Resistenza al fuoco di elementi in c.a. — guida

Questa pagina descrive il metodo di verifica, il significato dei dati di ingresso e i limiti entro cui il risultato vale, con i riferimenti puntuali alle clausole della norma.

Paragrafi
  1. Che cosa verifica, e che cosa no
  2. Base normativa
  3. Il metodo dei dati tabellari e i suoi limiti
  4. Geometria ed esposizione dei lati
  5. Armature e distanza d'asse
  6. Acciaio da precompressione
  7. Verifica dalle sollecitazioni date
  8. Comportamento dei materiali a caldo
  9. Il metodo di calcolo
  10. Scelte interpretative
  11. Tabelle delle dimensioni minime
  12. Documentazione di riferimento

1. Che cosa verifica, e che cosa no indice

Il modulo esegue due verifiche distinte, e conviene sapere subito quale risponde a quale domanda.

Il metodo dei dati tabellari confronta le dimensioni della sezione e la distanza d'asse delle armature con i minimi che la norma prescrive, e restituisce la classe R conseguita cercandola sulla serie R 30, 60, 90, 120, 180, 240. Risponde alla domanda questa sezione rientra nei minimi della classe richiesta. Non chiede sollecitazioni e si esegue sempre.

Il metodo di calcolo — paragrafo 9 — determina il campo di temperatura nella sezione, la sezione ridotta e il momento resistente a caldo, e lo confronta con la sollecitazione in condizioni di incendio. Risponde alla domanda quanto resiste questa trave. Chiede qualche dato in più e si esegue solo dichiarandoli.

I due non si sostituiscono: il tabellare è una soluzione riconosciuta che vale entro condizioni precise, il calcolo arriva dove quelle condizioni non ricorrono. Quando si eseguono entrambi, la relazione li riporta entrambi e il coefficiente di sicurezza minimo tiene conto di tutti e due.

Cosa resta fuori, ed è scritto anche in fondo a ogni relazione prodotta:

Cosa NON è una lacuna. Taglio, torsione e ancoraggi non sono verificati perché la norma non lo chiede: usando i dati tabellari non sono richieste ulteriori verifiche su quei tre. EN 1992-1-2 par. 6.1(7)

2. Base normativa indice

Il modulo lavora su UNI EN 1992-1-2:2024, recepimento di EN 1992-1-2:2023, ed è l'unica base di calcolo: l'edizione 2004 è ritirata con sostituzione. La norma compare in testa alla relazione, prima di ogni numero.

L'edizione 2023 ammette la scelta nazionale in tre sole clausole — γM,fi, klb e il contenuto minimo di fibre di polipropilene — più l'applicazione degli allegati informativi B, C ed E, e stabilisce che in assenza di scelta nazionale valga il valore di default della norma. Nessuna di quelle clausole riguarda le tabelle o le proprietà dei materiali usate da questo modulo: l'Appendice Nazionale non è quindi necessaria per il calcolo qui svolto. par. 0.5

Che cosa è cambiato rispetto all'edizione precedente

Serve a chi conosce la vecchia norma e si aspetta di ritrovarla.

Restano invariati le maggiorazioni per precompressione, le temperature critiche e la formula di Δa.

3. Il metodo dei dati tabellari e i suoi limiti indice

Le tabelle non sono un modello di calcolo: sono soluzioni riconosciute, ricavate da prove e da valutazioni teoriche, valide entro condizioni precise. Fuori da quelle non danno un risultato meno preciso — non sono applicabili, e il modulo si ferma dicendolo.

Curva di incendio

Valgono per la sola curva normalizzata ISO 834. Scegliendo la curva degli idrocarburi, quella esterna o un incendio naturale, il calcolo tabellare si interrompe: serve un metodo di calcolo.

Livello di carico

Le tabelle sono costruite su un livello di carico di riferimento ηfi = 0,70. par. 6.2(1) Con un livello superiore non sono applicabili. Con un livello inferiore lo sono, e il risultato è cautelativo: è esattamente la situazione che il paragrafo 7 permette di sfruttare.

Interpolazione

La norma consente l'interpolazione lineare fra i valori delle tabelle. par. 6.1(10) Il modulo non interpola: prende la combinazione ammissibile che chiede meno copriferro, il che sta dalla parte della sicurezza, e lo dichiara in relazione.

