metodi analitici di verifica di resistenza al fuoco ed annessi nazionali degli eurocodici
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Eurocodici ed antincendioTRANSCRIPT
-
RESISTENZA AL FUOCO DELLE
STRUTTURE ANNESSI NAZIONALI
DEGLI EUROCODICI
dott. ing. LUCA PONTICELLIC.N.VV.F. (Area V
D.C.P.S.T.)
Seminario tecnicoParma, 18 settembre 2013
-
1 IL COMPORTAMENTO AL
FUOCO DEI MATERIALI DA COSTRUZIONE:
ASPETTI GENERALI
-
DA UN PUNTO DI VISTA qualitativo, NEI CONFRONTI DELLINCENDIO:
23
C.A. LEGNO METALLO
1
-
LE STRUTTURE IN C.A.
Caratteristiche salienti:PREGI
Incombustibilit
Bassa conducibilit
(1/50 dellacciaio c.a.)
Sezioni molto spesse (bassi fattori di sezione)
DIFETTI
Presenza di acqua nel materiale (spalling
dei
cls HSC)
-
RISCALDAMENTO
Temperatura (C) Cosa accade
1000
900 In genere questa
la massima temperatura
800
700
600 Perdita della capacit
portante
500 Limite convenzionale per le sezioni resistenti
400
300 Il cls assume colore rosato
200
400 Possibili fenomeni di spalling
-
DANNEGGIAMENTI TIPICI
DEL C.A.
-
LE STRUTTURE IN LEGNO
Caratteristiche salienti:PREGI
Bassa conducibilit
dello strato carbonizzato
Sezioni massicce (bassi fattori di sezione)
DIFETTI
Combustibilit
-
RISCALDAMENTO
Temperatura (C) Cosa accade
1000
900 In genere questa
la massima temperatura
800
700
600
500
400
300
< 200 E
la temperatura del legno non carbonizzato
SEZIONE RESIDUA
SEZIONE RESIDUA
-
DANNEGGIAMENTO TIPICO DELLE STRUTTURE IN LEGNO
-
LE STRUTTURE IN METALLO (acciaio ed alluminio)
Caratteristiche salienti:PREGI
Incombustibilit
Assenza di acqua nel materiale
DIFETTI
Alta conducibilit
Sezioni snelle (alti fattori di sezione)
-
RI
S
C
A
L
D
A
M
E
N
T
O Temperatura (C) Cosa accade
1000
900 In genere questa
la massima temperatura
800
700
600
500 Perdita della capacit
portante
400
300
200
400
Acciaio
Alluminio
-
DANNEGGIAMENTI TIPICI DELLE STRUTTURE METALLICHE
-
2 LE METODOLOGIE PER LA
VERIFICA AL FUOCO DI ELEMENTI STRUTTURALI
-
CAMPO DI APPLICAZIONEIl D.M. 16/2/07 si applica ai prodotti ed agli elementi costruttivi incorporati permanentemente in opere civili e per i quali
richiesto il requisito di resistenza al
fuoco.
La prestazione nei confronti della resistenza al fuoco di un prodotto o di un elemento costruttivo pu essere effettuata mediante:
VALUTAZIONE DELLA PRESTAZIONE
PROVE SPERIMENTALI CALCOLI ANALITICI CONFRONTO CON TABELLE
-
LA CLASSIFICAZIONE DI RESISTENZA AL FUOCO
Simbolo Significato Campo di applicazione Simbolo Significato Campo di applicazione
R Capacit
portante Muri, solai, tetti, travi, colonne, balconi, scale, passerelle, controsoffitti, pavimenti sopraelevati.P
PHContinuit
di corrente o capacit
di segnalazione.
Cavi elettrici e loro sistemi di protezione dal
fuoco
E TenutaMuri, solai, tetti, controsoffitti, facciate continue, pavimenti
sopraelevati, sistemi di sigillatura, porte, canalizzazioni, condotte di ventilazione, serrande tagliafuoco, condotti di
estrazione del fumo.G
Resistenza allincendio della
fuliggine.Camini
I IsolamentoMuri, solai, tetti, controsoffitti, facciate continue, pavimenti
sopraelevati, sistemi di sigillatura, porte, canalizzazioni, condotte di ventilazione, serrande tagliafuoco, condotti di
estrazione del fumo.K Capacit
di protezione al fuoco.
Rivestimenti per pareti e soffitti
W Irraggiamento Muri, facciate continue, porte, chiusure. DDurata della stabilit
a temperatura costante.
M Azione meccanica Muri. DHDurata della stabilit
lungo la curva standard temperatura
tempo.
CDispositivo
automatico di chiusura
Porte, chiusure di passaggi. FFunzionalit
degli evacuatori motorizzati
di fumo e calore.
Evacuatori di fumo motorizzati
S Tenuta al fumo Serrande tagliafuoco, condotti di estrazione del fumo. BFunzionalit
degli evacuatori naturali di
fumo e calore.
Evacuatori di fumo naturali
Classi: 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240, 360 minuti
-
IL FOCUS SUL METODO ANALITICOAllegato C
Modalit
per la classificazione in base ai risultati di calcoli
C.1 I metodi di calcolo della resistenza al fuoco hanno l'obiettivo di consentire la progettazione di elementi costruttivi portanti, separanti o non separanti, resistenti al fuoco anche prendendo in considerazione i collegamenti e le mutue interazioni con altri elementi, sotto specifiche condizioni di esposizione al fuoco e attraverso il rispetto di criteri prestazionali e l'adozione di particolari costruttivi.
C.2 Le condizioni di esposizione al fuoco sono definite in specifici regolamenti e basate sugli scenari di incendio in essi prescritti o su quelli attesi. Nei medesimi regolamenti sono definite le combinazioni di carico da considerare agenti
insieme all'azione del fuoco e i coefficienti di sicurezza sui materiali e sui modelli.
