Resistenza al fuoco: cosa c’è da sapere

La resistenza al fuoco delle strutture è un aspetto fondamentale nell’ambito della sicurezza delle costruzioni in caso di incendio.

Essa si riferisce alla capacità strutturale di un elemento costruttivo di resistere e limitare la diffusione del fuoco, nonché di conservare, per un determinato periodo, stabilità, tenuta e isolamento termico durante situazioni di incendio.

Essa si distingue dalla reazione al fuoco che indica il comportamento di un materiale in presenza di incendio, con particolare riguardo al contributo alla propagazione delle fiamme.

È fondamentale per proteggere vite umane, limitare danni strutturali e preservare la sicurezza globale degli ambienti costruiti durante emergenze legate agli incendi.

Cosa si intende per resistenza al fuoco delle strutture?

Il Codice di prevenzione incendi definisce la resistenza al fuoco una delle misure antincendio di protezione da perseguire per garantire un adeguato livello di sicurezza di un’opera da costruzione in condizioni di incendio.

La finalità della resistenza al fuoco è quella di garantire:

• la capacità portante delle strutture in condizioni di incendio
• la capacità di compartimentazione, per un tempo minimo necessario al raggiungimento degli obiettivi di sicurezza di prevenzione incendi.

Queste caratteristiche dipendono non solo elementi strutturali come muri e solai, ma anche elementi non strutturali come porte e tramezzi.

La resistenza meccanica al fuoco in genere viene identificata con la lettera “R” seguita da un numero che rappresenta il tempo minimo in cui la struttura svolge la sua funzione.

Ad esempio, una struttura R45 garantisce la capacità portante per un tempo minimo di 45 minuti.

La capacità di compartimentazione, in particolare, consente di dividere una costruzione in volumi protetti dagli effetti dell’incendio, riducendo il rischio di propagazione dello stesso alle aree limitrofe.

Caratteristiche delle strutture resistenti al fuoco

Le costruzioni, per limitare i rischi derivati dagli incendi, devono essere progettate e realizzate per garantire:

• stabilità degli elementi portanti per un tempo necessario al fine di permettere ai soccorsi di intervenire;
• limitata propagazione del fuoco e dei fumi;
• possibilità per gli occupanti di lasciare lo stabile in sicurezza o che vengano soccorsi in altro modo;
• possibilità di operare in sicurezza per le squadre di soccorso.

Per raggiungere i suddetti obiettivi, i requisiti di protezione delle costruzioni dagli incendi sono garantiti grazie all’adozione di misure e sistemi di protezione attiva e passiva.

Resistenza al fuoco delle strutture e compartimentazione

La compartimentazione è una divisione degli edifici in compartimenti isolati e resistenti al fuoco. Dividendo la struttura in volumi separati, ognuno mantiene al suo interno l’incendio per un tempo stabilito.

Questa pratica ha come obiettivo quello di limitare la propagazione dell’incendio e dei suoi effetti:

• verso altre attività, afferenti ad altro responsabile dell’attività o di diversa tipologia;
• all’interno della stessa attività.

In questo modo si tiene sotto controllo la propagazione delle fiamme e dei fumi tossici e si circoscrive l’incendio, consentendo alle persone di evacuare l’edificio in totale sicurezza.

Utilizzando l’approccio del carico di incendio specifico di progetto, si assegnano al volume designato come compartimento antincendio delle prestazioni di resistenza al fuoco “R” per gli elementi portanti e delle prestazioni “E” per la tenuta dei fumi caldi, insieme a prestazioni “I” per l’isolamento termico per gli elementi che fungono solo da separazione. Elementi che siano sia portanti che separanti, come i solai, avranno prestazioni REI.

Resistenza al fuoco: la normativa europea ed i requisiti base delle opere di costruzione

Il CPR, Regolamento Prodotti da Costruzione (UE) 305/2011, entrato in vigore il 1 luglio 2013, stabilisce all’allegato I, che in riferimento alla sicurezza in caso di incendio le opere di costruzione devono essere concepite e realizzate in modo che, in caso di incendio:

1. la capacità portante dell’edificio possa essere garantita per un periodo di tempo determinato;
2. la generazione e la propagazione del fuoco e del fumo al loro interno siano limitate;
3. la propagazione del fuoco a opere di costruzione vicine sia limitata;
4. gli occupanti possano abbandonare le opere di costruzione o essere soccorsi in altro modo;
5. si tenga conto della sicurezza delle squadre di soccorso.