4. Geometria ed esposizione dei lati indice

La sezione si sceglie fra rettangolare, T rovescia, doppio T, a L e tegolo a doppio T. Da quella nasce un poligono, e ogni lato del poligono è numerato: quel numero compare sul disegno e nelle due tabelle di ingresso, ed è la chiave con cui si ritrova un lato.

L'esposizione si dichiara lato per lato, con quattro stati:

Il numero non basta a dire quali: una trave di bordo ha un fianco verso l'esterno e uno verso il solaio, e un tegolo appoggiato a una parete ha un'anima esposta e l'altra no. Con il solo numero si sarebbe costretti a scegliere il caso peggiore.

Quando nessun lato risulta protetto, l'elemento è esposto su tutto il contorno e scattano due condizioni in più: l'altezza non deve essere minore della larghezza minima richiesta, e l'area non minore del doppio del quadrato di quella larghezza. par. 6.6.4

Larghezza di riferimento

Dove la larghezza varia con l'altezza — T rovescia, doppio T — la larghezza da confrontare con il minimo di tabella si misura alla quota del baricentro dell'armatura tesa, non al lembo inferiore. par. 6.6.1(4) Sul tegolo a doppio T vale la larghezza della singola anima: le due anime sono due travi affiancate, e usare la loro somma darebbe una larghezza che la sezione non ha.

5. Armature e distanza d'asse indice

La grandezza su cui ragionano le tabelle non è il copriferro ma la distanza d'asse: la distanza fra l'asse della barra e la faccia esposta più vicina. Le due differiscono per il raggio della barra e per il diametro della staffa, che sta più all'esterno:

a = c + φstaffa + φ2 c = copriferro netto, misurato sull'armatura più esterna

È per questo che il modulo chiede il diametro della staffa. Senza, la distanza d'asse uscirebbe più piccola del vero, e l'errore sarebbe nella direzione non conservativa.

Distanza d'asse media

Con armature su più strati, si confronta con la tabella la media pesata sulle aree:

am = Σ Asi aiΣ Asi Formula (6.5)

Due punti che si sbagliano facilmente. ai si misura dalla faccia esposta più vicina, non dall'intradosso: su una barra d'angolo o dentro un'anima sottile la faccia laterale è più vicina. E quando le armature hanno resistenza caratteristica diversa, Asi va sostituita con Asi fyki: nel prefabbricato, con trefoli e barre nella stessa sezione, è la regola e non l'eccezione.

Barre d'angolo

Sulle travi con un solo strato di armatura, la distanza d'asse laterale delle barre d'angolo deve valere asd = a + 10 mm. Formula (6.15), par. 6.6.2(2) Non è richiesta quando la larghezza supera il valore della colonna di riferimento della tabella, e non si applica affatto con armatura su più strati.

Minimo individuale

Introdotto dall'edizione 2024: nessuna singola armatura può stare sotto il valore richiesto per R 30 con strato unico, o sotto metà della distanza d'asse media con più strati. par. 6.2(10)

Armatura tesa

Entrano nel calcolo i soli ferri dichiarati tesi. In una trave in semplice appoggio quelli superiori sono di corrente compresso: includerli sposterebbe il baricentro dell'armatura tesa verso l'alto, dove la sezione è più stretta, e il risultato peggiorerebbe per una ragione che con l'incendio non c'entra.

6. Acciaio da precompressione indice

Le tabelle sono costruite sulla temperatura critica dell'acciaio ordinario, 500 °C. L'acciaio da precompressione perde resistenza prima:

TipoθcrMaggiorazione di a
Armatura ordinaria500 °C—
Barre da precompressione400 °C+10 mm
Fili e trefoli350 °C+15 mm

Riferimento: par. 6.2(2) e 6.2(3).

La maggiorazione si applica alla distanza d'asse richiesta dalla tabella, non si sottrae dalla distanza reale delle barre: la media della formula (6.5) si fa sulle distanze vere.

Con armatura ordinaria e precompressa nella stessa sezione le distanze d'asse si determinano separatamente, e il modulo produce due verifiche distinte. par. 6.2(9) La classe conseguita è la più bassa fra quelle che entrambe soddisfano: basta che i trefoli non passino perché la trave non passi.

