Durante MADE Expo 2019 è stato organizzato

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Traduzione in Italiano di Daniele di Giuseppe ed Eros Chemolli, esperti in testing al fuoco e certificazione prodotti, Chemolli Fire

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urante MADE Expo 2019 è stato organizzato un evento dedicato ai pannelli sandwich.

Una panoramica divisa in due parti, una rispetto all’FM Approval, di cui abbiamo dato conto in un precedente articolo pubblicato sul numero di giu- gno, l’altra secondo il British Standard che viene analizzata in questa occasione. La via inglese pre- vede di considerare molti dettagli della costruzione oltre che la tipologia di pannello impiegato, per un uso consapevole ed accorto di prodotti e tecnologie costruttive.

Le prestazioni dei materiali di rivestimento in caso di incendio sono cruciali e dovrebbero essere valutate nel dettaglio, in modo da poter trarre delle conclusioni riguardo la resistenza al fuoco di qualsiasi facciata. Tuttavia, prima di affrontare questo argomento, dobbiamo rispondere a due ovvie do- mande:

1. Perché DOBBIAMO considerare le prestazioni dei muri perimetrali in termini di resistenza al fuoco.

2. Perché è una caratteristica critica per gli edifici con altezze elevate?

Data la natura di ciò che è contenuto oggi negli edifici, se dovesse svilupparsi un incendio in un

delle facciate: la famiglia di norme British Standard BS 8414

Testo di Dr. Mostafa Jafarian e Dr. Janet Murrell, esperti in testing del laboratorio Warringtonfire

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Pannelli sandwich

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compartimento all’interno di un edificio ad altezza elevata, ci sarebbe una buona possibilità che l’incendio si sviluppi fino al flashover. In questo stadio, l’incendio potrebbe fuoriuscire dai compartimenti attraverso, per esempio, le finestre e propagarsi sulla superficie esterna della costruzione. Quando ciò accade, il rivestimento subisce un enorme shock termico. L’incendio dovrebbe rimanere localizzato, invece di espandersi attraverso l’edificio, così da dare a vigili del fuoco la possibilità di arrivare sul luogo e contenerlo. Tuttavia, a causa delle limita- zioni nell’equipaggiamento, i vigili del fuoco possono contenere incendi solo fino ad altezze limitate, e hanno bisogno di utilizzare diversi metodi per contenerli, per esempio agendo dall’interno dell’e- dificio.

Se tale incendio non potesse essere controllato, ci sarebbe la possibilità che si espanda in maniera critica portando ad una tragedia. Sfortunatamente ci sono stati degli incendi molto famosi che hanno avuto un impatto tragico, come l’incendio al Wind- sor Building a Madrid, Spagna; quello alla First Interstate Bank di Los Angeles, USA; alla Grenfell Tower di Londra, UK; al Mandarin Hotel di Pechino, Cina; alla Grozny – City Towers in Cecenia ed alla Torch Tower di Dubai, negli Emirati Arabi.

Una valutazione della natura dei rivestimenti per i suddetti esempi, indicano che il rivestimento usato

era decisamente differente. Si può affermare che il rivestimento per le costruzioni non cambia da una all’altra, ma che una singola costruzione possa essere rivestita con diversi tipi di materiali affiancati l’uno all’altro. Esempi dei più comuni tipi di sistemi di rivestimento sono i sistemi compositi esterni di isolamento termico (ETICS), pannelli sandwich, sistemi di isolamento strutturale a pannelli laminati ad alta pressione (SIPS), rivestimenti antipioggia (RSC), pannelli in legno esterni e molti altri. Tutti questi sistemi avranno comportamenti differenti quando esposti al fuoco. Questo porta alla prossi- ma domanda, ovvero come possiamo assicurarci che la progettazione sia sicura in caso di incendio?

Per rispondere a questa domanda, dobbiamo co- noscere il comportamento di propagazione della fiamma:

1. Qual è il livello accettabile di propagazione delle fiamme?

2. Come dovrebbero comportarsi i prodotti proposti per la facciata, in caso fossero esposti al fuoco?

3. Come dovrebbe comportarsi una facciata come sistema, quando esposta al fuoco, considerando che i materiali siano usati come parte di un sistema e non individualmente?

In termini di propagazione delle fiamme, un rivestimento potrebbe essere esposto al fuoco da un incendio esterno situato vicino al rivestimento stesso, per esempio se dovesse prendere fuoco un oggetto

Figura 1 | Esempi di propagazione incontrollata delle fiamme attraverso le facciate

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Pannelli sandwich

www.insic.it 79

che non fa parte della costruzione, come ad esempio dei contenitori per i rifiuti. Un altro scenario potrebbe essere quando si verifica un incendio all’interno di un compartimento e il fuoco si sviluppa fino al flash-over propagandosi fuori dalle finestre.

