Calcolatore Resistenza al Fuoco Strutture in C.A. (D.M. 16/02/2018)

Tipo di struttura

Classe del calcestruzzo

Classe dell’acciaio

Spessore del copriferro (mm)

Sezione trasversale (mm)

Resistenza al fuoco richiesta (minuti)

Livello di carico (η) Valore tipico tra 0.5 e 0.8 per edifici civili

Risultati del Calcolo

Guida Completa al Calcolo della Resistenza al Fuoco delle Strutture in Calcestruzzo Armato (D.M. 16/02/2018)

Il Decreto Ministeriale del 16 febbraio 2018 rappresenta il riferimento normativo italiano per la classificazione della resistenza al fuoco delle costruzioni, in attuazione del Regolamento (UE) n. 305/2011 (CPR). Questa guida approfondisce i metodi di calcolo per le strutture in calcestruzzo armato (c.a.), con particolare attenzione agli approcci analitici previsti dalla normativa.

1. Quadro Normativo di Riferimento

Il D.M. 16/02/2018 sostituisce il precedente D.M. 09/03/2007 e introduce importanti novità:

Allineamento alle Eurocodici: Adozione dei metodi di calcolo dell’EN 1992-1-2 (Eurocodice 2 Parte 1-2) per le strutture in c.a.
Classi di resistenza: Definizione delle classi R (portanza), E (tenuta) e I (isolamento) con durate da 15 a 360 minuti.
Metodi di verifica: Tabellare, analitico (simplificato o avanzato) e sperimentale.

2. Metodi di Calcolo per Strutture in C.A.

Il D.M. 2018 prevede tre approcci principali per la verifica della resistenza al fuoco:

2.1 Metodo Tabellare (Annex A EN 1992-1-2)

Basato su dimensioni minime e copriferri in funzione della classe di resistenza richiesta. Ad esempio, per una trave in C30/37 con R60:

Elemento Strutturale	Dimensione Minima (mm)	Copriferro Minimo (mm)	Armature Addizionali
Trave semplicemente appoggiata	200 (base) × 300 (altezza)	30 (lati esposti)	Staffatura trasversale ogni 150 mm
Pilastro	300 × 300	35 (tutti i lati)	Staffatura ogni 100 mm
Soletta piana	120 (spessore)	20 (fondo)	Rete elettrosaldata superiore

2.2 Metodo Analitico Simplificato (Zone Method)

Basato sulla riduzione delle proprietà meccaniche dei materiali in funzione della temperatura. La sezione viene suddivisa in zone isoterme:

Calcestruzzo: Riduzione della resistenza a compressione (f_c,θ) e modulo elastico (E_c,θ) secondo EN 1992-1-2 §3.2.2.
Acciaio: Riduzione della resistenza a snervamento (f_y,θ) e modulo elastico (E_s,θ) secondo EN 1992-1-2 §3.2.1.
Copriferro: Profondità di penetrazione dell’isoterma dei 500°C (a_z) calcolata con:
a_z = 1.76·√t – 0.24·x^1.84 (dove t = tempo in ore, x = distanza dall’asse)

2.3 Metodo Analitico Avanzato (Modelli FEM)

Utilizza software di calcolo agli elementi finiti (es. SAFIRE, ANSYS) per simulare:

Distribuzione delle temperature nella sezione (analisi termica transitoria).
Comportamento meccanico non lineare dei materiali degradati dal fuoco.
Effetti del secondo ordine (instabilità) per elementi snelli.

3. Parametri Fondamentali per il Calcolo

3.1 Proprietà Termiche dei Materiali

Materiale	Conducibilità Termica [W/mK]	Calore Specifico [J/kgK]	Densità [kg/m³]
Calcestruzzo siliceo	1.3 (20°C) → 0.8 (800°C)	900 (20°C) → 1100 (800°C)	2300
Calcestruzzo calcareo	1.0 (20°C) → 0.6 (800°C)	850 (20°C) → 1050 (800°C)	2200
Acciaio per armature	50 (20°C) → 30 (800°C)	425 (20°C) → 800 (800°C)	7850

3.2 Degradazione delle Proprietà Meccaniche

La normativa definisce fattori di riduzione k_c,θ (calcestruzzo) e k_s,θ (acciaio) in funzione della temperatura:

Calcestruzzo: A 600°C, f_c,θ = 0.45·f_ck (riduzione del 55%).
Acciaio: A 600°C, f_y,θ = 0.47·f_yk (riduzione del 53%).

