Comportamento al Fuoco

Hai mai sentito parlare di Resistenza al fuoco? e di Reazione al fuoco? o addirittura di COMPARTIMENTAZIONE?

No o in parte? Bene, al termine di questa lezione saprai il significano delle complesse parole sopracitate. Iniziamo!

Requisiti richiesti: voglia di imparare ðŸ˜œ

Approfondimenti: Gran Teatro La Fenice, Cappella della Sacra Sindone e Notre-Dame (il commento del CNR) e la ricostruzione (articolo Wired)

Il legno è un materiale combustibile, ciò potrebbe far pensare che le strutture in legno non possiedano resistenza al fuoco e che siano più vulnerabili rispetto alle strutture di acciaio o di calcestruzzo armato.

In realtà, raramente le strutture di legno contribuiscono in modo sostanziale ad alimentare un incendio ma anzi ne subiscono più spesso le conseguenze, manifestando al riguardo un comportamento almeno non peggiore se non addirittura migliore rispetto a strutture realizzate con altri materiali.

LegnoAltri materiali
Il legno brucia lentamente, la carbonizzazione procede dall’esterno verso l’interno della sezione;Gli elementi strutturali di acciaio non bruciano ma il materiale subisce un rapido decadimento delle caratteristiche meccaniche in funzione della temperatura;
Il legno non ancora carbonizzato rimane efficiente dal punto di vista meccanico anche se la sua temperatura è aumentata;Nelle costruzioni di calcestruzzo armato la resistenza al fuoco è determinata dallo spessore del rivestimento delle armature metalliche (copri-ferro);
La rottura meccanica dell’elemento avviene quando la parte della sezione non ancora carbonizzata è talmente ridotta da non riuscire più ad assolvere alla sua funzione portante.Nelle strutture di legno i punti deboli sono le unioni che presentano elementi metallici a vista come scarpe, piastre, ecc.; queste, se non protette, sono le prime a cedere durante l’incendio.

RESISTENZA al fuoco

"È una delle misure antincendio di protezione da perseguire per garantire un adeguato livello di sicurezza di un'opera da costruzione in condizioni di incendio. Essa riguarda la capacità portante in caso di incendio, per una struttura, per una parte di struttura o per un elemento strutturale nonché la capacità di compartimentazione in caso di incendio per gli elementi di separazione strutturali (es. muri, solai, ...) e non strutturali (es. porte, divisori, ...)" (G.1.12 comma 1 - D.M.Int 18/10/19).

CAPACITÀ PORTANTE IN CASO DI INCENDIO: attitudine della struttura, di una parte della struttura o di un elemento strutturale, a conservare una sufficiente resistenza meccanica sotto l’azione del fuoco, tenendo conto delle altre azioni agenti (G.1.12 comma 2 – D.M.Int 18/10/19).

CAPACITÀ DI COMPARTIMENTAZIONE: attitudine di un elemento costruttivo a conservare, sotto l’azione del fuoco, un sufficiente isolamento termico ed una sufficiente tenuta ai fumi e ai gas caldi della combustione, nonché tutte le altre prestazioni se richieste (G.1.12 comma 3 – D.M.Int 18/10/19).

La resistenza al fuoco ̬ attribuibile alle opere da costruzione secondo la seguente tabella (tabella S.2-1, articolo S.2.2 comma 1 РD.M.Int 18/10/19).

Livello di prestazioneDescrizione
IAssenza di conseguenze esterne per collasso strutturale.
IIMantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo sufficiente all’evacuazione degli occupanti in luogo sicuro all’esterno della costruzione.
IIIMantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo congruo con la durata dell’incendio.
IVRequisiti di resistenza al fuoco tali da garantire, dopo la fine dell’incendio, un limitato danneggiamento della costruzione.
VRequisiti di resistenza al fuoco tali da garantire, dopo la fine dell’incendio, il mantenimento della totale funzionalità della costruzione stessa.

Per l’attribuzione dei livelli di prestazione si rimanda alle tabelle dell’articolo S.2.3 comma 1 del D.M.Int 18/10/19.

