Software di progettazione antincendio, verifica strutture soggette a incendio

A fine 2012, sulle pagine di Ingegneri.cc, è stato pubblicato un numero monografico dell’e-zine dedicata ai software di progettazione Calcolo strutturale, geotecnica e resistenza al fuoco dove sono state raccolte molte testimonianze e approfondimenti sui software di progettazione, di calcolo strutturale e antincendio realizzati dalla CDM DOLMEN di Torino.

Tra gli articoli contenuti, riproponiamo l’intervento dell’ing. Paola Marchiò relativo ai software antincendio e alla verifica delle strutture soggette a incendio.

Una problematica particolarmente attuale nel campo dell’analisi strutturale è quella legata alla verifica di strutture sottoposte al fuoco. La valutazione del rischio di incendio va fatta per tutte le costruzioni, indipendentemente dal fatto che siano o meno soggette al controllo dei VVF.

È compito del progettista delle strutture stabilire il livello di prestazione e, in base a quello, decidere il grado di approfondimento dell’analisi.

L’incendio non deve essere considerato un’azione accidentale sulla struttura, ma una situazione accidentale in cui la struttura è chiamata ad operare e, affinché sia verificato il criterio di resistenza “R”, occorre che la struttura conservi la sua capacità portante per un tempo prestabilito.

Software di progettazione antincendio: i metodi
I metodi di progettazione possono essere tabellari, sperimentali e analitici. Tra i metodi analitici di verifica vi sono quelli rigorosi, che svolgono un’analisi fondata sugli scenari d’incendio di progetto, in cui si considera sia la modellazione dell’evoluzione della temperatura all’interno della struttura, sia la modellazione del comportamento meccanico della struttura all’aumentare della temperatura.

In ambito informatico è possibile utilizzare il software antincendio IS Fuoco di CDM DOLMEN e omnia IS: questo modulo consente la verifica meccanica a presso-flessione deviata di sezioni di forma qualsiasi in C.A., C.A.P., acciaio o composte da più materiali, con o senza cavità e con eventuali rivestimenti di isolanti termici.

È utilizzabile sia per progettare le nuove costruzioni sia per verificare e adeguare le strutture esistenti. In caso di sezioni complesse si può utilizzare l’importazione da .dxf, che consente di disegnare con il CAD che si usa abitualmente; tale funzione riconosce anche la posizione delle armature disegnate con cerchi o croci.

La variazione della temperatura all’interno della sezione resistente dipende essenzialmente dalla forma e dalla conduttività termica dei materiali: negli elementi di acciaio, caratterizzati da sezioni sottili e da un materiale con conducibilità elevata, la distribuzione della temperatura è in pratica uniforme; al contrario, negli elementi con sezioni più grandi e realizzati con materiali relativamente isolanti, come il calcestruzzo, si hanno grandi variazioni tra la parte esterna, a contatto dei gas caldi di combustione, e quella centrale che si riscalda molto più lentamente.

In IS Fuoco l’analisi termica viene svolta integrando l’equazione di Fourier su tutto il dominio e nel tempo di esposizione al fuoco utilizzando il metodo degli elementi finiti, discretizzando la sezione con elementi a tre e quattro nodi. Al termine del calcolo è possibile leggere la temperatura in tutti i nodi e al centro degli elementi finiti nei vari intervalli temporali scelti dall’utilizzatore.

IS Fuoco contiene al suo interno un ampio database, modificabile, in cui sono presenti le caratteristiche termiche di numerosi materiali tratte dagli Eurocodici e dalle norme italiane.

Nella valutazione della resistenza meccanica a temperatura ordinaria di un dato elemento strutturale, si deve verificare se esso sia in grado di resistere alle azioni massime che lo sollecitano.

La capacità portante a freddo può essere, pertanto, compromessa solo in presenza di un aumento della sollecitazione agente. Il calcolo della resistenza degli elementi strutturali a caldo è, invece, più complesso poiché l’azione termica dell’incendio provoca un degrado delle caratteristiche di resistenza dell’elemento strutturale.

Per svolgere l’analisi “a caldo” con DOLMEN è sufficiente aggiungere nel modello strutturale “a freddo”, la combinazione di carico di tipo eccezionale e, con un semplice click del mouse, si esportano dal CAD 3D Struttura di DOLMEN la sezione e le sollecitazioni di un elemento qualunque all’interno del programma IS Fuoco.

Il software di progettazione antincendio può, infatti, essere utilizzato in cascata dal CAD 3D Struttura (DW1), da Trave Continua (DW14) e da IS TraveCAP, oppure in modo del tutto indipendente, impostando la sezione e inserendo i carichi e eventuali deformazioni impresse. È possibile verificare le sezioni a pressoflessione deviata o a presso-flessione retta calcolando le caratteristiche meccaniche sulla base delle mappe termiche memorizzate e del degrado subito dal materiale.