Il Regolamento Delegato (UE) 2024/1681, integrando il regolamento (UE) 305/2011 e abrogando la decisione 2000/367/CE, definisce le classi di prestazione in relazione alla resistenza al fuoco dei prodotti da costruzione.

Per un quadro più completo sulla normativa europea, leggi il nostro approfondimento “Classificazione al fuoco dei prodotti da costruzione: le norme UE“.

Le norme italiane per il calcolo e la verifica di resistenza al fuoco

Le norme di riferimento per il calcolo e la verifica di resistenza al fuoco sono:

• il D.M. 16/02/2007 – Classificazione di resistenza al fuoco di prodotti ed elementi costruttivi di opere da costruzione, in conformità alle decisioni 2000/367/CE e 2003/629/CE
• il D.M. 9/03/2007 – Prestazioni  di resistenza al fuoco delle costruzioni nelle attività soggette al controllo del Corpo nazionale dei vigili del fuoco.

Il D.M. 16/02/2007 recepisce la norma europea EN 13501-2 ed elenca le varie possibilità di determinazione delle caratteristiche di resistenza al fuoco delle strutture. La classificazione della resistenza al fuoco è riportata nel D.M. 16/02/2007 ed è legata al D.M. 09/03/2007 per il calcolo del carico d’incendio. La normativa italiana per il calcolo e la verifica della resistenza al fuoco rimanda all’applicazione degli Eurocodici (EC) e alle relative appendici che contengono i parametri definiti a livello nazionale.

Livelli di prestazione, parametri di valutazione e classi di resistenza al fuoco

I livelli di prestazione possono essere precisati in relazione a classi di resistenza al fuoco nominali (incendio normalizzato), in generale fornite nei regolamenti antincendio nazionali, oppure, qualora consentito da quest’ultimi, ricorrendo all’ingegneria della sicurezza contro l’incendio per valutare le misure di protezione attive e passive.

I principali parametri per la valutazione della capacità di resistenza al fuoco sono:

• la resistenza (R): attitudine a conservare la resistenza meccanica sotto l’azione del fuoco;
• l’ermeticità (E): attitudine a non lasciar passare né produrre fiamme, vapori o gas caldi sul lato non esposto;
• l’isolamento termico (I): attitudine a ridurre la trasmissione del calore.

Le grandezze si combinano nel seguente modo:

• con il simbolo REI (seguito da un numero n) si identifica un elemento costruttivo che conserva per un tempo determinato n la resistenza meccanica, la tenuta alle fiamme e ai gas caldi, l’isolamento termico;
• con il simbolo RE (seguito da un numero n) si identifica un elemento costruttivo che conserva per un tempo determinato n la resistenza meccanica e la tenuta alle fiamme e ai gas caldi;
• con il simbolo R (seguito da un numero n) si identifica un elemento costruttivo che conserva per un tempo determinato n la resistenza meccanica.

In relazione alla “Normativa REI” le classi di resistenza al fuoco sono: 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 e 360, ed indicano il tempo quantificato in minuti durante il quale la resistenza al fuoco deve essere garantita. Ad esempio un materiale classificato REI 60 è un materiale che, in caso di incendio, è in grado di garantire per 60 minuti l’isolamento termico (I), l’ermeticità (E) e la stabilità (R).

Metodi di valutazione della resistenza al fuoco dei materiali da costruzione

Come avviene la valutazione della resistenza al fuoco delle strutture? La valutazione della resistenza al fuoco di un elemento costruttivo può essere effettuata seguendo diverse tipologie di metodi:

• prove sperimentali (Allegato B del D.M. 16/02/2007 e cap. S.2 del Codice);
• valutazioni analitiche (Allegato C del D.M. 16/02/2007 e cap. S.2 del Codice);
• confronto tabellare (Allegato D del D.M. 16/02/2007 e cap. S.2 del Codice).

Le modalità per la classificazione di prodotti ed elementi costruttivi:

• in base a prove sperimentali sono descritte anche nel paragrafo S.2.13 del Codice.
• in base a valutazioni analitiche sono descritte anche nel paragrafo S.2.14 del Codice.
• in base a confronto tabellare sono descritte anche nel paragrafo S.2.15 del Codice

Metodo sperimentale

Il metodo sperimentale implica l’osservazione del modo in cui gli elementi strutturali reagiscono al calore (protetti e non). Gli elementi non protetti vengono esaminati attraverso test conformi alle direttive della serie EN 13381, mentre quelli protetti seguono le normative della serie EN 13501.

