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Materiale resistente al fuoco

Resistenza al fuoco delle strutture

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Cosa si intende per resistenza al fuoco delle strutture? Caratteristiche e differenza dei metodi usati per la valutazione

La resistenza al fuoco è un caratteristica/capacità fondamentale nell’ambito della sicurezza delle costruzioni in caso di incendio. Essa si riferisce alla capacità strutturale degli edifici di resistere e limitare la diffusione del fuoco, nonché di mantenere la loro integrità e stabilità durante situazioni di incendio. 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?

La resistenza al fuoco è la capacità di un elemento di conservare, per un lasso di tempo, stabilità, tenuta e isolamento termico, come indicato nella UNI CEI EN ISO 13943.

La resistenza al fuoco delle strutture è una misura di sicurezza da adottare durante un incendio. Tale misura coinvolge la capacità di supporto strutturale di un edificio o di una sua porzione in caso di pericolo, insieme alla capacità di separare e contenere il fuoco. Questo include non solo elementi strutturali come muri e solai, ma anche elementi non strutturali come porte e tramezzi. L’obiettivo principale della resistenza al fuoco è garantire che le strutture mantengano la loro capacità portante durante un incendio e che la compartimentazione rimanga efficace per un periodo sufficiente a raggiungere gli standard di sicurezza anti-incendio.

La resistenza al fuoco delle strutture interessa la capacità portante ed il concetto di compartimentazione che consente di dividere una costruzione in volumi protetti dagli effetti dell’incendio, riducendo il rischio di propagazione dello stesso alle aree limitrofe. La resistenza 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.

Classi di resistenza al fuoco delle strutture

La classificazione si basa, come abbiamo visto, sul tempo durante il quale il materiale conserva una o più delle sue proprietà. L’acronimo R.E.I. indica proprio queste capacità:

  • R (Resistenza): attitudine di un elemento a conservare la resistenza meccanica una volta sottoposto all’azione del fuoco. Indica, quindi, la stabilità meccanica, la capacità portante di un edificio;
  • E (Ermeticità): capacità di un elemento di impedire il passaggio o la produzione di fuoco o fumi al lato opposto a quello di sviluppo dell’incendio;
  • I (Isolamento): attitudine di garantire l’isolamento termico.

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).

Caratteristiche delle strutture

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 dei materiali da costruzione: i metodi sperimentale, tabellare e analitico

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,
  • valutazioni analitiche,
  • confronto tabellare.

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.

I livelli di prestazione

La tabella sottostante riporta i livelli di prestazione attribuibili alle opere da costruzione per la misura antincendio:

Resistenza al fuoco delle strutture-i livelli di prestazione

Resistenza al fuoco delle strutture-i livelli di prestazione

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

Resistenza al fuoco delle strutture - criteri di attribuzione

Resistenza al fuoco delle strutture – criteri di attribuzione

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 al software calcolo resistenza al fuoco delle strutture puoi 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

Calcolo della resistenza al fuoco con metodo analitico Calcolus-FUOCO

La normativa italiana

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. Le parti degli EC strutturali relative al fuoco affrontano aspetti di verifica della capacità portante in condizioni di incendio e aspetti inerenti alla compartimentazione.

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 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 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.

Tabella resistenza al fuoco materiali

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.

Livelli di prestazione attribuibili (tab. S.2-1)
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

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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