Resistenza strutturale al fuoco di un capannone industriale in acciaio

L’incendio rappresenta da sempre una minaccia per l’incolumità delle persone e per la salvaguardia dei beni ed è particolarmente critico negli edifici industriali esistenti, soprattutto se datati.
Dal punto di vista strutturale questo è conseguenza delle caratteristiche peculiari delle destinazioni d’uso: superfici ampie dei compartimenti antincendio, particolarità delle lavorazioni svolte, nonché la quantità e tipologia di materiale stoccato, spesso pericoloso o con elevato potere calorifico.

Le strutture prefabbricate in acciaio sono, inoltre, caratterizzate da profili esili e da un materiale con conduttività molto elevata, che fa sì che gli elementi raggiungano temperature molto elevate anche per esposizioni al fuoco di breve durata.

In questo articolo la verifica strutturale della carpenteria metallica di un capannone costruito negli anni '60 allo scopo di valutarne l’effettiva resistenza al fuoco.

Fotografia del capannone in fase di rilevo

Figura 1 - Fotografia del capannone in fase di rilevo

L'incendio e le strutture prefabbricate in acciaio

La resistenza al fuoco di un capannone industriale in acciaio degli anni '60 adibito a magazzino

L’edificio in questione è un capannone industriale, costruito negli anni ’60, adibito a magazzino di materiale edile.
La sua struttura portante è tutta in carpenteria metallica ed è composta da colonne di tipo HEB140 incastrate alla base in alto e da una serie di reticolari arcuate, tipiche del periodo e della zona del basso Piemonte.
La copertura, composta da lastre in fibrocemento con amianto, è sostenuta da un sistema di arcarecci tipi FIAT disposti su due livelli sfalsati (così da consentire gli ampi lucernai a mezzaluna rovesciata).

La nuova committenza della struttura ha richiesto lo smaltimento di tutta la copertura e, in relazione alla nuova destinazione d’uso prevista, anche una verifica strutturale di tutta la carpenteria metallica allo scopo di valutarne l’effettiva resistenza al fuoco (il requisito richiesto è R30), così da stimare eventuali interventi di protezione passiva.

L’ingegnere incaricato delle verifiche strutturali, l’ing. Ermanno Tonda dello studio Progeco Associati, ha iniziato con un rilievo di dettaglio delle strutture metalliche, con particolare attenzione ai vincoli di unione fra gli elementi, alle sezioni delle aste e alla disamina dei carichi permanenti. Sono state, inoltre, effettuate diverse prove di durezza del materiale che hanno portato alla classificazione del medesimo come Fe360.

Sezione del capannone in acciaio

Figura 2 - Sezione del capannone in acciaio

Il rilievo è stato restituito in forma .dxf tridimensionale e poi inputato nel software DOLMEN, sviluppato e distribuito da CDM DOLMEN di Torino, così da ricostruire l’intera struttura portante del capannone. La generazione del modello FEM è avvenuta in modo semplice, rapido, con pochissimi passaggi e con il costante controllo del flusso dei dati inserito.

Modello tridimensionale del capannone nel CAD 3D Struttura di DOLMEN

Figura 3 - Modello tridimensionale del capannone nel CAD 3D Struttura di DOLMEN

Il calcolo sotto incendio

Dovendo eseguire un’analisi a caldo, l’imputazione dei dati del modello ha subito alcuni accorgimenti finalizzati all’indagine di resistenza al fuoco e alla disciplina specifica nel capitolo 3 del D.M. 17/01/2018.

Le scelte progettuali
In particolare si è scelto di adottare la curva d’incendio nominale ISO 834 applicata omogeneamente a tutta la carpenteria metallica e in regime di fabbricato libero (ovvero senza vincoli d’iperstaticità indotti da strutture esterne contigue o stati di coazione indotti da deformazioni impedite).

Questi accorgimenti sono possibili ai sensi della C 3.6.1.5.3 che stabilisce “…omissis…Le sollecitazioni indirette, dovute agli elementi strutturali adiacenti a quello preso in esame, possono essere trascurate quando i requisiti di sicurezza all’incendio sono valutati in riferimento a curve nominali d’incendio e alle corrispondenti classi di resistenza al fuoco

Il modulo elastico del materiale “acciaio” è stato degradato di un ordine di grandezza al fine di ricomprendere e stimare più correttamente le deformazioni della struttura secondo la Legge σԑ(θ) nonché di avere un rapido riscontro su eventuali crash dovuti a fenomeni d’instabilità locale.

Una volta eseguito il calcolo delle sollecitazioni nella modellazione tridimensionale di DOLMEN con la combinazione di tipo eccezionale prevista per gli incendi (combinazione di carico prevista in automatico dal software) i dati sono stati caricati nel post-processore IS Fuoco e le sezioni sono state esposte secondo la curva d’incendio nominale, la cui formula è riportata al punto 3.6.2 del DM 17/01/2018.

IS Fuoco è il software dedicato alla verifica delle sezioni esposte al fuoco secondo le formulazioni degli Eurocodici e in conformità alla Normativa vigente in Italia.

verifiche-capannone-metallico.JPG

Figura 4 - Mappatura termica a 30 minuti    Figura 5 - Verifica meccanica a 30 minuti

Il software possiede anche un utilissimo e invidiabile tool interno che consente di rappresentare graficamente i domini delle resistenze delle sezioni in relazione al tempo di esposizione alla fiamma.

Domini d’interazione a 0,10,20 e 30 minuti di esposizione al fuoco

Figura 6 - Domini d’interazione a 0,10,20 e 30 minuti di esposizione al fuoco

In base alle verifiche effettuate, tenendo conto in automatico del degrado delle caratteristiche meccaniche dell’acciaio, si è ricavato che il dominio di resistenza delle carpenterie è risultato sufficiente per poter dichiarare le strutture portanti rispondenti al requisito R30 senza necessità di protezioni ulteriori.

I risultati delle analisi condotte hanno permesso di ridurre i costi, inizialmente previsti per potenziali sistemi di protezione, di oltre 60.000 €. Questo conferma, ancora una volta, l’efficacia dei metodi analitici che analizzano le reali condizioni nel compartimento oggetto di verifica antincendio.