La tabella S.2-12 riporta l’elenco dei simboli utilizzati per le prestazioni di resistenza al fuoco di elementi costruttivi o strutturali. Per la descrizione dettagliata si rimanda alle pertinenti norme di classificazione della serie EN 13501 e alle norme richiamate nel paragrafo S.2.12 (S.2.11 comma 1 – D.M.Int 18/10/19). La tabella seguente riporta alcuni dei simboli riportati nella tabella originale, per l’elenco completo dei simboli consultare il D.M.Int 18/10/19.

Qual è il significato degli acronimi UNI EN ISO?

SimboloPrestazioneDescrizione
RCapacità portanteCapacità di un elemento strutturale di portare i carichi presenti in condizioni di incendio normalizzato, per un certo periodo di tempo
ETenutaCapacità di un elemento costruttivo o strutturale di impedire il passaggio di fumi e gas caldi per un certo periodo di tempo, in condizioni di incendio normalizzate
IIsolamentoCapacità di un elemento costruttivo o strutturale di impedire il passaggio calore di un incendio normalizzato per un certo periodo di tempo. A seconda dei limiti più o meno severi al trasferimento di calore, il requisito si specializza in I1 o I2. L’assenza di indicazione al pedice sottintende il requisito I2.

VALUTAZIONE degli elementi costruttivi

Il requisito di resistenza al fuoco per le strutture generalmente è limitato alla sola stabilità R.

Le prestazioni di resistenza al fuoco dei prodotti e degli elementi costruttivi possono essere determinate in base ai risultati di (S.2.10 comma 2 – D.M.Int. 18/10/2019):

  • prove (metodo sperimentale);
  • calcoli (metodo analitico);
  • confronti con tabelle (metodo tabellare).

Le PROVE di resistenza al fuoco hanno l’obiettivo di valutare il comportamento al fuoco dei prodotti e degli elementi costruttivi, sotto specifiche condizioni di esposizione e attraverso il rispetto di misurabili criteri prestazionali (S.2.13 comma 1 – D.M.Int. 18/10/2019).

Il metodo sperimentale (prove) prevede le prove in forno su elementi di caratteristiche equivalenti agli elementi di effettivo impiego nella costruzione dello stesso tipo e dimensioni e soggetti agli stessi carichi di progetto.

Wood-technology  img-fire_behavior_wood-1-1024x368 Comportamento al Fuoco
Pannello a strati incrociati da 85 mm sottoposto a prova di incendio su forno verticale della durata di 60 min nel 2007 presso il laboratorio di prove al fuoco del CNR-IVALSA a San Michele all’Adige diretto dalla Dott.ssa Giovanna Bochicchio. Nella foto la sezione del pannello al termine della prova; il pannello è formato da 5 strati ognuno di 17 mm, come si nota al termine della prova sono rimasti 3 strati praticamente intatti, pertanto sì è avuta una carbonizzazione di 35-40 mm. Nel grafico la variazione di temperatura durante la prova sulla superficie non esposta; mentre sulla faccia esposta al fuoco le temperature sono arrivate quasi a 1000 °C; sulla faccia non esposta si è avuto un aumento di temperatura di soli 7°C.

Approfondimento: Prova di Resistenza al fuoco - parete X Lam

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 (S.2.14 comma 1 – D.M.Int. 18/10/2019).

I metodi di calcolo da utilizzare ai fini del presenti documento sono quelli contenuti negli Eurocodici (S.2.14 comma 3 – D.M.Int. 18/10/2019). L’Eurocodice 5 è dedicato alle opere in legno strutturale e risulta essere il miglior documento dal punto di vista scientifico, la norma EN 1995-1-2 “Progettazione delle strutture di legno – Parte 1-2: Regole generali – Progettazione strutturale contro l’incendio” fornisce tre metodi di calcolo, il primo dei quali (metodo della sezione efficace) è il più semplice ma anche il più cautelativo; contiene indicazioni esaustive per i giunti.

