Protezione passiva dal fuoco: perché si utilizza il cartongesso?

Il cartongesso per la protezione dal fuoco

Le lastre in cartongesso, o in gesso rivestito, sono tra i più comuni materiali da costruzione utilizzati nella protezione passiva, per realizzare sistemi di compartimentazione e protettivi contro la propagazione degli incendi.

Con il cartongesso, vengono tipicamente realizzate pareti divisorie ma anche controsoffitti e contropareti a protezione di strutture esistenti, oppure anche boxed systems, ovvero “inscatolamenti” di elementi strutturali come travi e pilastri ect.

A seconda della stratigrafia testata, si possono ottenere classificazioni di resistenza al fuoco che vanno da un EI30 (per esempio di una parete non portante in cartongesso) fino a un REI 240 (per esempio in un protettivo per solette in cls).

Come è composto il cartongesso

Considerate nella loro sostanza, le lastre di cartongesso sono piuttosto sottili: le lastre standard sono spesse solo 12,5 mm, anche se in alcuni casi è possibile utilizzare anche lastre da 15, 18, 20 o 25 mm, il loro spessore è comunque sempre piuttosto contenuto.

Il rivestimento di cartone è combustibile, quindi sembrerebbe non offrire una grossa resistenza all’incendio. Il materiale, di per sé, non è particolarmente isolante (tipicamente con λ=0,20÷0,25 W/mK), quindi non dovrebbe offrire un particolare isolamento nei confronti delle alte temperature.

Come mai allora viene utilizzato per questo tipo di applicazioni?

Il segreto è da ricercare nella sua composizione. Innanzitutto, va specificato che il cartongesso è un materiale igroscopico, ovvero tende naturalmente ad assorbire e a rilasciare l’umidità ambientale. Dunque, la prima cosa che succede in caso di incendio, è l’evaporazione dell’umidità ambientale data dall’aumento di temperatura.

In realtà, durante un incendio, si può osservare che il cartongesso emette molto più vapore acqueo di quello che ci si potrebbe aspettare. La causa è da ricercarsi nella formula chimica del gesso naturale, di cui è composto il nucleo delle lastre: il gesso non è altro che CaSO₄∙2H₂O ovvero solfato di calcio diidrato o biidrato. Ciò significa che, all’interno del composto chimico del gesso, sono presenti due molecole di acqua di cristallizzazione per ogni molecola di solfato di calcio.

Per sciogliere il legame che intrappola queste due molecole di acqua nel gesso, occorre molta più energia di quella che serve per far evaporare la semplice umidità ambientale intrappolata nelle lastre.

Sappiamo che durante i cambiamenti di fase, la temperatura non può aumentare; pertanto, se osserviamo il grafico temperature/tempo sulla faccia esposta al fuoco di una lastra di cartongesso, possiamo notare la presenza di un plateau, ovvero di una fase in cui la temperatura non sale, perché tutta l’energia viene dissipata sotto forma di calore latente, durante il cambiamento di fase.

Il cambiamento di fase, tra l’altro, provoca la formazione di un velo di vapore acqueo sulla superficie della lastra, che contribuisce a mantenere bassa la temperatura in queste prime fasi dell’incendio e a ritardare i danni all’orditura di metallo di supporto.

Questo meccanismo è valido per tutte le lastre di cartongesso ed è tanto più marcato, quanto più spessa è la lastra, perché sarà maggiore la quantità di gesso e quindi di vapore acqueo liberato.

Ad un certo punto, però, la temperatura comincerà a salire e il fuoco a bruciare. Le lastre di cartongesso marcate CE secondo la norma UNI EN 520, sono in classe di reazione al fuoco A2,s1-d0, ovvero sono materiali a bassa combustibilità, perché l’unico componente combustibile è il rivestimento superficiale di cartone.

Occorre notare che il rivestimento di cartone superficiale è anche quello che conferisce alle lastre la loro resistenza meccanica, ed in particolare la loro resistenza flessionale. Il nucleo di gesso è di per sé incombustibile, ma il materiale, sottoposto all’azione del fuoco, tenderebbe nel giro di poco ad asciugarsi e quindi a sgretolarsi.

Le lastre in cartongesso KNAUF per la protezione dal fuoco

Per questo motivo esistono delle lastre di cartongesso specificatamente studiate per resistere all’azione del fuoco.

Sono le lastre classificate F secondo la norma UNI EN 520, ovvero lastre che hanno “fibre minerali e/o altri additivi nel nucleo di gesso, per migliorare la coesione del nucleo alle alte temperature”, come per esempio le Ignilastre GKF Knauf.

Questo significa che nelle Ignilastre GKF, il nucleo di gesso è “armato” con fibre minerali e additivi che mantengono la coesione del gesso, e quindi una parte della sua resistenza flessionale, anche quando il rivestimento di cartone è stato completamente consumato dalle fiamme.

Quindi, a differenza di quanto si potrebbe credere, le cosiddette lastre “antifuoco” non sono lastre incombustibili, o con dei trattamenti ritardanti sulla superficie, ma è la composizione del nucleo e la presenza di fibre che fa la differenza.

Di fatto, è possibile realizzare sistemi resistenti al fuoco anche con lastre standard, che non sono marcate F. La loro resistenza nel tempo sarà, però, più limitata, appunto per i meccanismi spiegati qui sopra.

È per questo motivo che la stessa identica parete, realizzata con lastre standard Knauf GKB potrà avere una classificazione di resistenza al fuoco per esempio pari a EI60 o al massimo EI90, mentre se realizzata con Ignilastre GKF, classificate DF, raggiungeranno una classificazione EI120.

Infine, è possibile combinare la resistenza al fuoco dei sistemi con la classe di reazione al fuoco A1 delle lastre, scegliendo lastre di cartongesso speciali con questa caratteristica, come per esempio le lastre Knauf A-Zero, in sostituzione della lastra standard GKB, oppure la lastra Knauf F-Zero, in sostituzione della Ignilastra GKF.

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