7. Verifica dalle sollecitazioni date indice

La maggiorazione di 10 o 15 mm è un valore forfettario, ricavato supponendo che l'acciaio lavori alla tensione di riferimento. In una trave dimensionata a freddo la tensione vera è quasi sempre più bassa: in quel caso la temperatura critica reale è più alta e la distanza d'asse richiesta si riduce.

Dichiarando As,req, As,prov e γs, il modulo calcola la tensione nell'acciaio in condizioni di incendio:

σs,fi = ηfi · fykγs · As,reqAs,prov Formule (6.1) e (6.2)

Da σs,fi/fyk si ricava la temperatura critica reale, e da quella la correzione della distanza d'asse. La base sono la colonna 6 della Tab. 5.3 per l'armatura ordinaria e le colonne 6 e 7 della Tab. 5.4 per la precompressione — le stesse tracciate al paragrafo 8. par. 6.2(3) b)

Δa = 0,1 · (500 − θcr)  [mm] Formula (6.3)

L'approssimazione vale per 350 < θcr < 700 °C. Fuori da quel campo il modulo non la applica e torna alla maggiorazione forfettaria, dichiarandolo.

Forfait e Δa non si sommano. Il testo del par. 6.2(2) dice che la maggiorazione «va considerata quando si modifica la distanza d'asse con Δa», e si presta anche alla lettura per cui i due si sommino. La sostituzione è però l'unica compatibile con i numeri, e la prova sta nelle tabelle stesse: con le tabelle dell'edizione 2024 tutti e tre gli acciai raggiungono la propria temperatura critica nominale allo stesso fattore di riduzione 0,60 — 500 °C l'ordinario, 400 le barre, 350 fili e trefoli. Applicando la (6.3) a quelle temperature si ottiene 0, +10 e +15 mm, cioè esattamente le maggiorazioni forfettarie. Sommarle raddoppierebbe una correzione già contenuta.

8. Comportamento dei materiali a caldo indice

I grafici che seguono sono generati dalle stesse funzioni che eseguono il calcolo: se un valore cambia nel motore, cambia qui.

Base della temperatura critica

Serve a ricavare la temperatura critica dalla tensione, ed è il passo centrale del paragrafo 7. Non sono curve a sé: sono la colonna 6 della Tab. 5.3 per l'armatura ordinaria e le colonne 6 e 7 della Tab. 5.4 per la precompressione — grandezze diverse dai fattori di riduzione usati dai metodi di calcolo, e scambiarle darebbe una temperatura critica sbagliata. par. 6.2(3) b)

01,02400,84800,67200,49600,212000,0temperatura [gradi C]fattore di riduzioneacciaio ordinariobarre da precompressionefili e trefoli

Il grafico mostra una proprietà che nell'edizione precedente non c'era: tutti e tre gli acciai raggiungono la propria temperatura critica nominale allo stesso fattore di riduzione 0,60 — 500 °C l'ordinario, 400 le barre, 350 fili e trefoli. È la ragione per cui le maggiorazioni forfettarie di 0, +10 e +15 mm coincidono con la (6.3) valutata a quelle temperature, e quindi non si sommano.

Resistenza del calcestruzzo

Rapporto fra la resistenza a compressione alla temperatura indicata e quella a 20 °C. L'aggregato non è un dettaglio: a 600 °C fra i due c'è un quarto di differenza.

01,02400,84800,67200,49600,212000,0temperatura [gradi C]k caggregato siliceoaggregato calcareo

Riferimento: Tab. 5.1. Valori interpolati linearmente fra i punti della tabella, che e' il modo in cui li usa il motore.

Resistenza dell'acciaio da armatura

01,02400,84800,67200,49600,212000,0temperatura [gradi C]k slaminato a caldoincrudito a freddo

Riferimento: Tab. 5.3, colonne 2 e 3.

Queste leggi dei materiali servono ai metodi di calcolo e all'isoterma 500, che il modulo non implementa ancora. Sono qui perché il modulo le espone e perché aiutano a capire perché le tabelle chiedono quello che chiedono, non perché entrino nella verifica tabellare.

9. Il metodo di calcolo indice

È la seconda verifica del modulo, e si esegue spuntando Esegui la verifica speciale nella sezione Carichi. Procede in tre passi: temperatura, sezione ridotta, momento resistente.