Il metodo della sezione efficace non considera nessuna riduzione delle proprietà meccaniche ed elastiche, considera in compenso e a vantaggio di sicurezza una maggiore riduzione della sezione per effetto dell’esposizione al fuoco.

Wood-technology  img-fire_behavior_wood-2-1024x237 Comportamento al Fuoco

Per il METODO TABELLARE (confronto con tabelle) il D.M.Int. 18/10/2019 (S.2.15) fornisce tabelle solo per:

  • murature non portanti di blocchi (S.2.15.1);
  • murature portanti di blocchi (S.2.15.2);
  • solette piene e solai alleggeriti (S.2.15.3);
  • travi, pilastri e pareti in calcestruzzo armato ordinario e precompresso (S.2.15.4);

Rischio Vita

Per poter proseguire nella definizione di altri aspetti dell’argomento, aggiungiamo un parametro fondamentale: il Rischio Vita.

Il Rischio Vita viene indicato con Rvita e rappresenta il profilo di rischio relativo alla salvaguardia della vita umana, è attribuito per ciascun compartimento e, ove necessario, per ciascun spazio a cielo libero delle attività (G.3.1 comma 1 e 2 - D.M.Int. 18/10/2019).

“Per attività si intende il complesso delle azioni organizzative svolte in un luogo delimitato, che può presentare pericolo d’incendio o esplosione” (G.1.5 comma 1 – D.M.Int. 18/10/2019)

Il Rvita viene attribuito in relazioni ai fattori indicati all’articolo G.3.2.1 del D.M.Int. 18/10/2019 di seguito sintetizzati:

  • caratteristiche degli occupanti;
  • velocità di crescita dell’incendio, si riferisce al tempo in secondi che impiega l’incendio a raggiungere la potenza termica di 1000 kW.

Il D.M.Int. 18/10/2019 nelle tabelle G.3-1, G.3-2 e G.3-3 all’articolo G.3.2.2 riporta degli esempi esaustivi dei fattori sopracitati. Inoltre nella tabella G.3-4 è possibile consultare l’applicazione dei fattori in alcune tipologie di destinazione d’uso.

COMPITO: Individua i fattori attribuibili al tuo progetto e applicali in base alla tipologia d'uso. Utilizza le tabelle sopracitate.

REAZIONE al fuoco

"È una delle misure di protezione da perseguire per garantire un adeguato livello di sicurezza di condizione di incendio ed in particolare nella fase di prima propagazione dell'incendio (pre-flashover). Essa esprime il comportamento di un materiale che, con la sua decomposizione, partecipa al fuoco al quale è stato sottoposto in specifiche condizioni" (G.1.13 comma 1 - D.M.Int. 18/10/2019). 

Questo requisito è applicabile agli ambiti delle attività ove si intenda limitare la partecipazione dei materiali alla combustione e ridurre la propagazione dell’incendio.

Il requisito è applicabile in quattro livelli di prestazione (I – II – III – IV) e ogni livello indica il contributo dei materiali (energia rilasciata) alla crescita e allo sviluppo dell’incendio. Per i livelli di prestazione attribuiti agli ambiti delle attività per le misure antincendio si rimanda agli articoli S.1.2 e S.1.3 del D.M.Int. 18/10/2019 e le relative tabelle. Per l’attribuzione dei livelli di prestazione si rimanda alle tabelle dell’articolo S.1.3 comma 1.

Per essere conformi e raggiungere il livello di prestazione richiesto è necessario utilizzare determinati tipi di materiali. Il D.M.Int. 18/10/2019 suddivide i materiali in 5 gruppi: GM0, GM1, GM2, GM3 e GM4. Ogni gruppo indica la reazione al fuoco di determinati materiali secondo la normativa nazione e secondo la normativa europea.

Ad esempio il gruppo di materiali GM0 ̬ costituito da tutti i materiali aventi classe 0 di reazione al fuoco italiana o classe A1 di reazione al fuoco europea. Questi materiali incombustibili sono anche denominati incombustibili (S.1.5 comma 2 РD.M.Int. 18/10/2019).