In questo caso, anche se il fuoco non interagisce direttamente con alcun materiale che compone il rivestimento, l’altezza della fiam-

ma potrebbe anche superare i due metri di altezza. In questo caso, le fiamme potrebbero lambire il pia- no superiore, propagando l’incendio in un altro compartimento. In alternativa, l’incendio potrebbe interagire con i prodotti di rivestimento ed espandersi lungo la superficie o attraverso le cavità ed esporre diversi piani alla volta.

Considerando che tutti i suddetti casi siano possibili, quale di que-

sti sarebbe considerato il più accettabile? In base alle regolamentazioni correnti, la rapida propagazione delle fiamme dovrebbe essere prevenu- ta. Questo significa che la fiamma non dovrebbe esporsi o propagarsi per più di due piani alla volta.

Questo perché una tale propagazione dell’incendio darebbe la possibilità ai vigili del fuoco di combat- tere l’incendio. Ci sono esempi dove un incendio può avere una possibilità di espandersi lungo la superficie oltre i due piani a causa dell’espansione delle fiamme dovuta dall’interazione tra i prodotti usati nel rivestimento o espansione attraverso aree nascoste dove si può verificare un effetto camino, portando l’altezza delle fiamme fino a cinque o dieci volte l’altezza raggiungibile su superfici ester- ne. Controllare un tale incendio comporta difficoltà considerevoli e un aumento del rischio di propa- gazioni incontrollate. Perciò un tale scenario non è considerato accettabile.

Ma come possiamo essere certi che una facciata sia entro un limite accettabile, in caso sia esposta al fuoco?

Per essere in grado di rispondere a questa domanda dobbiamo esaminare il problema da due diverse angolazioni:

Il comportamento dei materiali in condizioni di incendio. Questo ci permette di avere una valutazione iniziale del sistema e quindi la classificazione di reazione al fuoco (per esempio in base alla EN 13501-1[5]) risulte- rebbe di grande aiuto. Comporta- mento dell’intero sistema in condi- zione di flash-over iniziale.

Tuttavia, i test utilizzati per classi- ficare i materiali utilizzano condizioni di esposizione al fuoco con- siderevolmente meno stringenti di un reale incendio. Ciò riporterebbe un comportamento al fuoco dei Flame drawn

through cavity Rapid Fire Spread

Cladding System contributes to flame spread resulting in risk of multiple simultaneous secondary fires

Restricted Fire Spread Cladding System does not contribute to flame spread. Risk of secondary fires limited

In the external cladding contributes to the flame spread there is a risk of secondary fire spread to all levels

Flames break out and attack adjacent windows External fire incident

Secondary external fires arising from falling burning debris Initial fire

is allowed to develop and flashes over

Flames break out and attack adjacent windows

If a secondary fire is allowed to develop then process is repeated Secondary fire

Secondary fire

Secondary fire Secondary fire

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materiali o del sistema non realistico. Inoltre, anche se avessero un buon comportamento di reazione al fuoco, questi prodotti verrebbero installati come sistemi, e come sistema non si comporterebbero in maniera accettabile. Questo richiederebbe l’utiliz- zo di prove a larga scala in cui il comportamento complessivo del sistema venga controllato.

Al momento non abbiamo una norma europea armonizzata che regoli il test di sistemi di facciate. Tuttavia, un’analisi della commissione europea ha studiato le varie norme di prova nazionali per suggerire un test al fuoco a larga scala che possa essere usata in tutta Europa. In base a questa hanno ristretto le analisi alla serie di test BS8414 [2,3]

come test a larga scala e alla DIN 4102-20 [4] come test di medie dimensioni.

Riguardo al test BS8414, è un test a larga scala pubblicato nel 2015 da BSI per valutare il comportamen- to dei sistemi di facciate in caso di incendio [2,3]. La struttura di prova di questo test è una formazione a L con un muro principale da 2,6 m e un muro seconda-

rio da 1,5 m. L’altezza del sistema è di minimo 8 m. Il carico d’incendio nel sistema è composto da una catasta di legno da 400 Kg posizionata in una camera che può creare un flusso di calore da 45 a 90 KW/m², con un flusso di calore costante di 75 KW/m² per un periodo di 20 minuti. Vedi Figura 2.