9.1 Campo di temperatura

L'edizione 2023 dà il campo di temperatura in forma chiusa. Non ci sono grafici da interpolare né un'analisi termica da eseguire: sono quattro formule. L'incremento di temperatura in un elemento esposto su un lato vale

θ1(x,t) = 345 · lg10 ( 7(t − Δt)60 + 1) · exp (−x √ k/t ) Formula (7.2); t in secondi e ≥ 1800 s, x in metri, Δt = 720 s, k = 3·106 s/m2

Δt rappresenta il ritardo fra la temperatura dei gas nel compartimento e quella della superficie del calcestruzzo, e tiene conto in modo approssimato di convezione e irraggiamento.

Su due facce opposte i contributi si sommano; su tre o quattro facce si combinano le due direzioni con un termine di prodotto e una correzione locale d'angolo, dove l'effetto ridotto di convezione e irraggiamento all'inizio dell'incendio rende lo spigolo più caldo del resto. Formule (7.4) a (7.10) Il grafico del paragrafo 8 mostra le curve che ne risultano.

Le ipotesi su cui le formule sono costruite valgono per tutto quello che ne discende: emissività della superficie 0,7; contenuto di umidità dell'1,5% (le formule sono cautelative sopra quel valore); densità di riferimento 2300 kg/m3; coefficiente di convezione 25 W/(m2K). par. 7.2.1, NOTA 1

Le formule servono alla capacità portante, non all'isolamento. Il par. 7.2.1(2) avverte che possono sottostimare la temperatura sulla faccia non esposta: per il criterio I non vanno usate.

9.2 Sezioni non rettangolari

Le formule valgono per il rettangolo. Su T rovescia, doppio T, sezioni a L e tegoli la sezione viene suddivisa in rettangoli, e a ciascuno si applicano le stesse formule. par. 7.2.3(7)

Per i tipi di sezione che il modulo conosce la suddivisione è scritta dalle quote della sezione — piede e anima su una T rovescia, soletta e due anime su un tegolo — e non da un algoritmo. Per le altre forme si taglia in bande orizzontali alle quote dei vertici. In entrambi i casi si controlla che la somma delle aree dei rettangoli corrisponda all'area della sezione, e il confronto compare in relazione.

L'esposizione di ciascuna faccia non si presume: si misura. Una faccia è esposta se di là non c'è calcestruzzo e il lato corrispondente è stato dichiarato esposto. Così l'interfaccia fra piede e anima risulta protetta da entrambe le parti, mentre le spalle del piede risultano esposte.

Limite del metodo. Dentro l'anima di una T rovescia nessuna faccia orizzontale è esposta: l'inferiore è l'interfaccia con il piede, la superiore è protetta dal solaio. La temperatura nell'anima risulta quindi indipendente dalla quota, e questo significa trascurare il calore che sale dal piede caldo. È una conseguenza della suddivisione, non dell'implementazione: il par. 7.2.3(7) tratta i rettangoli come indipendenti. Dove quel gradiente conta, serve l'analisi termica avanzata del par. 7.2.1(3).

9.3 Sezione ridotta

Il calcestruzzo più caldo non si conta. La norma non chiede di tracciare l'isoterma dei 500 °C: prescrive di ignorare una zona di bordo di spessore az sulle facce esposte, e ne dà la formula.

az = 0,011 · √ 1 + 4(t−27)/27   [m] Formula (7.15) per w ≥ 0,20 m; t in minuti

w è la dimensione maggiore ortogonale alle facce esposte, dimezzata dove l'esposizione è su due facce opposte. Sotto w = 0,20 m vale una seconda espressione, e le due si raccordano con continuità in quel punto. Con fck ≥ 70 MPa la zona si maggiora del 15%.

Valori indicativi per w ≥ 0,20 m: 13 mm a R 30, 27 a R 60, 42 a R 120, 63 a R 240.

Una nota della norma consente di usare la stessa formula anche per forme generiche, assumendo la stessa az su tutti i lati: per questo la sezione ridotta si determina anche dove il campo di temperatura puntuale non arriverebbe. par. 7.3.2(5), NOTA 1

9.4 Momento resistente: verifica semplificata

È il metodo che trascura la riduzione di resistenza del calcestruzzo e considera la sezione intera: tutto il degrado sta nelle armature.