NORMATIVA NAZIONALENORMATIVA EUROPEA
Il Decreto Ministeriale – 26 giugno 1984 e la modifica del 2001, classifica i materiali con le classi 0, 1, 2, 3, 4 e 5 con l’aumentare della loro partecipazione alla combustione; quelli di classe 0 sono non combustibili, come l’acciaio ed il calcestruzzo. Il legno ed i prodotti a base di legno hanno reazione al fuoco 3 o 4.

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In questo caso i materiali vengono classificati secondo le Euroclassi A1, A2, B,…, F. I materiali classificati A1 sono incombustibili e quelli certificati A2, B, C, D, E, F bruciano in ordine crescente. Una comparazione tra le classi italiane ed europee non è possibile, dato che i metodi e i criteri di valutazione sono completamente diversi. Il D.M. 15 marzo 2005 introduce però una tabella che compara le classi italiane con quelle europee, al fine di poter applicare le leggi che richiedono una determinata reazione al fuoco.  

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Per la classificazione dei materiali compresi nei gruppi di materiali GM1, GM2 e GM3 si rimanda alle tabelle S.1-5, S.1-6, S.1-7, e S.1-8 del D.M.Int. 18/10/2019. Il gruppo di materiali GM4 è costituito da tutti i materiali non compresi negli altri gruppi.


CARICO DI INCENDIO

Il carico di incendio (q) è il potenziale termico netto della totalità dei materiali combustibili contenuti in uno spazio, corretto in base ai parametri indicativi della partecipazione alla combustione dei singoli materiali. Limitatamente agli elementi strutturali di legno, è possibile considerare il contributo tenendo conto del fatto che gli stessi devono altresì garantire la conseguente resistenza al fuoco. Tale contributo deve essere determinato tramite consolidati criteri di interpretazione del fenomeno Il carico di incendio è espresso in MJ; convenzionalmente 1 MJ è assunto pari all'energia sviluppata da 0,057 kg di legna equivalente (G.1.12 comma 4 - D.M.Int. 18/10/2019).

Pertanto s’intende per carico d’incendio (q) la quantità di calore che si svilupperebbe per combustione completa di tutti i materiali combustibili contenuti nel compartimento, ivi compresi le strutture, gli infissi, le opere di finitura dei muri, pavimenti e soffitti costituiti da materiali combustibili.

Approfondimenti: professionearchitetto e chimica-online.

Anche la struttura di legno, essendo combustibile, partecipa all’incendio e pertanto costituisce carico di incendio. Tuttavia nel calcolo del carico di incendio andrà considerata la sola parte di legno che, in base alla velocità di carbonizzazione, si presume venga bruciata nel tempo corrispondente alla classe richiesta (per le classi consulta la tabella S.2-3 del D.M.Int. 18/10/2019).

Essendo però la classe richiesta funzione del carico di incendio, è necessario che il progettista faccia almeno una iterazione (vedi articolo S.2.9.2 del D.M.Int. 18/10/2019):

Wood-technology  img-fire_behavior_wood-3-1024x174 Comportamento al Fuoco
Specie legnosaTipologia di legnoVelocità [mm/min]
Legname tenero
(conifere e faggio)
Legno laminato incollato con
densità caratteristica ≥ 290 kg/m3
0,70
Legname tenero
(conifere e faggio)
Legno massiccio con
densità caratteristica ≥ 290 kg/m3
0,80
Legname duro
(latifoglie)
Legno duro massiccio o laminato incollato
con densità caratteristica ≥ 290 kg/m3
0,70
Legname duro
(latifoglie)
Legno duro massiccio o laminato incollato
con densità caratteristica ≥ 450 kg/m3
0,55
Carico d'incendio specifico di progetto: carico d'incendio specifico corretto in base ai parametri indicatori del rischio di incendio del compartimento antincendio e dei fattori relativi alle misure antincendio presenti. Esso costituisce la grandezza di riferimento per le valutazioni della resistenza al fuoco delle opere da costruzione (G.1.12 comma 6 - D.M.Int. 18/10/2019).

