Fire Behavior

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 e Cappella della Sacra Sindone

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;
  • Il legno non ancora carbonizzato rimane efficiente dal punto di vista meccanico anche se la sua temperatura è aumentata;
  • 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.
  • Gli elementi strutturali di acciaio non bruciano ma il materiale subisce un rapido decadimento delle caratteristiche meccaniche in funzione della temperatura;
  • Nelle costruzioni di calcestruzzo armato la resistenza al fuoco è determinata dallo spessore del rivestimento delle armature metalliche (copri-ferro);
  • 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 (D.M.Int. 09/03/2007)

“La Resistenza al fuoco è 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 rispetto all’incendio per gli elementi di separazione sia strutturali, come muri e solai, che non strutturali, come porte e tramezzi”.

COMPARTIMENTAZIONE: impedisce la propagazione di fumi e calore all’esterno dell’ambiente in cui si sviluppa l’incendio.

SiglaSignificatoUtilizzo

R

Stabilità: attitudine di un elemento da costruzione a conservare la resistenza meccanica sotto l’azione del fuocoElemento costruttivo che, in caso di incendio, deve conservare la sola stabilità (ad esempio una trave o un pilastro isolati)

E

Tenuta: attitudine di un elemento da costruzione a non lasciar passare né produrre – se sottoposto all’azione del fuoco su un lato – fiamme, vapori o gas caldi sul lato non espostoElemento costruttivo che deve conservare sia la stabilità sia la tenuta (ad esempio un muro o un solaio che hanno funzione di separazione e per i quali non è necessario limitare l’incremento di temperatura sulla faccia dell’elemento non esposta all’incendio)

I

Isolamento termico: attitudine di un elemento da costruzione a ridurre, entro un dato limite, la trasmissione del caloreElemento costruttivo che deve conservare la stabilità, la tenuta e l’isolamento (come l’esempio precedente quando si vuole anche limitare l’incremento di temperatura sulla faccia dell’elemento non esposta all’incendio)

VALUTAZIONE degli elementi costruttivi

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

La resistenza al fuoco di un elemento strutturale di legno può essere valutata in tre modi (D.M.Int. 09/03/2007):

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

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.

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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.

Per il METODO ANALITICO (calcoli) l’Eurocodice 5 risulta essere il miglior documento dal punto di vista scientifico; questo documento 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.

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Per il METODO TABELLARE Il D.M.Int. 09/03/2007 fornisce tabelle solo per:

  • murature non portanti;
  • calcestruzzo armato e precompresso (solette, solai alleggeriti, travi, pilastri e pareti);
  • acciaio (travi, tiranti e pilastri).

REAZIONE al fuoco

La Reazione al fuoco è il grado di partecipazione di un materiale combustibile al fuoco al quale è sottoposto.  Il requisito di reazione al fuoco non è richiesto per gli elementi strutturali quali travi e pilastri.

Per la verità la Lettera Circolare dice: “limitatamente alle travi e pilastri in legno massiccio o lamellare, non deve essere richiesta la classificazione ai fini della reazione al fuoco”, non contempla quindi le pareti ed i solai a pannello continuo per i quali attualmente non ci sono chiare indicazioni.

NORMATIVA NAZIONALE (D.M. 26/06/1984)NORMATIVA EUROPEA (UNI EN 13501-1:2009)
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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CARICO D’INCENDIO

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.

Essendo però la classe richiesta funzione del carico di incendio, è necessario che il progettista faccia almeno una iterazione:

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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.


SICUREZZA

COMPARTIMENTO ANTINCENDIO: Ã¨ la parte di edificio delimitata da elementi costruttivi di resistenza al fuoco predeterminata e organizzata per rispondere alle esigenze della prevenzione incendi.

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Il FILTRO A PROVA DI FUMO è un vano delimitato da strutture con resistenza al fuoco REI predeterminata (60 min) dotato di due o più porte munite di concegni di auto-chiusura con resistenza al fuoco REI predeterminata (60 min). Si distinguono in:

  1. filtro con camino di ventilazione di sezione adeguata e comunque non inferiore a 0,10 m2 sfociante al di sopra della copertura dell’edificio;
  2. filtro con vano con le stesse caratteristiche di resistenza al fuoco e mantenuto in sovrappressione ad almeno 0,3 mbar, anche in condizioni di emergenza;
  3. filtro areato direttamente verso l’esterno con aperture libere di superficie non inferiore a 1 m2.
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L’INTERCAPEDINE DI DISTACCO ha la funzione di aerazione e/o scarico di prodotti della combustione di larghezza trasversale non inferiore a 0,60 m; se con funzione di passaggio di persone di larghezza trasversale non inferiore a 0,90 m.

Il LUOGO SICURO è un compartimento antincendio (separato da altri compartimenti mediante spazio scoperto o filtri a prova di fumo) avente caratteristiche idonee a ricevere e contenere un predeterminato numero di persone (luogo sicuro statico), ovvero a consentire il movimento ordinato (luogo sicuro dinamico).

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SCALA DI SICUREZZA: La Scala di sicurezza esterna (img a destra), rispetto al fabbricato, è munita di parapetto regolamentare e di altre caratteristiche stabilite dalla norma. L’accesso dall’edificio alla scala esterna deve avvenire mediante porta con apertura nel senso della fuga e munita di maniglione antipanico.

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La Scala a prova di fumo esterna è racchiusa in un compartimento antincendio cui si può accedere da ogni piano mediante porta REI predeterminata e provvista di dispositivo di autochiusura, oppure da spazio a cielo scoperto o da disimpegno avendo almeno un lato prospiciente su spazio a cielo aperto.

La Scala a prova di fumo interna è un vano costituente un compartimento avente accesso, per ogni piano, da filtro a prova di fumo.

La Scala protetta è un vano costituente compartimento antincendio avente accesso diretto da ogni piano, con porte di resistenza al fuoco REI predeterminata e dotate di concegno di autochiusura.

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Sei arrivato alla fine, complimenti! Vuoi metterti alla prova? Vuoi dimostrare di saperne più dei tuoi compagni di classe? Bene, è arrivato il momento di competere! Clicca sul logo Kahoot in basso ed inserisci il codice fornito dal tuo insegnante! Se non sai cos’è Kahoot clicca qui. Sei un insegnante? Contattami.

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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