Condizioni di esposizione al fuoco (ossia incendi di progetto):
Definiti nelle regole tecniche di prevenzione incendi o nel DM 9
marzo 2007
Definiti nel DM 14 gennaio 2008 (NTC) per le attivit
non soggette ai controlli VF in base al DPR 151/2011
Combinazioni di carico e coefficienti di sicurezza
Definiti nel DM 14 gennaio 2008 (NTC)
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RIASSUMENDO IL QUADRO NORMATIVO
S NO
APPROCCIO PRESCRITTIVO (classe R/REI imposta dal
D.M. xxxx)
S
S
CLASSE R/REI IN FUNZIONE DEL LIVELLO DI
PRESTAZIONE IMPOSTO
NO
VERIFICA PER TUTTA LA DURATA DELLINCENDIO
(ed anche con classe R/REI ridotta)
NO
CLASSE R/REI IN FUNZIONE DEL LIVELLO DI
PRESTAZIONE IMPOSTO
S
ATTIVIT NORMATA DA SPECIFICHE DISPOSIZIONI DI
PREVENZIONE INCENDI (D.M. xxxx)
ATTIVIT SOGGETTA AI CONTROLLI VV.F. (D.M. 16/2/1982)
APPROCCIO PRESCRITTIVO (D.M. 9/3/2007)
APPROCCIO PRESCRITTIVO (D.M. 14/1/2008)
APPROCCIO PRESCRITTIVO =
APPROCCIO PRESTAZIONALE =
LEGENDA
DPR 151/2011
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COMBINAZIONI DELLE AZIONI - D.M. 9/3/2007 punto 5
SUCCESSIVA- MENTE
ENTRARONO IN VIGORE LE
NTC 2008
-
NTC 2008 (D.M. 14/1/2008 in corso di revisione)
. . .
G
G
Q
G
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MUTUE INTERAZIONI TRA GLI ELEMENTI
D.M. 9/3/2007 punto 5
QUINDI LANALISI STRUTTURALE CON CURVE NATURALI DI INCENDIO VA CONDOTTA, DI NORMA, SULLINTERA STRUTTURA!
-
APPROCCI ALLANALISI STRUTTURALE
ANALISI PER SINGOLI ELEMENTICOMODA ED USATA GENERALMENTE SE LINCENDIO MODELLATO CON CURVE
NOMINALI
ANALISI DI PARTI DI STRUTTURE O DELLINTERO COMPLESSO
DA USARE SE LINCENDIO
MODELLATO CON CURVE NATURALI
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IL FOCUS SUL METODO ANALITICOC.3 I metodi di calcolo da utilizzare ai fini del presente decreto sono quelli contenuti negli Eurocodici di seguito indicati se completi delle appendici
contenenti i parametri
definiti a livello nazionale (NOPS
):
C.3.1 EN 1991-1-2 Azioni sulle strutture -
Parte 1-2: Azioni generali -
Azioni sulle strutture esposte al fuoco
C.3.2 EN 1992-1-2 Progettazione delle strutture di calcestruzzo -
Parte 1-2: Regole generali -
Progettazione strutturale contro l'incendio
C.3.3 EN 1993-1-2 Progettazione delle strutture di acciaio -
Parte 1-2 Regole generali -
Progettazione strutturale contro l'incendio
C.3.4 EN 1994-1-2 Progettazione delle strutture miste acciaio calcestruzzo - Parte 1-2: Regole generali -
Progettazione strutturale contro l'incendio
C.3.5 EN 1995-1-2 Progettazione delle strutture di legno -
Parte 1-2: Regole generali -
Progettazione strutturale contro l'incendio
C.3.6 EN 1996-1-2 Progettazione delle strutture di muratura -
Parte 1-2: Regole generali -
Progettazione strutturale contro l'incendio
C.3.7 EN 1999-1-2 (Progettazione delle strutture di alluminio -
Parte 1-2: Regole generali -
Progettazione strutturale contro l'incendio
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GLI ANNESSI NAZIONALI DEGLI EUROCODICI E LA CIRCOLARE 4638 DEL 5 APRILE 2013
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IL FOCUS SUL METODO ANALITICOC.4 In attesa della pubblicazione delle appendici nazionali degli Eurocodici,
possibile limitare l'impiego dei metodi di calcolo alla sola verifica della resistenza al fuoco degli elementi costruttivi portanti, con riferimento agli Eurocodici indicati in C.3.2, C.3.3, C.3.4 e C.3.5 con i valori dei parametri da definire a li-vello nazionale presenti nelle norme stesse come valori di riferimento ovvero con riferimento alle norme UNI di seguito indicate:
C.4.1 UNI 9502 Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costrut-tivi di conglomerato cementizio armato, normale e precompresso
C.4.2 UNI 9503 Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costrut-tivi di acciaio
CA.3 UNI
9504 Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costrut-tivi di legno
POSSIBILIT CESSATA
-
IL FOCUS SUL METODO ANALITICOC.5 I metodi di calcolo di cui in C.3 e C.4 possono necessitare della determinazione, al variare delle temperature, dei parametri termofisici dei sistemi protettivi eventualmente presenti sugli elementi costruttivi portanti. In questi casi i valori che assumono detti parametri vanno determinati esclusivamente attraverso le prove indicate all'articolo 2 comma 4 del presente decreto ed elencate nella tabella A.3 dell'allegato A. (Norme EN n.d.r.)
I valori dei parametri presenti nelle norme citate in C.4 possono essere ancora utilizzati purch
il produttore, sulla base di idonee esperienze sperimentali, dichiari
sotto la propria responsabilit, che il sistema protettivo garantisca le prestazioni definite in suddette norme, nonch
aderenza e coesione per tutto il tempo
necessario e ne fornisca le indicazioni circa i cicli di posa o di installazione. Tale possibilit
decade con l'obbligo della marcatura CE dei sistemi protettivi,
prevista in
conformit
alla pertinenti specificazioni tecniche ovvero dopo 3 anni dall'entrata in vigore del presente decreto (possibilit decaduta n.d.r.).
