Strutture in legno e resistenza al fuoco: carico d’incendio e caratteristiche meccaniche

Strutture in legno e resistenza al fuoco: carico d’incendio e caratteristiche meccaniche

Strutture in legno e resistenza al fuoco

A proposito di strutture in legno e resistenza al fuoco, il decreto del Ministro dell’interno 6 marzo 1986 (Decreto del Ministero dell’interno 6 marzo 1986 – Calcolo del carico di incendio per locali aventi strutture portanti in legno) prevedeva una particolare modalità per il calcolo del valore del carico d’incendio di locali aventi strutture portanti in legno che è stato successivamente abrogato e sostituito dal decreto del Ministro dell’interno 9 marzo 2007, che tuttavia non ha previsto nessuna nuova modalità per la valutazione del valore del carico d’incendio di locali aventi strutture portanti in legno, dando luogo a un vuoto normativo che è stato successivamente colmato con la lettera circolare del Ministero dell’interno n. P414/4122 del 28 marzo 2008.

Infatti il decreto del Ministro dell’interno 9 marzo 2007, per quanto riguarda la problematica connessa al calcolo del carico d’incendio specifico in presenza di compartimenti che possiedono, in tutto o in parte, elementi strutturali di legno, non affronta in maniera specifica tale problema, limitandosi a precisare, nella parte dedicata alle definizioni, che per carico d’incendio deve intendersi il potenziale netto della totalità dei materiali combustibili presenti in uno spazio….

Se da un lato gli elementi lignei strutturali possono partecipare alla composizione del carico d’incendio, dall’altro è importante evidenziare che lo scopo del calcolo del carico d’incendio specifico, ai fini dell’applicazione del decreto, è quello della determinazione della classe del compartimento in base alla quale verificare successivamente la resistenza al fuoco degli stessi elementi strutturali lignei, che contribuiscono alla determinazione del cari­co d’incendio specifico e quindi della classe dell’edificio.

Può sembrare una contraddizione, ma la problematica consiste proprio nella valutazione della resistenza al fuoco di un elemento strutturale ligneo che contribuisce, esso stesso, alla determinazione del carico d’incendio e che partecipa quindi al processo di combustione.

Pertanto, il Dipartimento dei Vigili del fuoco, del soccorso pubblico e della difesa civile ha proposto, in attesa di ulteriori confronti su base europea, una modalità di calcolo che tiene conto in maniera ragionevole del contributo degli elementi strutturali di legno nel calcolo del carico d’incendio specifico, secondo il seguente procedimento:

  1. si determina la classe del compartimento prescindendo inizialmente dalla presenza degli elementi strutturali lignei;
  2. si calcola lo spessore di carbonizzazione degli elementi lignei corrispondenti alla classe determinata, adottando come valori di riferimento della velocità di carbonizzazione, quelli contenuti nella norma EN 1995-1-2 “Progettazione delle strutture di legno – Parte 1-2: regole generali – Proget­tazione strutturale contro l’incendio” riportati nella successiva tabella; per tipologie di legnami non espressamente riportati in tabella, potranno essere assunti, per analogia,valori conservativi ai fini della sicurezza antincendi;
  3. si determina definitivamente la classe del compartimento, tenendo anche conto del carico d’incendio specifico relativo alle parti di elementi lignei che hanno partecipato alla combustione corrispondenti allo spessore, calcolato come al punto 2.

Il calcolo può essere reiterato più volte, in funzione del grado di approssimazione che si vuole ottenere.

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Strutture in legno e resistenza al fuoco: le caratteristiche meccaniche e termiche

Il legno è un materiale organico di origine vegetale prodotto come elemento strutturale per la pianta, dalle ottime caratteristiche di robustezza e resistenza, ed è per questo impiegato utilmente dall’uomo. Il legno è costituito da fibre di cellulosa trattenute da una matrice di lignina, da emicellulosa e da cere, oli e resine.

Costituito principalmente da carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto, il legno ha un potere calorifico di circa 17 MJ/kg, con valori maggiori nelle conifere, rispetto alle latifoglie, per la maggiore presenza di resine e lignina. È un materiale igroscopico ed il suo contenuto di acqua influenza tutte le caratteristiche e le proprietà del legno.

In presenza di una fonte di calore la superficie esposta dell’elemento di legno si riscalda provocando l’evaporazione dell’acqua interna, seguita da una serie di reazioni chimiche che scindono le molecole organiche in molecole più semplici in grado di distaccarsi dal materiale. Contestualmente si ha la liberazione di idrogeno e di altri idrocarburi combustibili che si accendono.

La superficie del legno pertanto si carbonizza con formazione di fessure profonde per tutta la zona di pirolisi, fino al nucleo non ancora raggiunto dal fronte di carbonizzazione, che conserva intatte le sue caratteristiche fisiche e meccaniche. Il legno è un materiale che viene impiegato nelle costruzioni per motivi strutturali, ma anche per l’arredamento e il rivestimento.

Accanto alle buone prestazioni tecniche per gli elementi strutturali la combustibilità è una caratteristica negativa del legno, perché contribuisce allo sviluppo ed alla propagazione di un incendio.

Pur essendo il legno un materiale combustibile, non significa che le strutture di legno non possiedano resistenza al fuoco e che siano più vulnerabili rispetto alle altre strutture realizzate in cemento armato o in acciaio.

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Un elemento strutturale di legno soggetto ad incendio brucia lentamente, con una velocità di combustione dipendente dalla specie legnosa, ma che è nor­malmente contenuta entro 1 mm al minuto. Le temperature decrescono dalla superficie esterna verso l’interno della sezione retta, mentre la carbonizzazione procede dall’esterno verso l’interno della sezione; è da notare che 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 tensione del legno nella sezione residua è superiore alla tensione di rottura del legno e, quindi, quando la sezione non ancora carbonizzata è talmente ridotta da non riuscire più ad assolvere alla sua funzione portante.

Pertanto la perdita di efficienza di una struttura di legno avviene per ridu­zione della sezione e non per decadimento delle caratteristiche meccaniche. Il processo di carbonizzazione conduce alla rottura dell’elemento strutturale in un tempo variabile che dipende della specie legnosa e dalle dimensioni originarie della sezione lignea.

L’articolo, sulle strutture in legno e resistenza al fuoco, è estratto dal volume “Resistenza al fuoco delle strutture” di Claudio Giacalone, edito da Maggioli Editore.

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