Resistenza e reazione al fuoco

Nell’affrontare il progetto di un edificio in legno si parte da un approccio olistico per poi arrivare al singolo componente costruttivo, del quale vanno indagati, per descriverne il comportamento, due aspetti molto diversi della sicurezza al fuoco: la resistenza e la re- azione al fuoco.

La reazione al fuoco è definita come il grado di partecipazione di un materiale combustibi- le al fuoco al quale è esposto. È una proprietà del materiale che dipende dalla sua stessa natura ed, eventualmente, dal trattamento superficiale. I materiali sono classificati, in accordo con la norma UNI EN 13501-1, nelle Euroclassi di reazione al fuoco A1, A2, B, C, D, E e F in maniera crescente all’aumentare della loro partecipazione alla combustione. Le caratteristiche di reazione al fuoco dei pannelli multistrato in legno, ad esempio, sono D-s2, d0 [13][14], con una produzione di fumo non elevata e nessun gocciolamento o cadu- ta di materiale ardente.

Un incremento delle prestazioni è possibile ricorrendo a soluzioni costruttive che presen- tano appropriati rivestimenti, quali materiali isolanti, lastre di cartongesso, ecc.

La resistenza al fuoco è definita dal D.M. 09/03/2007 come la capacità portante in caso di incendio per un elemento strutturale, nonché la capacità di compartimentazione rispetto all’incendio per un elemento di separazione. Essa è una proprietà della stratigrafia e non dei materiali che lo compongono; dipende infatti dalla geometria, dai carichi agenti e dalle condizioni di esposizione. Alle strutture portanti generalmente è richiesto il solo requisito R di capacità portante e stabilità, mentre agli elementi di compartimentazione sono ri- chiesti anche i requisiti di tenuta E, ossia la proprietà di un elemento a non lasciar passare vapori o gas caldi sul lato non esposto, e di isolamento I, ossia la capacità di ridurre la trasmissione di calore.

Per quel che concerne la resistenza al fuoco negli edifici in XLam, L’Eurocodice dà indica- zioni solamente su travi e pilastri e non ancora sui sistemi a pannelli portanti, non chia- rendo se essi debbano rispettare i requisiti di reazione al fuoco, oltre a quelli di resistenza. Costituendo un’importante frazione della superficie totale dei compartimenti, si ritiene opportuno considerare i pannelli sia come struttura che come rivestimento, ed indagarne perciò sia le prestazioni di resistenza sia quelle di reazione al fuoco.

Non esistono ancora in normativa valori di riferimento della velocità di carbonizzazione dei pannelli multistrato in legno. L’unico riferimento applicabile è quello della tabella 3.1 dell'EC 1995-1-2 (vedi tabella 2.6 alla pagina seguente), dove viene indicato per i “pannelli a base di legno diversi dal compensato” un valore di 0,9 mm/min. Da prove sperimentali si è osservato tuttavia che i valori della velocità dei pannelli sono in realtà più simili a quelli del legno massiccio.

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Diversi produttori di pannelli XLam hanno condotto test in accordo con la serie di norme UNI EN 1363 e EN 1364 per determinare il comportamento resistente al fuoco. Un pannel- lo di struttura a 3 strati e spessore 90 mm, ad esempio, può raggiungere una resistenza al fuoco R30 con valori di tenuta e isolamento EI60.

La struttura che deve garantire una determinata resistenza al fuoco può essere realizzata mediante elementi massicci sovradimensionati oppure mediante elementi più snelli ma protetti con lastre; in questo secondo caso si deve fare attenzione alla continuità delle lastre utilizzate ed al sistema di ancoraggio.

Tabella 2.6 - Velocità di carbonizzazione di progetto β₀ e β_n per legno, LVL, rivestimenti di legno e pannelli a base di legno, in conformità alla norma EC 1995-1-2.

β0

[mm/min] [mm/min]βn

a) Conifere e faggio

Legno lamellare incollato con massa volumica caratteristica ≥ 290 kg/m3 0,65 0,7

Legno massiccio con massa volumica caratteristica ≥ 290 kg/m3 0,50 0,8

b) Latifoglie

Legno massiccio o lamellare incollato con massa volumica caratteristica pari a 290 kg/m3 0,65 0,7

Legno massiccio o lamellare con massa volumica caratteristica ≥ 450 kg/m3 0,50 0,55

c) LVL

con massa volumica caratteristica ≥480 kg/m3 0,65 0,7

d) Pannelli

Rivestimenti in legno 0,9* -

Compensato 1,0* -

Pannelli a base di legno diversi dal compensato 0,9* -

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Negli edifici a pannelli intelaiati, il telaio della parete è formato da elementi di sezione snella; i pannelli di rivestimento strutturale a base di legno hanno spessore limitato, soli- tamente 12 mm, al massimo 15 mm, e gli elementi metallici di collegamento sono diretta- mente esposti al fuoco. Risulta evidente che la resistenza al fuoco possa essere conferita solo attraverso lastre di rivestimento interno in cartongesso o gessofibra.

Il metodo di verifica per gli elementi di separazione è presentato nell’Appendice E della norma europea EN 1995-1-2 e consiste nell’accertamento che il tempo impiegato perché si verifichino gli incrementi di temperatura sul lato non esposto sia uguale o maggiore alla resistenza al fuoco richiesta per la loro funzione di compartimentazione. L’isolamento del componente dipende dal comportamento al fuoco dei singoli layer che compongo- no la stratigrafia del pacchetto, così come dalla loro posizione relativa e dalla modalità di giunzione. Secondo la EN 1995-1-2, ad esempio, un rivestimento della parete con un pannello di cartongesso standard da 15 mm di spessore, se posato con un’intercapedine vuota superiore ai 2 mm di spessore, fornisce una resistenza al fuoco di 19 minuti; se l’in- tercapedine è di 4 cm ed è riempita con lana di roccia tale valore aumenta fino a 35 min, da calcoli effettuati con il metodo migliorato dalla guida “Fire safety in timber building. Technical guideline for Europe” [15]. Pertanto, nell’ottica di operare una buona progetta- zione, occorre valutare il comportamento al fuoco non solo delle strutture portanti ma anche dei materiali di finitura.

A titolo esemplificativo, si riportano i risultati di test condotti su due stratigrafie composte da un pacchetto a più strati, come quelle rappresentate in figura, eseguiti in laboratorio in accordo con le norme UNI EN 1365-1: 2002 e UNI EN 1363-1: 2001 [16][17]. Nel primo caso, la parete è in pannelli XLam (Figura 2.22) mentre nel secondo caso la parete è intelaiata, realizzata con travi portanti di legno 60 x160 mm placcati con pannelli OSB per controven- tatura ed irrigidimento (Figura 2.23). In ambo i casi, sul lato esterno è stato applicato un isolamento a cappotto con isolante in lana di roccia [ROCKWOOL], mentre sul lato interno una controparete con struttura autoportante metallica isolata con pannelli in lana di roc- cia [ROCKWOOL], chiusa con pannelli di rivestimento in gesso rivestito e gesso-fibra. Il comportamento della parete in XLam così composta ha presentato prestazioni tali da es- sere classificata REI 90 e quello della parete intelaiata ha permesso di raggiungere valori superiori, pari ad una classificazione REI 120.

Figura 2.22 - Stratigrafia della parete sottoposta a test.

Figura 2.23 - Stratigrafia della parete sottoposta a test.

80 150 75 378 8 15 15 25 160 100 75 375 15 25 80 150 75 378 8 15 15 25 160 100 75 375 15 25

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