Elaborazioni numeriche dei valori di detti parametri, che esulano dall'ambito delle prove indicate all'articolo 2 comma 4 del presente decreto o dalle norme citate in C.4 sotto le condizioni suddette, non sono valide ai fini della verifica della resistenza al fuoco degli elementi costruttivi portanti (si seguono esclusivamente le norme di prova n.d.r.).
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IL METODO TABELLARE
LUNICO METODO TABELLARE INTESO NEL
SENSO FORNITO DAL D.M. 4 maggio 1998 QUELLO DEL D.M. 16 febbraio 2007 !!!
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IPOTESI DI BASE:
IL METODO TABELLARE
UN METODO RIGIDO:
NON SONO AMMESSE INTERPOLAZIONI O ESTRAPOLAZIONI
GLI ELEMENTI TRUTTURALI SONO ESPOSTI ALLINCENDIO STANDARD
SONO ESCLUSI I PROFILATI DI CLASSE 4
SI CONSIDERANO TRAVI APPOGIATE, COLONNE E TIRANTI
IL PRODUTTORE DEI RIVESTIMENTI DEVE DICHIARARNE LIDONEITA
LA POSSIBILITA
DI RICORRERE ALLE TABELLE DELLACCIAIO E
DECADUTA IL 25/9/2010.
-
3 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI
ELEMENTI IN ACCIAIO
-
ACCIAIO
METODI ANALITICI SEMPLIFICATI DELLEUROCODICE 3 PARTE 1-2
-
IL METODO DELLA temperatura critica
Nellipotesi di distribuzione uniforme della temperatura la condizione di collasso si verifica quando leffetto dei carichi (eventualmente ridotti a seguito di ridistribuzione) eguaglia la resistenza della membratura:
Efi,d = Rfi,d(cr) Nellipotesi che la resistenza a caldo si possa esprimere come aliquota di quella ad inizio incendio mediante il coefficiente di riduzione della tensione di snervamento (e dunque NON NEL CASO DI VEIRFICHE DI STABILIT):
Efi,d = k(cr)Rfi,d,0 Introdotto il coefficiente di utilizzazione ad inizio incendio 0
:d,0fi,
dfi,0 R
E=La condizione di collasso diviene:
da cui si deduce la cr0 = ky,cr
(1)
(2)
(3)
(4)Per le sezioni
snelle
in
acciaio cr,a
= 350C
-
ESPRESSIONE DELLA TEMPERATURA CRITICA
-
LANALISI TERMICA
( )t
VA
cK
a
g =
a
Analisi semplificata
Modellazione dellincendio
Propriet del materiale
Analisi F.E.M.
materiale non protetto
Fattoredi sezione
K(g ) dt A = Q = dU = V ca d
-
LANALISI TERMICA
Modellazione dellincendio
Fattoredi sezione
Propriet del protettivo
materiale protetto VA
dcc p
paa
pp =
g,t10a,tg,tp
aap
pa,t 1e-t
31
VA
cd
+=
Propriet del materiale
-
LE PROPRIET
DEI PROTETTIVI DELLACCIAIO
Si valutano in base alle due norme europee:
EN 13381-4 reattivi e passivi
EN 13381-8 reattivi
di fondamentale importanza la definizione del fattore di sezione A/V.
-
LE CURVE DI
RISCALDAMENTO
Per gli elementi protetti, queste curve possono essere costruite solo se sono noti i valori dei parametri termofisici dei protettivi in base alle norme EN 13381-4 e EN 13381-8.
00 ===
VA
dcc
c ppaa
ppp Si trascura lassorbimento
del protettivo
-
UN ESEMPIO APPLICATIVO PROGETTO DI
UNA TRAVE INFLESSA R30
qfi,d
= 20,0kN/m
L = 6,0 m
Mfi,d
= qfi,d
xL2/8= 90 kNm
Mr,d,0
= Wxfy
/a
= 642550x235/1,0 = 151 kNm
(a
= 1,0 in base al N.A.D.)
0
= Mfi,d
/Mr,d,0
= 90/151 = 0,6
HE200B (A/V aderente = 156 m-1)
-
CALCOLO DELLA TEMPERATURA CRITICA
a,cr
(0,6) = 554C
-
CALCOLO DELLA TEMPERATURA DELLA TRAVE NON PROTETTA DOPO 30 minuti
760C > 554C
LA TRAVE DEVE ESSERE PROTETTA
A/V = 156 m-1
-
PROGETTO DEL PROTETTIVOSi sceglie un protettivo di tipo reattivo applicato a pennello sulla trave testato in base alla EN 13381-4. Dal rapporto di valutazione emesso da un laboratorio abilitato si evince che servono 400 m di protettivo per tenere il profilo al di sotto della
temperatura critica
R30
350C
400C
450C
500C
550C600C
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 50 100 150 200 250 300
Am/V (m-1)
S
p
e
s
s
o
r
e
d
i
p
r
o
t
e
t
t
i
v
o
(
m
)
-
UN ESEMPIO APPLICATIVO VERIFICA DI UNA COLONNA COMPRESSA
HEA 200
A = 5380 mm2
p = 1136 mm
Acciaio S355
H = 3m
Nfi,d
= 400 kN Esposizione: 15 minuti allincendio ISO 834 sui quattro lati
La verifica
soddisfatta se:
Nfi,d < Nb,fi,,r,d
m,fi
yy,fidR,,b,fi,
fkAN
== 1,0
MEMO
Relazione valida solo per profilati di classe 1, 2 e 3. Per i profilati di classe 4 la cr
di 350 C.