Metodo tabellare

Il metodo tabellare è limitato all’analisi di singoli componenti esposti alla curva standard ISO 834.

Prima dell’introduzione del codice di prevenzione incendi, le uniche tabelle accettate dalle normative erano quelle specificate nell’Allegato D del D.M. 16/02/2007. Con l’avvento del codice, queste tabelle sono state integrate ed adeguate. Le tabelle offrono direttamente la classe di resistenza al fuoco per elementi strutturali e non, basandosi su pochi parametri.

Questo metodo è molto rigido e si applica solo agli elementi elencati nelle tabelle, senza possibilità di interpolazione o di estrapolazione dei valori.

Le possibilità che vengono presentate nel capitolo S.2 al progettista della sicurezza antincendio spaziano dal consueto approccio tipo semi-prestazionale, ovvero prestazionale guidato, fino alle opportunità offerte dalla Fire Safety Engineering (FSE) utilizzabili per affrontare questioni di ingegneria strutturale più complesse. Il progettista assegna il livello di prestazione (minimo) alle strutture sottoposte all’incendio (tab. S.2-1), in funzione dei criteri di attribuzione e, quindi, verifica le strutture per un lasso temporale coerente con le prescrizioni previste per il livello individuato.

In termini di prestazioni, nella maggior parte dei casi, il lasso temporale da considerare è crescente passando dal livello I al V.

La tabella riportata di seguito mostra i criteri generalmente accettati per l’attribuzione dei singoli livelli di prestazione:

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Metodo analitico

Il calcolo della resistenza con metodo analitico (analisi agli elementi finiti) si basa sulle caratteristiche dei materiali (calcestruzzo, armature, acciaio, legno, protezioni, ecc.) e simula la sezione nelle reali condizioni di esercizio.

Grazie ad un software calcolo resistenza al fuoco delle strutture puoi ad esempio eseguire la verifica della resistenza al fuoco delle strutture intelaiate (travi e pilastri) costituite da: cemento armato, acciaio, legno.

Per ogni sezione puoi definire la geometria, i materiali e le condizioni al contorno e, grazie al solutore agli elementi finiti, ottieni facilmente l’andamento nel tempo delle temperature all’interno della sezione (mappe di temperatura) con le relative resistenze strutturali che la sezione è in grado di esercitare a seguito del decadimento delle caratteristiche meccaniche dei materiali.

Calcolo della resistenza al fuoco con metodo analitico Calcolus-FUOCO

Materiali resistenti al fuoco

Nel processo di selezione dei materiali per una nuova costruzione, è fondamentale considerare la loro capacità di resistere al fuoco al fine di prevenire tragedie e/o problemi di vario genere. Sono diversi i materiali che hanno dimostrato una buona resistenza al fuoco: cemento armato, acciaio, materiali compositi, bambù, ecc.

Materiale resistente al fuoco: quale è il migliore?

Non è possibile affermare con certezza quale sia il materiale più resistente al fuoco in assoluto, ma possiamo di certo dire che il grafene sia uno di quelli. Si tratta di un materiale flessibile ed elastico, molto più resistente dell’acciaio. Il grafene, scoperto meno di un decennio fa, potrebbe avere un impatto simile alla plastica nel cambiare il nostro modo di vivere o addirittura all’introduzione del ferro, che ha plasmato nuove civiltà.

Il grafene è un materiale composto da un singolo strato di atomi di carbonio, estremamente sottile, con la resistenza teorica del diamante e la flessibilità della plastica. Grazie alle sue proprietà uniche, come la conduzione elettrica, la flessibilità e la resistenza, il grafene ha attirato l’attenzione di scienziati e ingegneri in tutto il mondo. Sebbene non sia ancora stata identificata un’applicazione rivoluzionaria definitiva, il grafene sta emergendo come un materiale chiave in settori diversi come moda, design, costruzioni e nanotecnologie.

La sua struttura, un reticolo esagonale di atomi di carbonio, lo rende fondamentale come elemento base per molti altri allotropi del carbonio, come la grafite, il diamante e i nanotubi di carbonio.

La scoperta del grafene è stata fatta da due fisici inglesi, Andrej Gejm e Konstantin Novoselov, che hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica.

Resistenza al fuoco materiali da costruzione

I materiali da costruzione più resistenti al fuoco sono quelli che possono sopportare temperature elevate senza subire significative alterazioni strutturali o perdere la loro funzionalità. Tra questi possiamo citare:

• il cemento armato;
• l’acciaio;
• il legno lamellare e massiccio.

