Protettivi antincendio per le strutture in acciaio e loro progettazione

In caso di incendio, le strutture in acciaio subiscono una repentina diminuzione di rigidezza e resistenza

La verifica dei requisiti di resistenza al fuoco delle strutture è resa obbligatoria al fine di garantire, in condizioni di incendio, la sicurezza degli occupanti e delle squadre di soccorso nonché un limitato danneggiamento strutturale ove e quando richiesto. I continui aggiornamenti normativi testimoniano l’elevato impatto sociale del tema della sicurezza in condizioni d’incendio delle strutture di nuova progettazione e di quelle esistenti, sia a destinazione industriale e commerciale che ad uso civile.

Infatti, in caso di incendio, i materiali strutturali subiscono un degrado delle proprietà meccaniche (resistenza e rigidezza) per effetto delle alte temperature, con conseguente diminuzione di capacità portante rispetto alle condizioni ordinarie.

In particolare, per le strutture in acciaio, tale diminuzione di rigidezza e resistenza è particolarmente repentina e può causare notevoli deformazioni, a seconda anche dei carichi applicati e delle condizioni di vincolo. L’aumento delle temperature nell’elemento di acciaio dipende dall’intensità e dalla tipologia di incendio, nonché dall’area di acciaio direttamente esposta al fuoco.

Le strutture non protette tendono ad avere scarso rendimento negli incendi, anche perché gli elementi in acciaio sono solitamente molto sottili e l’acciaio ha una conducibilità termica elevata rispetto alla maggior parte degli altri materiali strutturali.
Tuttavia, così come numerose prove sperimentali dimostrano, le strutture in acciaio, se ben progettate, possono resistere ad incendi anche di notevole intensità termica senza collassare, ma in molti casi vengono utilizzati sistemi di protezione passiva per proteggere la struttura dalle alte temperature.

Si descrivono nel seguito le tipologie di protezione passiva usate per le strutture in acciaio e le modalità di calcolo delle stesse.

I sistemi di protezione passiva

I sistemi di protezione passiva dal fuoco vengono spesso applicati alle strutture in acciaio per limitare l’incremento di temperatura raggiunta dall’acciaio durante un incendio, grazie alla loro ridotta conducibilità termica e/o funzionando come elementi di compartimentazione verticale e orizzontale, consentendo un conseguente aumento del tempo di resistenza al fuoco degli elementi strutturali.

L’adozione di sistemi di protezione passiva per le strutture di acciaio è spesso necessaria quando si eseguono le verifiche con l’approccio prescrittivo ai sensi delle regole tecniche emanate per le varie attività soggette al controllo dei Vigili del Fuoco. Applicando l’approccio prestazionale, invece, basato sulla definizione realistica del modello di incendio, relativo all’effettivo carico di incendio, e su una modellazione strutturale avanzata, capace di considerare anche la ridistribuzione delle sollecitazioni consentita dalla duttilità delle strutture metalliche, si possono valutare le prestazioni senza l’utilizzo di protettivi.

I più comuni sistemi di protezione passiva di elementi strutturali di acciaio sono riconducibili alle seguenti due famiglie principali: a) schermi o membrane; b) rivestimenti. Più nello specifico gli schermi (Figura 1) si dividono in base all’orientamento: membrane orizzontali o controsoffitti; membrane verticali o schermi. I rivestimenti (Figura 2), invece, vengono suddivisi in base alle tipologie applicative: intonaco a spruzzo; lastre in calcio-silicato (carter); vernici intumescenti.

Affinché un sistema protettivo possa essere impiegato per la protezione dal fuoco delle strutture, è necessario che esso sia “certificato” mediante una campagna di prove sperimentali, capace di verificarne l’efficacia in condizioni di incendio. Quest’ultima è fortemente dipendente dalle sue caratteristiche termiche alle alte temperature, oltre che, nel caso di profili di acciaio, dalle sue capacità di aderenza al profilo sotto carico, per la specifica durata di esposizione al fuoco, soprattutto se si tratta di vernici intumescenti.

A seguito della direttiva 89/106/CEE, aggiornata con il Regolamento (UE) n. 305/2011, sono state concordate e armonizzate tra i Paesi membri della Comunità Europea le metodologie di prova sperimentale, con i relativi metodi di valutazione dei risultati, per la qualificazione dei sistemi protettivi, al fine di poter determinare il loro contributo alla resistenza al fuoco degli elementi di acciaio.

I test vengono eseguiti in forno attraverso procedure standardizzate con curve di incendio di tipo nominale e dai risultati delle prove sperimentali vengono estrapolate tutte le informazioni necessarie per l’estensione dei risultati ai casi reali, contenute nei rapporti di valutazione emessi ai sensi della serie di norme EN 13381.

In questa fase vengono calcolate anche le caratteristiche termiche del protettivo che consentono l’applicazione di modelli di calcolo avanzati per la valutazione della resistenza al fuoco di elementi strutturali protetti.

Infatti, l’analisi termica di un elemento strutturale può essere condotta solo se si conoscono le caratteristiche termiche dei materiali che lo costituiscono, ivi compresi i protettivi, se presenti; tali caratteristiche devono essere note anche se si vuole effettuare un’analisi termica più semplificata della sezione, in accordo al metodo proposto nell’Eurocodice EN 1993-1-2.

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