Progettazione strutturale al fuoco secondo EN 1993-1-2 (comportamento in riscaldamento)

Comportamento generale a riscaldamento dell'acciaio

L'acciaio è costituito da una griglia di cristalli con i singoli cristalli che si muovono attorno ad un punto di riposo a temperatura normale. Questo movimento diminuisce quando si raggiunge la temperatura zero assoluto di -273°C e aumenta durante il riscaldamento. A causa di questo movimento dei cristalli attorno al punto di riposo, la duttilità dell'acciaio' aumenta con l'aumento della temperatura. Nel frattempo, la resistenza dell'acciaio diminuisce. A causa della perdita di resistenza, è abbastanza difficile proteggere i componenti non protetti dagli effetti di incendio senza misure aggiuntive poiché l'acciaio ha già perso il 50% della sua resistenza ad una temperatura di 600 °C. Pertanto, di solito è sovraccaricato poiché le riserve plastiche della struttura relative al materiale sono prese in considerazione nella costruzione in acciaio convenzionale al giorno d'oggi. Ad esempio, se l'acciaio lavorato a freddo o trattato termicamente è soggetto a tensione termica, ha già perso la sua resistenza a 400 °C dal metodo di progetto sopra menzionato. Inoltre, l'acciaio ha lo svantaggio che la dilatazione termica si applica quando si aumenta la temperatura, che è molto alta rispetto ad altri materiali da costruzione. Ciò può portare agli effetti dovuti al vincolo nel componente, che non era presente nella verifica a temperatura normale.

L'acciaio ha scarse proprietà termiche per l'ingegneria civile, specialmente in termini di resistenza al fuoco. L'aumento di temperatura dipende dalla massività della componente in acciaio. Ciò significa: Più massiccio è il componente, più energia può assorbire. Se la superficie è uniforme e il volume è aumentato, il risultato sono temperature più basse nella componente strutturale. Questa proprietà del componente è chiamata coefficiente di sezione A/V. È la relazione tra la superficie e il volume per unità di lunghezza del componente. Nella DIN 4102, questo coefficiente era ancora indicato come rapporto U/A ed era relativo alla relazione del perimetro con l'area, sebbene questo sia lo stesso se la sezione trasversale relativa alla lunghezza non cambia. L'Eurocodice [5] fornisce tabelle per facilitare il calcolo di questo coefficiente di sezione.

Fattore di sezione Am/V per componenti in acciaio non protetti (Fonte: [5])

Comportamento a riscaldamento dei componenti in acciaio protetti

Nel caso di strutture in acciaio resistenti al fuoco, il comportamento al riscaldamento cambia verso il positivo poiché le proprietà di scarsa temperatura dell'acciaio sono assorbite o compensate dal sistema antincendio. I sistemi antincendio sono solitamente composti da materiali con una bassa conducibilità termica. Inoltre, tali materiali hanno solitamente un'elevata capacità termica specifica (capacità di accumulo). La durata della resistenza al fuoco può essere aumentata in modo significativo utilizzando sistemi di protezione contro l'incendio passivi. Questi materiali sono spesso molto pesanti e dovrebbero, quindi, essere presi in considerazione nell'analisi strutturale. Tuttavia, la EN 1993-1-2 non contiene informazioni sulle proprietà dei materiali di rivestimenti o rivestimenti poiché questi dipendono dal loro produttore. Per questo motivo, mancano i valori importanti per l'analisi strutturale dei componenti resistenti al fuoco, ma sono stati presentati nel frattempo nel documento nazionale di domanda per materiali da costruzione approvati secondo DIN 4102-4. Il coefficiente di sezione di tali componenti strutturali è composto come segue.

Rivestimento cavo: Un involucro cavo è di solito più adatto, perché l'involucro della sezione trasversale riduce il perimetro della componente strutturale mentre l'area rimane la stessa. Pertanto, il coefficiente di sezione diventa più piccolo, il che aumenta la massività della componente strutturale. Come rivestimento, vengono spesso utilizzati pannelli antincendio in gesso o pannelli in silicato di calcio. Tutti i principali produttori di tali pannelli forniscono anche sistemi di pannelli adatti, comprese le proprietà di resistenza al fuoco.

Involucro del contorno: Se l'aspetto del vincolo esterno in acciaio deve essere preservato, le consigliamo di utilizzare il rivestimento di contorno o di rivestimento, o di applicare un sistema di intonaco. Lo svantaggio dei rivestimenti dei contorni è il coefficiente di sezione della sezione trasversale perché questo non cambia. I tipi di rivestimento sono solitamente sistemi in gesso o pannelli di rivestimento. Per applicare i sistemi di gesso, delle griglie di filo sono solitamente attaccate alle travi, tenendo il sistema di gesso. Il rivestimento con sistemi di pannelli è simile al rivestimento con rivestimento cavo, ma richiede uno sforzo maggiore poiché i sistemi di pannelli devono essere tagliati su misura. In alternativa, può essere utilizzato l'isolamento intumescente, che è un tipo di rivestimento del contorno e viene applicato al componente strutturale. Questo intumescente si gonfia quando riscaldato e agisce come uno strato isolante tra la componente strutturale e l'area circostante. Tuttavia, non è stato sviluppato nessun metodo di calcolo per questo tipo di rivestimento poiché le proprietà di questo materiale alle alte temperature di solito non sono esattamente note o sono troppo sparse.