-
1. DETERMINAZIONE DELLA TEMPERAURA DEL PROFILATO (a
)
Am
/V = p/A = 1136/5380 = 0,211 mm-1
= 211 m-1
a
620 C
-
2. CALCOLO DELLA TENSIONE DI SNERVAMENTO DI PROGETTO A CALDO (fy,,d
)
fy,,d
= fy
ky, / m,fi
=
= 355
0,42 / 1,0 =
= 150 N/mm2
620 C
ky,620 = 0,42
kE,620 = 0,27
a = 620C
-
3. CALCOLO DEL COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA PLASTICA (fi
)
Parametri Formulazione a freddo Formulazione a caldo
; fi 22 1
+
2
2
1
+
; 0,5[1++ 2] 0,5[1++ 2]
; = ( -0,2) =
; Valore tabellato (0,13 0,76) y
f2350,65 =
; cr
y
NfA
=
E,
y,
E,
y,
cr
y k
k
kk
NfA
==
Snellezza adimensionalizzata
Parametro di imperfezione
-
3. CALCOLO DEL COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA PLASTICA (fi
)
3077kN3000
13360000210000L
EIN 22
2
2
cr ===
0,7883077000
3555380N
fA
cr
y ===
0,9830,270,420,788
kk
kk
NfA
E,
y,
E,
y,
cr
y ===
=
0,5293552350,65
f2350,65
y ===
0,5200,9830,529 ===
0,500,9831,2431,243
1
1222
2
fi =+=
+=
= 0,5[1+
+2]=0,5(1+0,520+0,9832) = 1,243
3 m
-
4. VERIFICA A CALDO
KN 4001,0
3550,4253800,50fk
ANm,fi
yy,fidR,,b,fi, ==
=
La verifica soddisfatta.
La temperatura di 620C
la temperatura critica del profilato in quanto la resistenza eguaglia lazione corrispondente.
Qualora la verifica non fosse stata soddisfatta, sarebbe stato necessario proteggere opportunamente il profilato per
ritardarne il riscaldamento.
-
APPLICANDO brutalmente IL METODO DELLA TEMPERATURA CRITICA:
NEL CASO DI VERIFICHE DI STABILITA IL METODO DELLA TEMEPRATURA CRITICA NON RISULTA CONSERVATIVO
d,0fi,
dfi,0 R
E=
Efi,d
= 400 kN
KN 16421,0
3551,053800,86fk
ANRm,fi
yy,fidR,b,fi,20,d,0fi, ==
==
0
= 400/1642 = 0,24 (coefficiente di utilizzazione)
= 697 C > 620 C !!!
-
CALCOLO DELLA RESISTENZA AD INIZIO INCENDIO
3077kN3000
13360000210000L
EIN 22
2
2
cr ===
0,7883077000
3555380N
fA
cr
y ===
0,5293552350,65
f2350,65
y ===
0,4170,7880,529 ===
0,860,7880,8480,848
1
1222
2
fi =+=
+=
= 0,5[1+
+2]=0,5(1+0,417+0,5292) = 0,848
-
5. CLASSIFICAZIONE DELLA SEZIONE A CALDO
0,6923552350,85
f2350,85
y===
A caldo:
ANIMA
20,66,5134
tc
w==
ALI
8,21082
tc
f==
LA SEZIONE DI CLASSE 3
-
un decalogo per ricapitolare
1) Dallo schema strutturale (isostatico o iperstatico per la ridistribuzione delle azioni).2) Dalle azioni agenti in condizioni di incendio (per il calcolo coefficiente di utilizzazione 0 )3) Dalle propriet meccaniche del materiale4) Dalle propriet
termiche del materiale 5) Dalla modellazione dellincendio (curve nominali, curve naturali).6) Dalla presenza di rivestimenti protettivi (lastre, vernici ).7) Dalla classificazione delle sezioni e dalla loro forma8) Dal fattore di sezione che influisce sulla velocit
di riscaldamento della stessa (A/V).
ed
inoltre:
9) Dalla corretta esecuzione ad opera di personale specializzato10) Dalla corretta manutenzione delle strutture
La resistenza al fuoco di una costruzione, in generale, dipende:
-
4 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI
ELEMENTI IN CLS ARMATO
-
CEMENTO ARMATO
METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELLEUROCODICE
2 PARTE 1-2
-
IL METODO DELLISOTERMA A 500C (EC2 1-2)
H
B
beff
heff
Isoterma a 500C
Barra reagente alla temperatura s
Sezione di cls reagente a 20C
-
ESEMPIO CALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTE DI UNA SOLETTA
IN C.A. DOPO UNESPOSIZIONE ALLINCENDIO STANDARD DI 60 minuti SECONDO EC2 1-2
B = 100 cm
H = 25 cm
Copriferro netto: 2 cmBarre 10/10
a
=
2
,
5
c
m
Calcestruzzo: fcd
= fck
/c,fi
= 25/1,0 = 25,0 N/mm2Acciaio: fyd
= fyk
/s,fi
= 440/1,0 = 440,0 N/mm2sy
= fyd
/Es
= 440/(1,0 x 200000) = 0,22%
I COEFFICIENTI PARZIALI DI SICUREZZA SONO RIPORTATI NEI N.A.D.
-
MAPPATURA TERMICA
s = 450C
>500C = 2 cm
-
CALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTE
fcd x
Ass
x
t = 60
T60
= 0,8As
fyd
= 0,810 102/4
440/1,00 = 276,5 kN
C60
= h
fcd
x
B
mm 13,810000,8
1,0251,0
276500Bf
Tx
cd
60 =
==
( ) ( ) 5,35%13,83,513,825-250
xxa-H cu3s ===
Mu,d,60
= C60
x (H
a
x/2) = 276,4 (250
25
0,813,8/2) = 60,7 kNm
< 25 -
2 = 23 cm
> sy
= 0,22%
-
PROGETTO DEL PROTETTIVONellipotesi che il momento di progetto della soletta sia superiore a
quello
resistente calcolato per lesposizione allincendio di 60 minuti (75kNm), si progetta lo spessore di protettivo da applicare per garantire la
resistenza
richiesta dopo il prefissato tempo di esposizione allincendio.
Si adottano i risultati di test condotti in base alla norma ENV 13381-3.
Md
= 75 kNm
Mr,d,60
= 60,7 kNm
Affinch
il momento resistente di progetto sia pari a 75 kNm,
necessario che aumenti lo sforzo di trazione delle barre di armatura, penalizzato dalla temperatura raggiunta (450C
k = 0,8). Lapplicazione del protettivo
raffredda
la sezione e ne incrementa la capacit
portante.