Resistenza al fuoco cemento armato

La verifica di resistenza delle sezioni in cemento armato al fuoco è effettuata secondo il metodo analitico previsto dall’Eurocodice 2 UNI EN 1992-1-2 (metodo agli stati limite). La verifica al fuoco delle strutture viene elaborata individuando il dominio di resistenza in presenza di una distribuzione di temperatura all’interno della sezione e calcolando il coefficiente di sicurezza per una assegnata sollecitazione.

Resistenza al fuoco acciaio

La valutazione della resistenza al fuoco delle sezioni in acciaio segue le linee guida dell’Eurocodice 3 UNI EN 1993-1-2. Si seleziona rapidamente il profilo in acciaio da verificare, con la possibilità di aggiungere strati protettivi, se necessario, per proteggere la sezione. Questa valutazione considera la conduttività termica reale dell’acciaio, consentendo di calcolare le distribuzioni effettive delle temperature all’interno delle sezioni senza assumere una temperatura uniforme. I risultati della valutazione sono immediatamente disponibili sia sotto forma numerica che attraverso rappresentazioni grafiche.

Resistenza al fuoco legno lamellare e massiccio

La valutazione della resistenza al fuoco delle sezioni in legno e legno lamellare segue le disposizioni dell’Eurocodice 5 UNI EN 1995-1-2. Si esegue la verifica considerando la velocità di carbonizzazione del legno, che può comportare una riduzione della sezione trasversale. Successivamente, si calcola il coefficiente di sicurezza per una data sollecitazione, tenendo conto dell’evoluzione temporale della sezione efficace.

Grazie al software calcolo resistenza al fuoco delle strutture puoi calcolare con facilità e precisione la resistenza al fuoco delle strutture che hai progettato e avere: l’analisi termica, il dominio di resistenza, il diagramma momento/curvatura, il diagramma tensione/deformazione, il decadimento capacità/domanda.

Resistenza al fuoco delle strutture: la guida INAIL

L’INAIL (istituto nazionale per l’assicurazione contro gli infortuni sul lavoro) ha pubblicato un focus sulla misura S.2 del Codice prevenzione incendi: La resistenza al fuoco degli elementi strutturali. Ricordiamo che il capitolo S.2 tratta della resistenza al fuoco delle strutture ed offre ai progettisti molteplici opportunità per la risoluzione dei problemi di ingegneria strutturale in caso di incendio.

La guida INAIL fornisce una serie di casi studio che illustrano l’applicazione delle soluzioni conformi e alternative contemplate nel capito S.2 del Codice.

I casi studio

L’utilizzo della metodologia del caso studio, normalmente utilizzata nel campo della ricerca empirica come metodologia che ha la funzione di approfondimento di una questione, nello specifico, si ritiene possa favorire l’apprendimento dei metodi e degli strumenti offerti dal codice, illustrandone l’applicazione pratica in contesti reali. Il caso studio consiste nella descrizione di una situazione realistica, a partire dalla quale s’intenderebbe sviluppare nel lettore le capacità analitiche necessarie per affrontare, in maniera sistematica, una situazione reale, nella sua effettiva complessità.

La pubblicazione si conclude quindi con l’analisi dei seguenti 8 casi studio e 2 appendici:

• caso studio 1: resistenza al fuoco di elementi portanti in C.A.P.
• caso studio 2: resistenza al fuoco di un solaio in C.A.
• caso studio 3: resistenza al fuoco di una trave portante in acciaio
• caso studio 4: resistenza al fuoco di una colonna portante in acciaio
• caso studio 5: resistenza al fuoco di un solaio composto in acciaio e calcestruzzo
• caso studio 6: resistenza al fuoco di una trave portante in legno
• caso studio 7: resistenza al fuoco di una muratura portante
• caso studio 8: resistenza al fuoco di una trave portante in alluminio

Appendice A – Studio di curve d’incendio:

• A.1 – Caso studio curva RHR(t) e modellazione termica con CFAST – ipotesi incendio in un deposito di lavorati in legno
• A.2 – Caso studio curva naturale d’incendio – ipotesi incendio in un archivio

Appendice B – Applicazione del metodo analitico avanzato per la valutazione della resistenza al fuoco di un’intera struttura

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Indirizzo articolo: https://biblus.acca.it/guida-resistenza-al-fuoco-degli-elementi-strutturali/