Questo test dura 60 minuti. Durante i primi 30 la catasta brucia, alla fine di questo periodo, intorno a quando è in gran parte consumata, questa viene spenta e la propagazione delle fiamme viene mo- nitorata nei rimanenti 30 minuti. Viene annotata la propagazione verso la cima del campione. [2,3]

In termini di strumentazione, il campione è equipag- giato a due livelli (2,5m e 5m) sopra la camera. Le termocoppie al primo livello vengono principalmen- te usate per indicare quando la catasta è completa- mente accesa. Quando raggiungono i 200°C si ini- zia a contare il tempo. La temperatura registrata al livello 2 viene usata per analizzare il comportamento al fuoco del sistema. Perciò a questo livello, le termocoppie non solo sono posizionate sulla superficie esterna ma anche al centro di cavità, dell’isolamento e di qualsiasi strato spesso più di 12mm.

Al momento, le serie di test BS8414 [2,3] non hanno criteri di fallimento oltre a motivi di sicurezza e propagazione delle fiamme fino alla cima della struttura. Per questo motivo, in Regno Unito è stata redatta una norma che indichi come un test possa essere considerato superato o fallito [6]. In base a questi criteri:

1. Una temperatura di 600°C oltre la temperatura ambiente per almeno 30 secondi al livello 2 entro i primi 15 minuti dall’inizio della prova (cioè dopo che vengono registrati i 200 gradi al livello 1);

2. Una temperatura di oltre 600°C oltre la temperatura ambiente per almeno 30 secondi in qualsiasi parte interna del livello 2 entro i primi 15 minuti dall’inizio della prova;

3. Una fiamma sostenuta per almeno 60 secondi su una superficie non esposta ad un’altezza di

Level 2

1.5 m

2.6 m 2500

2500 Level 1

Level 2 at 5 m

Level 1 at 2.5 m

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Pannelli sandwich

www.insic.it 81

0,5m (o più) sopra la camera in uno strato interno entro 15 minuti dall’inizio della prova (fallimento dell’integrità).

Questi risultati vengono interpretati come fallimenti.

Conoscendo la procedura di prova e i criteri di fallimento, sarebbe interessante sapere quali sarebbe- ro i parametri che potrebbero avere un impatto sul comportamento al fuoco dei sistemi di rivestimento quando testati con la BS8414.

I prodotti usati come parte del sistema di rivestimento potrebbero essere uno dei parametri. Un esempio potrebbe essere uno dei test commissio- nati da MHCLG (Ministry of Housing, Communities

& Local Government, DCLG in precedenza), su sistemi simili con diversi rivestimenti esterni [7-13].

La prova è stata effettuata su tre sistemi identici in qualsiasi aspetto tranne che per il rivestimen- to esterno, dove variavano tra ACM PE, ACM FR PE

Figura 2 | Variazione del flusso di calore secondo la BS8414

Eat Flux [kW/m2]

Time [min]

00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

5 10 15 20 25 30 35 40

45 kW/m² Continuous 20 min period

95 kW/m²

1 2

Idealized heat flux time profile Typical heat flux profile

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e ACM A2. I risultati di questi test indicavano che i sistemi con rivestimento ACM PE fallirono dopo circa 6 minuti a causa della propagazione delle fiamme alla cima, l’ACM FR PE fallì a causa di una temperatura raggiunta di oltre 600°C nonostante avesse avuto un comportamento decisamente mi-

gliore rispetto all’ACM PE e infine l’ACM A2 passò il test. I risultati di questi test possono essere visti come indicazioni dell’importanza del materiale di rivestimento esterno in termini di propagazione delle fiamme quando esposti ad un incendio, vedi Figura 3.

Figura 3 | Effetto del rivestimento esterno sulla propagazione delle fiamme [7-13]

ACM PE

ACM A2

100 -500

-600 -400

-300 -300

0 -200

300 -100

600 200

1500 500

2400 800

3300

1100 1400

0

900 300

1800 600

2700 900

3600

1200 1500

100

1200 400

2100 700

3000

1000 1300 1600 1700

200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Temperature [°C]

[Time seconds]

Faillures Threshold

Faillures Threshold 1026 (C)

1026 (C) 1032 (C)

1032 (C) 1038 (C)

1038 (C) 1023 (C)

1023 (C) 1029 (C)

1029 (C) 1035 (C)

1035 (C) 2004 (C)

2006 (C) 2001 (C)

2003 (C)

BS 8414-1:2015 DCLG – test 1 Level 2: External Thermocoupies

BS 8414-1:2015 DCLG – test 5 Level 2: External Thermocoupies ACM FR

100

-500 -400 -300 -200 -10001002003004005006007008009001000110012001300140015001600 1700 1800 200

300 400 500 600 700 800 900 1000

[Time seconds]

Faillures Threshold 1026 (C) 1032 (C) 1038 (C) 1023 (C) 1029 (C) 1035 (C)

2006 (C) 2003 (C)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

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L’altro parametro chiave che potrebbe aver avu- to un considerevole impatto sul rivestimento è il dettaglio del sistema. Come esempio, possiamo riferirci ad una prova realizzata per essere identica a quella dell’ACM FR PE. In questa prova, tuttavia, lo spazio intorno ad ogni singolo pannello è stato ridotto da 20mm a 10 mm e le barriere delle cavità vennero spostate in modo da essere più lontane dagli spazi tra i pannelli. Paragonando i dati registrati, si nota come la disposizione modificata permise di superare il test e di contenere la propagazione delle fiamme entro limiti accettabili, Figura 4.