4. Procedura di Calcolo Step-by-Step

Di seguito la procedura per il metodo analitico simplificato:

Definizione della curva temperatura-tempo:
Standard ISO 834: T = 345·log₁₀(8t + 1) + 20 (dove t = tempo in minuti).
Calcolo della profondità carbonatata:
Per calcestruzzo siliceo: d_char = 1.76·√t (mm).
Determinazione della sezione residua:
Sottrazione del copriferro carbonatato e riduzione delle armature esposte.
Verifica della capacità portante:
Confrontare il momento resistente M_Rd,fi con quello sollecitate M_Ed,fi = η·M_Ed (dove η = livello di carico).

5. Esempio Pratico: Verifica di una Trave in C30/37

Dati di input:

Sezione: 300×500 mm (b×h).
Copriferro: 30 mm.
Armature: 4Φ20 (superiore e inferiore).
Classe di resistenza richiesta: R90.
Livello di carico (η): 0.7.

Passaggi:

Temperatura a 90 minuti: T = 345·log₁₀(8·90 + 1) + 20 ≈ 945°C.
Profondità carbonatata: d_char = 1.76·√(90/60) ≈ 21.5 mm.
Copriferro residuo: 30 – 21.5 = 8.5 mm (insufficiente → aggiungere protezione).
Riduzione proprietà acciaio a 800°C: k_s,θ = 0.11 (f_y,θ = 0.11·450 = 49.5 N/mm²).
Verifica a flessione: M_Rd,fi = 0.11·A_s·f_yd·(d – 0.4x).

6. Errori Comuni e Soluzioni

Durante la progettazione, si riscontrano frequentemente i seguenti errori:

Sottostima del copriferro:
→ Utilizzare copriferri ≥ 40 mm per R120 in ambienti aggressivi (classe XC4).
Ignorare gli effetti termici differenziali:
→ Considerare gradienti termici in sezioni massicce (spessore > 500 mm).
Trascurare le armature trasversali:
→ Staffature ogni 100 mm per pilastri con R ≥ 90.
Utilizzo di dati termici non aggiornati:
→ Fare riferimento alle UNI EN 1992-1-2:2020 per i valori di k_c,θ e k_s,θ.

7. Software e Strumenti di Calcolo

Per applicazioni professionali, si consigliano i seguenti strumenti:

FIRERES (software italiano basato su EN 1992-1-2).
SAFIRE (modellazione FEM avanzata).
TASEF (analisi termica 2D/3D).
Excel + Macro VBA: Per calcoli tabellari personalizzati (disponibili template sul sito del Ministero delle Infrastrutture).

8. Normative Correlate e Approfondimenti

Oltre al D.M. 16/02/2018, è essenziale consultare:

EN 1991-1-2: Azioni sulle strutture esposte al fuoco.
EN 1993-1-2: Strutture in acciaio (per elementi misti).
Circolare n. 7/2019: Istruzioni applicative del D.M. 2018.
Linee Guida CNVVF: Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco (procedure di collaudo).

9. Casi Studio Reali

Edificio residenziale in Milano (2020):

Problema: Pilastri 30×30 cm con R90 non verificati.
Soluzione:
- Aumento copriferro a 40 mm.
- Aggiunta di intonaco protettivo (20 mm).
- Verifica con metodo analitico avanzato (riduzione del 30% dei costi rispetto a soluzioni tabellari).

Ospedale in Roma (2021):

Problema: Solette con R120 e carichi elevati (η = 0.85).
Soluzione:
- Utilizzo di fibra polipropilene nel calcestruzzo (migliora la resistenza allo spalling).
- Armature superiori aggiuntive (Φ12 ogni 15 cm).

10. Domande Frequenti (FAQ)

Q: È possibile utilizzare il metodo tabellare per strutture esistenti?
A: No. Per gli edifici esistenti è obbligatorio il metodo analitico o sperimentale (D.M. 16/02/2018 Art. 4.2).

Q: Come influisce l’umidità del calcestruzzo sulla resistenza al fuoco?
A: L’umidità > 4% può causare spalling esplosivo. Si consiglia l’uso di additivi (es. fibra di polipropilene) per umidità > 3%.

Q: Qual è la differenza tra R, E e I?
A:

R (Resistenza): Capacità portante.
E (Tenuta): Assenza di fessure o aperture.
I (Isolamento): Limitazione della temperatura sulla faccia non esposta (ΔT ≤ 140°C).

Q: È necessario verificare tutte le combinazioni di carico?
A: Sì, ma la combinazione critica è solitamente quella con carico permanente dominante (G + 0.5Q).

Calcolo Resistenza Al Fuoco Strutture In C.A 2018