Procedendo per tentativi, si calcola lo sforzo di trazione delle
barre affinch
si raggiunga la richiesta resistenza. Tale sforzo
di 345 kN, ottenibile con una
tensione di snervamento non ridotta per effetti termici. In sostanza, lacciaio deve essere mantenuto ad una temperatura non superiore a 400C.
-
CALCOLO DEL COPRIFERRO DI
PROGETTO DELLACCIAIO
30 mm
-
CALCOLO DELLO SPESSORE DI PROTETTIVO DI
PROGETTO
Per garantire i 3 cm di copriferro,
necessario applicare uno spessore di protettivo allintradosso della soletta tale da risultare equivalente ai 5 mm di calcestruzzo mancanti per i 60 minuti di esposizione allincendio standard.
La norme ENV 13381-3 introduce il concetto di spessore equivalente.
Se ne riporta un esempio:
dp
(mm) 30 min 60 min 90 min 120 min 180 min 240 min
d,pmin
(mm) 2,0 3,9 7,8 9,9 10,1 - -
p,dmax
(mm) 4,0 5,3 11,0 14,9 16,5 16,6 15,9
La norma ammette linterpolazione lineare. Dallesempio si vede che uno spessore di 2 mm di protettivo
sufficiente.
-
IN CASI PI
COMPLESSI (SI PU RICORRERE AI DOMINI DI INTERAZIONE N-M)
Dominio di interazione N-M colonna 40x40 in c.a. armata con 416(esposizione su 4 lati)
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000N (KN)
M
(
k
N
m
)
A freddo 30 min60 min90 min120 min180 min
Punto di progetto
Inizio incendio
-
CEMENTO ARMATO
IL METODO TABELLARE DEL D.M. 16/2/2007
-
ELEMENTI IN C.A. (R)TRAVI APPOGGIATE
Classe Combinazioni possibili di b e a bw
30 b = 80a = 25 120 / 20 160 / 15 200 / 15 80
60 b = 120a = 40 160 / 35 200 / 30 300 / 25 100
90 b = 150a = 55 200 / 45 300 / 40 400 / 35 100
120 b = 200a = 65 240 / 60 300 / 55 500 / 50 120
180 b = 240a = 80 300 / 70 400 / 65 600 / 60 140
240 b = 280a = 90 350 / 80 500 / 75 700 / 70 160
PILASTRI CIRCOLARI (b = ) O RETTANGOLARI (b = bmin )
Classe Esposti su pi
lati Esposti su un lato
30 b = 200 / a = 30 300 / 25 160 / 25
60 b = 250 / a = 45 350 /40 160 / 25
90 b = 350 / a = 50 450/40 160 / 25
120 b = 350 / a = 60 450 / 50 180 / 35
180 b = 450 / a = 70 - 230 / 55
240 - - 300 / 70
ClassePARETI PORTANTI PARETI NON PORTANTI
Esposte su un lato Esposte su due lati Esposte su un lato
30 s = 120 / a = 10 120 / 10 s = 60
60 s = 130 / a = 10 140 / 10 s = 80
90 s = 140 / a = 25 170 / 25 S = 100
120 s = 160 / a = 35 220 / 35 S = 120
180 s = 210 / a = 50 270 / 55 S = 150
240 s = 270 / a = 60 350 / 60 S = 180
I valori di a devono essere non inferiori ai minimi di regolamento per le opere di c.a. e c.a.p.
In caso di armatura pre-tesa aumentare i valori di a di 15 mm. In presenza di intonaco i valori di b e a ne devono tenere conto nella maniera indicata nella tabella relativa ai solai in c.a. e
c.a.p.
Per ricoprimenti di calcestruzzo superiori a 50 mm prevedere una armatura diffusa aggiuntiva che assicuri la stabilit
del ricoprimento.
b b b
bw
COLONNE O PARETI ESPOSTE
Hmax 6,0m
Hmax 4,5 mCOLONNE O
PARETI ESPOSTE
Hmax 6,0m
Hmax 4,5 m
-
5 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI
ELEMENTI IN LEGNO
-
LEGNO
METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELLEUROCODICE
5 PARTE 1-2
-
Perimetro iniziale
Linea di carbonizzazione
Spessore carbonizzato
Zona carbonizzataZona di pirolisi
Zoom
DETERMINAZIONE DELLA VELOCIT
DI CARBONIZZAZIONE
-
IL METODO DELLA SEZIONE RESIDUA (EC5 1-2)
SEZIONE RIDOTTA
SEZIONE INIZIALE
ELEMENTI NON PROTETTI ED ELEMENTI PROTETTI CON MATERIALI AVENTI
tch 20 min
ELEMENTI PROTETTI CON MATERIALI
AVENTI tch> 20 min
t (min) t (min)
PERIMETRO DELLA SEZIONE
RIDOTTA
PERIMETRO DELLA SEZIONE
RESIDUA
SPESSORE CARBONIZZATO
n tSPESSORE IN
FASE DI CARBONIZZAZIONE
SEZIONE RIDOTTA
SEZIONE INIZIALE
ELEMENTI NON PROTETTI ED ELEMENTI PROTETTI CON MATERIALI AVENTI
tch 20 min
ELEMENTI PROTETTI CON MATERIALI
AVENTI tch> 20 min
t (min) t (min)
PERIMETRO DELLA SEZIONE
RIDOTTA
PERIMETRO DELLA SEZIONE
RESIDUA
SPESSORE CARBONIZZATO
n tSPESSORE IN
FASE DI CARBONIZZAZIONE
ZONADI
PIROLISI
-
ESEMPIO METODO DELLA SEZIONE RESIDUA
12 cm
26 cm
sezione residua
hfi
bfi sezione iniziale
2fi,M
20modfi,d mm
N0,300,1
0,2425.10,1f
kf ===
322
fififi cm 9,5066
9,228,56hb
W ===fi,d2
fi
fifi fmm
N8,13506900
7000000WM
-
6 LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI
ELEMENTI IN MURATURA
-
MURATURA
IL METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELLEUROCODICE
6 PARTE 1-2
-
IL METODO DELLA SEZIONE RESIDUA (EC6 1-2)
Si mappa termicamente lelemento strutturale esposto allincendio standard, si elimina la porzione di materiale ritenuta inefficace ai fini della resistenza e si verifica la membratura caratterizzata dalla porzione di materiale resistente con i metodi ordinari della tecnica delle costruzioni e le regole della parte generale dellEurocodice 6.La resistenza al compressione di progetto per una parete o una colonna esposta allincendio standard
data dalla seguente espressione:
1
e 2
(con 1
< 2
) sono temperature che individuano tre porzioni di sezione trasversale dellelemento:-il materiale a temperatura fino a 1
considerato pienamente resistente-il materiale a temperatura superiore a 2
considerato inefficace-il materiale a temperatura intermedia tra 1
e 2
considerato parzialmente resistente (???).