Il fattore finale che può avere un impatto consi-

derevole sulla propagazione delle fiamme su un rivestimento è lo spessore delle cavità. In base alle nostre esperienze, abbiamo testato vari sistemi con disposizioni simili eccezion fatta per la dimen- sione delle cavità. In questi casi, a causa del flusso d’aria all’interno delle cavità, le fiamme potevano trovare vie diverse per espandersi lungo la superficie e aumentare la temperatura, portando così al fallimento del test.

Questi sono alcuni dei parametri principali che possono influenzare i comportamenti di un rivestimen- to secondo la BS8414, ma ci sono altri fattori che possono modificare le dinamiche di un incendio in un sistema facciata, per esempio fori, installazione

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Pannelli sandwich

Figura 4 | Effetto di modifiche minime sulla propagazione delle fiamme

Faillures Threshold

Faillures Threshold 1026 (C)

1026 (C) 1032 (C)

1032 (C) 1038 (C)

1038 (C) 1023 (C)

1023 (C) 1029 (C)

1029 (C) 1035 (C)

1035 (C) 2006 (C)

2004 (C) 2003 (C)

2001 (C)

BS 8414-1:2015 Kingspan test 3 – 07.11.17 Level 2: External Thermocoupies

100

-500 -400 -300 -200 -10001002003004005006007008009001000110012001300140015001600 1700 1800 200

300 400 500 600 700 800 900 1000

[Time seconds]

-300 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600

[Time seconds]

50 150 250 350 450 550 650 750 850

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Pannelli sandwich

di dettagli, ecc. Tuttavia, in base alla nostra esperienza, quelli sopra citati sono i fattori principali che possono impattare sul risultato del test.

In conclusione, possiamo dire che il comportamento delle facciate sia un problema che debba essere considerato con particolare atten- zione in modo tale da evitare ul- teriori tragedie. Per fare ciò, delle

persone responsabili dovrebbero considerare non solo il comportamento al fuoco dei singoli prodotti

usati come parte di un sistema di rivestimento, ma anche la costruzione in dettaglio del rivestimento e gli effetti che questa può avere sul comportamento generale del sistema che propongono di usare.

Il modo migliore Il modo migliore di assicurare il miglior comportamento è testare l’intero sistema (materiali, fissaggi, dimensioni e barriere delle cavità, ecc.) con norme accettabili, come la BS8414.

Bibliografia

[1] BSI. (2002) “BS 8414-1:2002 Fire performance of external cladding systems. Test methods for non- loadbearing external cladding systems applied to the face of a building”. UK.: British Standards Institute; 2002.

[2] BSI. (2015) “BS 8414-

1:2015+A1:2017 Fire performance of external cladding systems. Test methods for non-loadbearing external cladding systems applied to the face of a building”. UK.: British Standards Institute; 2015.

[3] BSI. (2015) “BS 8414-

2:2015+A1:2017 Fire performance of external cladding systems Test

method for non-loadbearing external cladding systems fixed to and supported by a structural steel frame”. UK.: British Standards Institute; 2015.

[4] DIN 4102-20:2017-10 “Fire

performance of construction materials and building elements; part 20:

Special determination of the fire performance of external wall cladding systems”,2017

[5] BS EN 13501-1:2018 “Classification of building products; part 1: classification of building products with the results of tests to their reaction to fire”,2019.

[6] Colwell S. and Baker T. “BR135”: Fire performance of external Thermal

Insulation for Walls of Multi-storey Buildings 3 (IHS/BRE), BRE report, 2013.

[7] BRE 2017 Fire test report DCLG BS 8414 test no.1. 7 August.

[10] BRE 2017 Fire test report DCLG BS 8414 test no.4. 11 August [11] BRE 2017 Fire test report DCLG BS

8414 test no.5. 14 August [12] BRE 2017 Fire test report DCLG BS

8414 test no.6. 25 August.

[13] BRE 2017 Fire test report DCLG BS 8414 test no.7. 21 August

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