Il carico d’incendio specifico di progetto si indica con qf,d [MJ/m2] e tiene conto dei seguenti parametri:

  • rischio di incendio in relazione alla dimensione del compartimento;
  • rischio di incendio in relazione al tipo di attività svolta nel compartimento;
  • misure antincendio del compartimento;
  • valore nominale del carico d’incendio specifico.

I parametri sono ricavabili dalle formule e dalle relative tabelle riportate all’articolo S.2.9 comma 1 del D.M.Int. 18/10/2019.

I parametri sono ricavabili dalle formule e dalle relative tabelle riportate all’articolo S.2.9 comma 1 del D.M.Int. 18/10/2019.


TRATTAMENTI

I prodotti igniritardanti sono delle vernici trasparenti o meno che, applicate sul legno, ritardano l’ignizione, cioè rendono il legno meno infiammabile e quindi lo abbassano di classe di reazione al fuoco, fino a portarlo in classe 1.

I prodotti ignifughi rivestono il legno limitandone fortemente la traspirazione, per tale motivo non possono essere applicati su legno massiccio non sufficientemente stagionato altrimenti, non permettendo la rapida stagionatura del legno, ne provocano la marcescenza.

Vernici intumescenti
I prodotti per la protezione passiva al fuoco di tipo verniciante hanno un comportamento intumescente e svolgono le loro proprietà di isolante grazie alla formazione di una schiuma carboniosa in grado di limitare l’innalzamento della temperatura dei supporti ai quali vengono applicate: al raggiungimento di alte temperature rigonfiando infatti fino a venti volte lo spessore iniziale risultano in grado di soddisfare le prestazioni di resistenza al fuoco richieste.

L’Eurocodice 5 tratta in maniera esaustiva il calcolo della resistenza al fuoco in presenza di protezioni.

PROGETTO SOFIE

Il Progetto SOFIE (Sistema Costruttivo Fiemme) è un progetto di ricerca finanziato dalla Provincia Autonoma di Trento e coordinato e condotto dal CNR-IVALSA (Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto per la Valorizzazione del Legno e delle Specie Arboree), sotto la guida del Prof. A. Ceccotti, attraverso una serie di studi e ricerche sperimentali tra il 2005 e il 2008, volto allo studio e alla promozione di edifici multi-piano in legno realizzati con legno trentino.

Lo scopo principale di questo progetto è stato quello di analizzare il comportamento di edifici multi-piano costruiti con pannelli di legno a strati incrociati, considerando ogni singolo aspetto relativo alle prestazioni strutturali e al comfort abitativo: dal comportamento statico, al comportamento al fuoco, all’isolamento acustico, termico, agli aspetti legati alla durabilità e in particolar modo al comportamento sismico.

Nell’ambito del Progetto SOFIE in data 6 Marzo 2007 si è tenuta presso il campo sperimentale per le prove al fuoco del Building Research Institute a Tsukuba in Giappone una prova di incendio reale su un edificio interamente a struttura di legno di tre piani realizzato con pannelli di legno massiccio a strati incrociati.

L’incendio è stato fatto partire da una stanza posta al primo piano dell’edificio ad un carico d’incendio pari al doppio di quello presente in una normale stanza di albergo; le fiamme, come previsto, una volta che l’incendio si è pienamente sviluppato sono fuoriuscite dalle finestre, lambendo le pareti esterne fino ad arrivare al piano superiore. L’incendio ha interessato marginalmente le strutture dell’edificio e il fumo ed il fuoco non si sono assolutamente propagati agli alti locali. Dopo 60 minuti il fuoco è stato rapidamente estinto con l’uso di idranti. L’edificio ha riportato solo danni locali facilmente riparabili.


Sei arrivato alla fine, complimenti! Non rimane che concretizzare le conoscenze acquisite in questo articolo applicandole al tuo progetto, prosegui con la Prevenzione Incendi.

A chi è rivolta? 
Classe: 5^ - Quinto anno 
Disciplina: Tecnologia del Legno nelle Costruzioni 
Tipologia istituto: Tecnico Tecnologico per Geometri 
Ciclo di studio: Scuola secondaria di secondo grado
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