( )22,d11,d)i(fi,d,R AfAfN +=
-
ESEMPIO METODO DELLA SEZIONE RESIDUA
B
B
Isoterma 2
Isoterma 1
tFr
Sezione residua
Pilastro murario 50x50 cmxcm
alto 3 m realizzato in
blocchi di laterizio pieni ed esposto allincendio standard sui quattro lati per 90 minuti.
Lallegato C di EN 1996 1-2 stabilisce le seguenti due temperature limite per la muratura in esame:1
= 100C;2
= 600C.
Dalla mappatura termica riportata nella figura C3
dellEurocodice EN 1996 1-2, si ricava che lo spessore di muratura a temperatura superiore a 600C
di 2,5 cm e lo
spessore di muratura a temperatura superiore a 100C
di 10,0 cm.Per tale motivo, il lato della sezione residua di muratura da considerare nel calcolo
pari a 30 cm e tFR
pari a 45 cm. Lincremento di eccentricit
dei carichi
in quanto il cimento termico
simmetrico. Si trascura il materiale oltre i 100C
-
MURATURA
IL METODO TABELLARE DEL D.M. 16/2/2007 E DELLA
CIRCOLARE M.I. 15/2/2008
-
MURATURE NON PORTANTI (EI)BLOCCHI DI LATERIZIO
Classe
Blocco con percentuale di foratura > 55 %
Blocco con percentuale di foratura < 55 %
Intonaco normale
Intonaco protettivo
antincendio
Intonaco normale
Intonaco protettivo
antincendio
30 s = 120 80 100 80
60 s = 150 100 120 80
90 s = 180 120 150 100
120 s = 200 150 180 120
180 s = 250 180 200 150
240 s = 300 200 250 180
Intonaco normale: intonaco tipo sabbia e cemento, sabbia
cemento e calce, sabbia calce e gesso e simili caratterizzato da
una massa volumica compresa tra 1000 e 1400 kg/m3Intonaco protettivo antincendio: Intonaco tipo gesso, vermiculite o argilla espansa e cemento o gesso, perlite e gesso e simili
caratterizzato da una massa volumica compresa tra 600 e 1000 kg/m3
Classe
BLOCCHI DI CALCESTRUZZO NORMALE CLS ALLEGGERITO
Blocco con fori
monocamera
Blocco con fori
multicamera o pieno
Blocco con fori mono o multicamera o pieno
Blocco con fori monocamera
Blocco con fori
multicamera o pieno
Intonaco normale
Intonaco protettivo
antincendio
30 s = 120 100 (*) 100 (*) 80 (*) s = 100 80 (*)
60 s = 150 120 (*) 120 (*) 100 (*) s = 120 80 (*)
90 s = 180 150 150 120 (*) s = 150 100 (*)
120 s = 240 180 200 150 s = 200 150
180 s = 280 240 250 180 s = 240 200
240 s = 340 300 300 200 s = 300 240
(*) Solo blocchi pieni (percentuale foratura < 15%)
BLOCCHI DI PIETRA SQUADRATA
Classe Blocco pieno
30 S = 150
60 S = 150
90 S = 250
120 S = 250
180 S = 360
240 S = 360H
4
m
ISO 834
su un lato !!!
-
MURATURE PORTANTI (REI)Materiale Tipo blocco 30 60 90 120 180 240
Laterizio (*) Pieno (foratura
15%) 120 150 170 200 240 300
Laterizio (*)
Semipieno e forato (15% < foratura
55 %) 170 170 200 240 280 330
Calcestruz
zo
Pieno, semipieno e forato (foratura
55 %) 170 170 170 200 240 300
Calcestruz
zo leggero (**)
Pieno, semipieno e forato (foratura
55 %) 170 170 170 200 240 300
Pietra squadrata Pieno (foratura
15 %) 170 170 250 280 360 400
(*) presenza di 10 mm di intonaco su ambedue le facce ovvero di
20 mm sulla sola faccia esposta al fuoco; i valori in tabella si riferiscono agli
elementi di laterizio sia normale che alleggerito in pasta
(**) massa volumica netta non superiore a 1700 kg/m3
H
8
m
h/s
20
-
7 LA VERIFICA AL FUOCO DI
SOLAI
-
SOLAI
IL METODO TABELLARE DEL D.M. 16/2/2007
-
SOLAI IN C.A. E C.A.P. (R)
TIPOLOGIA 30 60 90 120 180 240
Solette piene con armatura
monodirezionale
H = 80a = 10
H = 120a = 20
H = 120a = 30
H = 160a = 40
H = 200a = 55
H = 240a = 65
Solai misti di lamiera di acciaio (cassero) con riempim. in cls
Hm = 80a = 10
Hm
=
120a = 20
Hm
=
120a = 30
Hm
=
160a = 40
Hm
=
200a = 55
Hm
=
240a = 65
Solai a travetti con alleggerimento
H = 160a = 15
H = 200a = 30
H = 240a = 35
H = 240a = 45
H = 300a = 60
H = 300a = 75
Solai a lastra con alleggerimento
H = 160a = 15
H = 200a = 30
H = 240a = 35
H = 240a = 45
H = 300a = 60
H = 300a = 75
Valori minimi per il requisito R. Le misure sono espresse in mm. H
rappresenta lo spessore della soletta, a
rappresenta la distanza dallasse delle barre di armatura dalla superficie esposta allincendio
STANDARD. La tabella va letta con le indicazioni fornite nel D.M. 16/2/2007.