MRd,fi = γSγS,fi · Σ fsy,θ,inst fyk · MEd · As,provAs,req Formula (7.18)

Vale a quattro condizioni, e il modulo le verifica tutte, dichiarando quale manca quando non esegue:

Con il lato compresso esposto, la resistenza si moltiplica per (d−az)/d. par. 7.3.3.2(3)

MEd è facoltativo. Il rapporto fra resistenza e sollecitazione non dipende da MEd, perché MEd,fi = ηfi MEd e il momento si semplifica. L'esito della verifica si ottiene comunque; dichiarando MEd si ottengono in più i valori in kNm.

9.5 Momento resistente: verifica raffinata

Arriva dove la semplificata si ferma: non ha il limite di sovrarmatura né quello sull'asse neutro. Lavora sulla sezione ridotta, assume per il calcestruzzo compresso la resistenza fc,θ(θM) alla temperatura del baricentro della sezione, e chiude l'equilibrio fra la compressione nel calcestruzzo e la trazione nelle armature. par. 7.3.3.3, Formule (7.19) a (7.23)

xe,fi = 0,70 xfi      yfi = 0,60 xfi Formule (7.20) e (7.21)
Fcd,fi = Ac,fi fc,θ(θM)      Fsd,fi = Σ As fsy,θ Formule (7.22) e (7.23)

Il baricentro della zona compressa cade a 0,40 xfi dalla fibra più compressa, e da lì si ricava il braccio di leva. Le armature in zona compressa sono trascurate, come la norma consente.

L'area compressa Ac,fi non è assunta rettangolare: si prende sulla forma vera della sezione ridotta. Su una T o un doppio T la larghezza cambia con la quota, e un rettangolo equivalente non la rappresenta.

Le due verifiche sono strade indipendenti della stessa norma, e su una sezione che rientra nelle condizioni di entrambe danno risultati vicini: sul caso di prova del modulo, 1,345 la semplificata e 1,331 la raffinata.

10. Scelte interpretative indice

In alcuni punti la norma non decide, o si presta a più di una lettura. Dove capita, il modulo adotta una soluzione e la dichiara: nell'avviso in testa ai risultati e in un paragrafo proprio della relazione, con il motivo per esteso.

Non sono prescrizioni: sono decisioni di calcolo, e chi firma le fa proprie. Per questo compaiono solo quando il calcolo le ha effettivamente richieste — una sezione rettangolare con sola armatura ordinaria non ne produce nessuna, una T rovescia con armatura mista ne produce sei.

Quali sono

11. Tabelle delle dimensioni minime indice

Combinazioni ammesse di larghezza minima bmin e distanza d'asse a, in millimetri, per l'edizione in vigore. Sono lette dal motore: non sono una seconda copia dei valori, sono gli stessi che il programma usa nel calcolo.

Travi in semplice appoggio

Classe Combinazioni di bmin e a Anima
bw,min
1234
R 30 80
25
120
20
160
15
200
15
80
R 60 120
40
160
35
200
30
300
25
100
R 90 150
55
200
45
300
40
400
35
110
R 120 200
65
240
60
300
55
500
50
120
R 180 240
80
300
70
400
65
600
60
140
R 240 280
90
350
80
500
75
700
70
160

In ogni cella: sopra bmin, sotto a. Riferimento: Tab. 6.6dell'edizione 2024.

Travi continue

Classe Combinazioni di bmin e a Anima
bw,min
1234
R 30 80
15
160
12
——80
R 60 120
25
200
12
——100
R 90 150
35
250
25
——110
R 120 200
45
300
35
450
35
500
30
120
R 180 240
60
400
50
550
50
600
40
140
R 240 280
75
500
60
650
55
700
50
160

In ogni cella: sopra bmin, sotto a. Riferimento: Tab. 6.7dell'edizione 2024.

Per l'armatura di precompressione la distanza d'asse a di queste tabelle va aumentata secondo il paragrafo 6, oppure corretta con la verifica del paragrafo 7.

12. Documentazione di riferimento indice

I testi su cui questo modulo è scritto. L'elenco non è compilato a mano: viene dalle cartelle di tools/docs e dalla tabella dei collegamenti, quindi non può restare indietro rispetto a quello che c'è davvero.

Nessun estratto depositato per gli argomenti di questo modulo: gli Eurocodici non sono pubblicati in Gazzetta Ufficiale e restano presso l'ente che li distribuisce, qui sotto.