Pannelli X-Lam, le verifiche al fuoco. Come procedere per la progettazione

Pannelli X-Lam, le verifiche al fuoco. Come procedere per la progettazione

X-Lam, le verifiche al fuoco

Se parliamo di incendio, in alcuni casi, gli edifici composti da sistemi a strati in legno, possono non riportare danni strutturali allo scheletro dell’abitazione, tuttavia fondamentale sarà in fase di progetto eseguire, per i pannelli X-Lam, le verifiche al fuoco.

La resistenza al fuoco non è l’unica qualità del sistema costruttivo X-Lam, in netto sviluppo sul mercato delle abitazioni in legno, infatti la velocità di posa, la capacità di resistenza ad azioni statiche e dinamiche esterne, le proprietà isolanti ed acustiche e la sostenibilità del materiale, sono caratteristiche che contraddistinguono questo tipo di pannelli.

I pannelli X-Lam sono elementi bidimensionali, composti da tavole in legno massiccio posizionate a strati incrociati ortogonalmente, come illustrato nella Figura 1, e incollate sotto pressione in modo da fornire un elemento strutturale con resistenza e rigidezza che siano efficaci sia nei confronti di carichi nel piano del pannello sia perpendicolari ad esso.

Le tavole sono incollate con l’utilizzo tipicamente di colle poliuretaniche o a base di formaldeide e l’intero pannello è sottoposto poi ad uno stato di pressione, ortogonalmente al proprio piano, mediante appositi macchinari. Una buona esecuzione in fase di produzione garantisce che l’incollaggio raggiunga resistenze maggiori di quelle del materiale ligneo. Si producono tipicamente con un numero dispari di strati, da 3 a 9, con una stratigrafia (cioè orientamento e spessore degli strati) simmetrica. Le dimensioni tipiche sono fino a 3 m di larghezza e fino a 16 m di lunghezza; per motivi di trasportabilità, solitamente la lunghezza non supera i 12 m.

X-Lam fuoco

Fig.1_Schema generale di un pannello X-Lam

X-Lam, le verifiche al fuoco. Come procedere?

Il legno è un materiale combustibile, a differenza della maggioranza degli altri materiali da costruzione di uso comune. Quando è soggetto ad un calore sufficiente, infatti, si sviluppa un processo termico di degradazione (pirolisi), che produce gas combustibile ed è accompagnato da una perdita di massa.

Uno strato carbonizzato si forma sulle superfici esposte al fuoco e cresce in spessore con il progredire del fuoco, riducendo la sezione retta della membratura lignea. Lo strato carbonizzato risulta comunque un buon isolante e protegge la rimanente sezione non carbonizzata nei confronti del calore. Nel caso di superfici in legno non protette durante il periodo di esposizione al fuoco, la velocità di carbonizzazione può essere considerata costante rispetto al tempo di esposizione.

Con queste considerazioni oltre alla bassa conduttività termica del legno, le verifiche al fuoco si possono effettuare considerando integre le proprietà di materiale e prendendo in esame una sezione efficace ridotta rispetto alla sezione iniziale relativamente al tempo di resistenza al fuoco a cui avviene la progettazione, solitamente 30, 60 o 90 minuti per diversi ambienti e prestazioni.

Per quanto riguarda i carichi agenti sulla struttura, nel caso della progettazione strutturale al fuoco, essi sono ridotti per riflettere la bassa probabilità che occorra un grave evento di incendio, così come il fatto che i carichi agenti su una struttura in un orizzonte temporale giornaliero sono inferiori a quelli usati per gli stati limite ultimi.

La combinazione di carico per effettuare le verifiche al fuoco agli SLU è la combinazione eccezionale. Solitamente, devono essere effettuate le verifiche a flessione e a taglio per pannelli solaio sotto carichi perpendicolari al piano e la verifica di stabilità per pannelli parete per la progettazione al fuoco dei pannelli.

Per gli X-Lam le verifiche al fuoco richiedono il calcolo della sezione efficace, difatti bisogna prima definire le superfici del pannello esposte al fuoco e poi calcolare per ogni superficie la profondità di carbonizzazione efficace deff, tenendo conto di eventuali componenti di protezione. Per pannelli solaio, solitamente la superficie inferiore è considerata esposta, mentre per pannelli parete si considerano esposte le superfici interne relative alla struttura, considerando cioè per pareti interne una carbonizzazione su entrambi i lati e per pareti esterne solo sul lato interno.

Per elementi bidimensionali come i pannelli X-Lam, la riduzione generalmente – ma non necessariamente – avviene nella direzione dello spessore, mantenendo invarianti la larghezza e la lunghezza del pannello.

Come eseguire il calcolo della profondità di carbonizzazione per superfici non protette?

La Tabella 2 elenca le velocità di carbonizzazione per legno di conifera secondo l’EC5 (UNI EN 1995-1-2). La velocità di carbonizzazione unidimensionale β₀ si riferisce al caso di esposizione al fuoco di una piastra semi-infinita ed è pari a 0.65 mm/min. La velocità di carbonizzazione nozionale βn è raccomandata per tenere conto di arrotondamenti agli angoli mantenendo la ortogonalità della sezione residua e varia da 0.70 mm/ min per legno lamellare a 0.80 mm/min per legno massiccio. Per i pannelli X-Lam si deve fare riferimento alla scheda tecnica del prodotto, altrimenti il valore relativo a legno massiccio è suggerito per pannelli con tavole non incollate sui bordi e il valore relativo a legno lamellare per pannelli con incollaggio sui bordi.

X-Lam

Tab. 2_Velocità di carbonizzazione per legno di conifera

La profondità di carbonizzazione nozionale dchar,n  per superficie non protette, assumendo che uno strato di carbonizzazione di almeno 25 mm rimane attaccato al materiale non carbonizzato, è pari a:

X-Lam

con t il tempo di esposizione al fuoco.

Per arrivare alla profondità di carbonizzazione efficace deff di progetto, secondo il metodo della sezione ridotta dell’EC5-1-2, si considera un strato ulteriore, chiamato strato di “zero resistenza”, di profondità non maggiore di 7 mm, che non contribuisce alla rigidezza e resistenza della sezione. In questo strato, nella logica della normativa, avviene la diffusione dalla temperatura di carbonizzazione, 300°C, alla temperatura normale di 20°C, permettendo l’utilizzo delle proprietà del materiale considerato a temperatura standard, nel calcolo delle proprietà meccaniche della sezione efficace, per ottenere le tensioni di progetto.

La profondità di carbonizzazione efficace deff di progetto per superfici non protette è pari a:

X-Lam

con d = 7 mm e k un coefficiente pari a:

X-Lam

Come procedere per determinare la resistenza al fuoco

Le proprietà di resistenza del materiale di progetto per le verifiche al fuoco ci sono fornite dalla relazione:

X-Lam

dove:

f₂₀ valore al 20° percentile della proprietà di resistenza del materiale;

γm,fi coefficiente parziale di sicurezza ed è pari a 1;

kmod,fi coefficiente correttivo della durata del carico ed è pari a 1.

Il valore del 20° percentile è ammesso considerando il fuoco come un evento raro e viene calcolato a partire dal valore caratteristico come:

X-Lam

con kfi = 1.15. Questo valore, adottato per legno lamellare, tiene conto della ridotta variabilità delle proprietà meccaniche di un elemento composto da più tavole come effetto di sistema ed è più basso rispetto al caso di legno massiccio dove per kfi si assume un valore di 1.25.

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Principi di progetto di pannelli strutturali X-Lam

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