-
PER I REQUISITI EI
DEI SOLAI:
Classe 30 60 90 120 180 240
Tutte le tipologie h = 60 / d = 40 60 / 40 100 / 50 100 / 50 150 / 60 150 / 60
In presenza di intonaco i valori di h e di a ne possono tenere conto nella maniera indicata nella tabella D.5.1. In ogni caso a non deve mai essere inferiore a 40 mm.In presenza di strati superiori di materiali di finitura incombustibile (massetto, malta di allettamento, pavimentazione, etc.) i valori di h ne possono tener conto
Per garantire i requisiti di tenuta e isolamento i solai di cui alla tabella D.5.1 devono presentare uno strato pieno di materiale isolante, non combustibile e con conducibilit
termica non superiore a quella del calcestruzzo, di cui almeno
una parte in calcestruzzo armato. La tabella seguente riporta i valori minimi (mm) dello spessore h dello strato di materiale isolante e della parte d di c.a., sufficienti a garantire i requisiti EI per le classi indicate.
-
UN ESEMPIO:a = 6,0 + 0,6 = 6,6 cm (copriferro lordo)
H = 6,0 + 15,0 + 5,0 = 26,0 cm (altezza strutturale)R 120
h = 6,0 + 5,0 + 4,0 = 15,0 cm (strato isolante continuo)
H = 6,0 + 5,0 = 11,0 cm (spessore di cls continuo nello strato isolante)
EI 240
6
15
5
barre 12
4
Pavimento incombustibile + massetto
predalla
Alleggerimento (es. polistirolo)
SOLAIO REI 120 !!!
-
SOLAI
IL METODO ANALITICO SEMPLIFICATO DELLEUROCODICE
4 PARTE 1-2
-
120
ESEMPIO VERIFICA DI
UN SOLAIO MISTO
ACCIAIO-CLS
Il requisito di tenuta E
si assume che sia sempre soddisfatto(cfr. par. 4.3.2 (6) di EN 1994 1-2)
-
VERIFICA DEL REQUISITO Ih1
= 120-58 = 62 mm
h2
= 58 mm
h3
= 0 mm (nessun massetto)
l1
= 101 mm
l2
= 62 mm
l3
= 207-101 = 106 mm
Limite Valore del parametro Verifica
50,0
h1
125,0 mm h1
= 62 mm OK
50,0
h2
100,0 mm h2
= 58 mm OK
80,0
l1
155,0 mm l1
= 101 mm OK
32,0
l2
132,0 mm l2
= 62 mm OK
40,0
l3
115,0 mm l3
= 106 mm OK
3r5
34
r32110i l
1LAa
l1a
LAaahaat +++++=
V
E
R
I
F
I
C
A
D
I
A
P
P
L
I
C
A
B
I
L
I
T
D
E
L
M
E
T
O
D
O
tempo di superamento
del requisito
I
2212
22
212
r
2ll
h2l
2ll
h
LA
++
+=
3
2212
2
221
322
l2
llh
2ll
lh
+
++=
1fattore di sezione del dente
fattore di configurazione della flangia superiore
=
dalla
norma
-
VERIFICA DEL REQUISITO R
243
r2
310a bbL
Abl1bb ++++=
354
r32
2
310s l
1ccLAczc
hu
cc +++++=
( ) fi,d,cpl31slabi fzllF += Equilibrio alla traslazione in condizioni di plasticizzazione
Temperatura
lamiera
Temperatura
barre
di armatura
lato
acciaio lato
cls
dalla
norma
-
8 LEGHE DI
ALLUMINIO
-
LEGHE DI ALLUMINIO
IL METODO ANALITICO SEMPLIFICATO
DELLEUROCIDICE 9 PARTE 1-2
-
SI TRATTANO IN ANALOGIA CON LACCIAIO
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 100 200 300 400 500
Temperature (C)
k
0
,
2
EN AW-5052 OEN AW-5052 H34EN AW-5083 OEN AW-5083 H113EN AW-5454 OEN AW-5454 H32EN AW-6061 T6EN AW-6063 T6EN AW-6082 T6
Per le sezioni
snelle
in lega di alluminio cr,aL
= 170C
0 = k0,2,cr
-
9 IL METODO SPERIMENTALE
-
NORMATIVA
-
I rapporti di prova emessi entro il 31/12/1985 decadranno il 25/9/2008.-
I rapporti di prova emessi entro il 31/12/1995 decadranno il 25/9/2010.-
I rapporti di prova emessi entro il 30/09/2007 decadranno il 25/9/2012.
Le prove si effettuano accoppiando alla norma EN 13501 (valida in generale per tutte le prove di resistenza al fuoco) le norme di prodotto specifiche.
A lato un esempio di marcatura CE di una trave prefabbricata.
-
PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI MURO RESISTENTE AL FUOCO
-
PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI SOLAIO MISTO ACCIAIO-CALCESTRUZZO
-
PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI TRAVE DI ACCIAIO
-
PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI PANNELLO LEGGERO
-
PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI CONTROSOFFITTO A MEMBRANA AUTOPORTANTE
-
PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI PORTONE SCORREVOLE METALLICO
-
PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI CHIUSURA COMPLESSA VETRATA
-
PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI CAMPIONE DI SIPARIO DI SICUREZZA
-
PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI SERRANDE TAGLIAFUOCO
-
PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATI ATTRAVERSAMENTI SOLAIO
-
9 RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
-
Fire Safety Engineering Design of Structures
di J. A. PurkissPubblicato da Butterworth
& Heinemann
(2007)
Resistenza al fuoco delle costruzionidi Luca Ponticelli e Mauro Caciolai
a cura di Claudio De AngelisPubblicato da UTET per il CNVVF (2008)
Resistenza al fuoco delle strutturedi Roberto LenziE.P.C.
