08-2015, l’operatività antincendio.

CONCLUSIONI
Nel presente lavoro sono state analizzate alcune applicazioni dei metodi di ingegneria dell’incendio
previsti dalla nuova normativa vigente [3] al caso delle strutture di acciaio impiegate per la
realizzazione di capannoni industriali monopiano.
Dapprima sono state analizzate alcune metodologie di calcolo disponibili per l’analisi delle
prestazioni delle strutture di acciaio in caso di incendio di capannoni industriali, che sono state
oggetto di verifica sia numerica che sperimentale nell’ambito della ricerca europea [1]. Si è così
potuto constatare come i modelli di calcolo implementati con i software considerati nello studio
(ANSYS, ABAQUS e SAFIR) consentano di analizzare compiutamente e in modo concorde il
comportamento globale 3D della struttura in caso di incendio, fino al completo collasso in presenza
di grandi spostamenti.
Inoltre sono stati esaminati i risultati di uno studio parametrico [2] condotto su una costruzione in
acciaio adibita a deposito monopiano, verificato anche grazie a prove di incendio in grande scala,
in cui è stata messa a confronto l’influenza delle diverse misure tecniche di prevenzione incendi
sulla sicurezza di questi edifici in caso di incendio. Le conclusioni di questo studio hanno segnalato
come in tutti i casi analizzati il rischio per le persone dovuto agli effetti termici dell’incendio sia
molto più severo rispetto a quello del collasso strutturale e come, tra tutte le misure tecniche di
prevenzione incendi analizzate, le misure più efficaci per aumentare la sicurezza delle persone in
caso di incendio siano state l’incremento delle aree di evacuatori di fumo e l’impiego di impianti per
la rilevazione e l’allarme d’incendio.
Successivamente i metodi di ingegneria dell’incendio sono stati applicati con riferimento alle
strutture di acciaio di un tipico capannone industriale monopiano, caratterizzato da diverse
destinazioni d’uso. I risultati di queste applicazioni hanno dimostrato come questi metodi
consentano efficacemente di verificare il raggiungimento di tutti i livelli prestazionali fissati in
accordo alla normativa nazionale vigente [3].
Questi nuovi criteri di analisi della sicurezza in caso di incendio, grazie alla possibilità di controllo
del comportamento strutturale per ognuna delle prestazioni richieste, consentono una maggiore
affidabilità delle soluzioni progettuali definite e forniscono nuove possibilità di progettazione delle
strutture di acciaio per questa tipologia di edifici.

BIBLIOGRAFIA
[1] L.G. Cajot, O. Vassart, M. O’Connor, Y. Shenkai, C. Fraud, B. Zhao, J. De la Quintana, J. Martinez de Aragon, J.M.
Franssen, F. Gens “3D simulation of Industrial Hall in case of fire Benchmark between ABAQUS, ANSYS and
SAFIR”.
[2] B. Zhao, M.S. Sakji, C. Thauvoye, J. Kruppa «FLUMILOG – Essai d’incendie dans un entrepôt en construction
métallique”.
[3] D.M. 3 agosto 2015 “Approvazione di norme tecniche di prevenzione incendi, ai sensi dell’articolo 15 del decreto
legislativo 8 marzo 2006, n. 139”, GU n. 192 del 20/8/2015 – S.O. n. 51.
[4] EN 1991-1-2 (2002), “Azioni sulle strutture. Parte 1-2: Azioni in generali – Azioni sulle strutture esposte al fuoco”, 1
Novembre 2002.
[5] EN 1993-1-2 (2005), “Progettazione delle strutture di acciaio. Parte 1-2:Regole generali – progettazione strutturale
contro l’incendio”, 1 Luglio 2005.
[6] Nigro E., Pustorino S., Cefarelli G., Princi P., “Progettazione di strutture in acciaio e composte acciaio-calcestruzzo
in caso di incendio secondo gli Eurocodici e le norme tecniche per le costruzioni” 2009. Hoepli Editore, Milano.
[7] S. Pustorino, P. Princi, C. Crosti, L. Ponticelli, E. Nigro, “Analisi delle prestazioni in condizioni di incendio delle
strutture di acciaio di capannoni industriali mediante l’applicazione dei metodi di ingegneria”. Commissione Tecnica
per la Sicurezza delle Costruzioni di Acciaio in Condizioni di Incendio, attività 2014 – Pubblicato come allegato
tecnico al presente documento.
[8] F. Bontempi, C. Crosti, E. Nigro, A. Ferraro, S. Pustorino, P. Princi, L. Ponticelli, C. Mastrogiuseppe, “Progettazione
in caso di incendio delle strutture di acciaio di capannoni industriali – Modellazione termo-fluidodinamica di scenari
di incendio”. Commissione Tecnica per la Sicurezza delle costruzioni di Acciaio in condizioni di Incendio, attività
2015.
[9] E. Nigro, A. Ferraro, S. Pustorino, P. Princi, F. Bontempi, C. Crosti, L. Ponticelli, C. Mastrogiuseppe, “Progettazione
in caso di incendio delle strutture di acciaio di capannoni industriali – Modellazione termo-meccanica di scenari di
incendio”. Commissione Tecnica per la Sicurezza delle costruzioni di Acciaio in condizioni di Incendio, attività 2015.