(2004)
Progettazione di strutture in acciaio e composte acciaio-
calcestruzzo in caso di incendiodi E. Nigro, S. Pustorino,
G. Cefarelli, P. PrinciPubblicato da Hoepli (2010)
Reazione e resistenza al fuocodi Lamberto Mazziotti, Giuseppe Paduano
e Saverio La MendolaPubblicato da EPC (2010)
Structural Design for Fire Safety
di Andrew Hamilton BuchananPubblicato da Wiley
& Sons
(2001)
TraduzioneP. Gambarova
e R. Felicetti
(2009) HOEPLI
-
GRAZIE DELLATTENZIONE
DOTT. ING. LUCA PONTICELLI
RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTUREANNESSI NAZIONALI DEGLI EUROCODICI1IL COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI MATERIALI DA COSTRUZIONE:ASPETTI GENERALIDA UN PUNTO DI VISTA qualitativo,NEI CONFRONTI DELLINCENDIO: LE STRUTTURE IN C.A.RISCALDAMENTODANNEGGIAMENTI TIPICI DEL C.A.LE STRUTTURE IN LEGNORISCALDAMENTODANNEGGIAMENTO TIPICO DELLE STRUTTURE IN LEGNOLE STRUTTURE IN METALLO(acciaio ed alluminio)RISCALDAMENTODANNEGGIAMENTI TIPICI DELLE STRUTTURE METALLICHE2LE METODOLOGIE PER LA VERIFICA AL FUOCO DI ELEMENTI STRUTTURALICAMPO DI APPLICAZIONELA CLASSIFICAZIONE DI RESISTENZA AL FUOCOIL FOCUS SUL METODO ANALITICORIASSUMENDO IL QUADRO NORMATIVOSlide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21IL FOCUS SUL METODO ANALITICOSlide Number 23IL FOCUS SUL METODO ANALITICOIL FOCUS SUL METODO ANALITICOIL METODO TABELLAREIPOTESI DI BASE:3LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN ACCIAIOACCIAIOIL METODO DELLA temperatura criticaESPRESSIONE DELLA TEMPERATURA CRITICALANALISI TERMICA LANALISI TERMICA LE PROPRIET DEI PROTETTIVI DELLACCIAIO LE CURVE DI RISCALDAMENTOUN ESEMPIO APPLICATIVOPROGETTO DI UNA TRAVE INFLESSA R30CALCOLO DELLA TEMPERATURA CRITICACALCOLO DELLA TEMPERATURA DELLA TRAVE NON PROTETTA DOPO 30 minutiPROGETTO DEL PROTETTIVOUN ESEMPIO APPLICATIVOVERIFICA DI UNA COLONNA COMPRESSA1. DETERMINAZIONE DELLA TEMPERAURA DEL PROFILATO (qa)2. CALCOLO DELLA TENSIONE DI SNERVAMENTO DI PROGETTO A CALDO (fy,q,d)3. CALCOLO DEL COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA PLASTICA (cfi)3. CALCOLO DEL COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA PLASTICA (cfi)4. VERIFICA A CALDOAPPLICANDO brutalmente IL METODO DELLA TEMPERATURA CRITICA: CALCOLO DELLA RESISTENZA AD INIZIO INCENDIO5. CLASSIFICAZIONE DELLA SEZIONE A CALDO un decalogo per ricapitolare 4LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN CLS ARMATOCEMENTO ARMATOIL METODO DELLISOTERMA A 500C (EC2 1-2)ESEMPIOCALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTE DI UNA SOLETTA IN C.A. DOPO UNESPOSIZIONE ALLINCENDIO STANDARD DI 60 minuti SECONDO EC2 1-2MAPPATURA TERMICACALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTEPROGETTO DEL PROTETTIVOCALCOLO DEL COPRIFERRO DI PROGETTODELLACCIAIOCALCOLO DELLO SPESSORE DI PROTETTIVO DI PROGETTOIN CASI PI COMPLESSI(SI PU RICORRERE AI DOMINI DI INTERAZIONE N-M)CEMENTO ARMATOELEMENTI IN C.A. (R)5LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN LEGNOLEGNODETERMINAZIONE DELLA VELOCIT DI CARBONIZZAZIONEIL METODO DELLA SEZIONE RESIDUA (EC5 1-2)ESEMPIOMETODO DELLA SEZIONE RESIDUA6LA VERIFICA AL FUOCO DEGLI ELEMENTI IN MURATURAMURATURAIL METODO DELLA SEZIONE RESIDUA (EC6 1-2)ESEMPIOMETODO DELLA SEZIONE RESIDUAMURATURAMURATURE NON PORTANTI (EI)MURATURE PORTANTI (REI)7LA VERIFICA AL FUOCO DI SOLAISOLAISOLAI IN C.A. E C.A.P. (R)PER I REQUISITI EI DEI SOLAI:UN ESEMPIO:SOLAISlide Number 80Slide Number 81Slide Number 828LEGHE DI ALLUMINIOLEGHE DI ALLUMINIOSI TRATTANO IN ANALOGIA CON LACCIAIO9IL METODO SPERIMENTALENORMATIVASlide Number 88PRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATISOLAIO MISTO ACCIAIO-CALCESTRUZZOPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATITRAVE DI ACCIAIOPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATIPANNELLO LEGGEROPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATICONTROSOFFITTO A MEMBRANA AUTOPORTANTEPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATIPORTONE SCORREVOLE METALLICOPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATICHIUSURA COMPLESSA VETRATAPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATICAMPIONE DI SIPARIO DI SICUREZZAPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATISERRANDE TAGLIAFUOCOPRODOTTI ED ELEMENTI COSTRUTTIVI CLASSIFICATIATTRAVERSAMENTI SOLAIO9RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICISlide Number 99Slide Number 100