Protezione passiva di travi in calcestruzzo armato: determinazione dello spessore di intonaco protettivo

Ing. Cecchinato Diego - Edilteco Group
A cura di associazione FIREPRO

1. Introduzione

Durante un evento accidentale come l’incendio, la temperatura a cui sono sottoposte le strutture, può aumentare in modo considerevole. In tali circostanze le proprietà meccaniche degli elementi strutturali subiscono una degradazione che può compromettere l’integrità di parte o dell’intero manufatto, con conseguente pericolo per le persone che eventualmente devono ancora uscire dalla struttura e per i soccorritori. Non va trascurato anche il danno economico, che oltre a riguardare l’edificio stesso comprende anche eventuali fermi produzione o perdita di merci.
Nasce quindi la necessità di proteggere gli elementi strutturali con materiali specifici, per rallentare l’aumento di temperatura dell’elemento stesso.

2. Comportamento materiali sollecitati termicamente

Per comprendere la necessità di proteggere passivamente un elemento, occorre innanzi tutto capire cosa succede ai materiali quando aumenta la temperatura.

2.1. Calcestruzzo

Come noto, il conglomerato cementizio è una materiale eterogeneo ottenuto aggregando inerti minerali a una pasta di cemento indurito, che costituisce il “collante” dell’impasto.
Durante il riscaldamento si posso identificare le seguenti fasi caratteristiche:

- 20 – 150 °C : Evaporazione acqua, aumento di volume.
- 150 – 350 °C: Scollamento tra pasta e inerti.
- 350 – 500 °C: Rottura di alcuni legami chimici.
- 500 – 1000 °C: Carbonatazione e disgregazione con fusione di alcuni componenti (Perdita totale di resistenza meccanica)

Nonostante l’aumento di temperatura pregiudichi la resistenza del calcestruzzo, esso ha un buon comportamento di resistenza al fuoco, infatti ha come suoi “alleati”:

- Una bassa conducibilità termica dei materiali in gioco, che permette agli strati più interni della sezione di mantenere temperature più basse.
- I cambiamenti chimico-fisici che coinvolgono la pasta di cemento sono di natura endotermica e ritardano ulteriormente la diffusione del calore.

Queste caratteristiche si riassumono in alcuni variabili fondamentali di cui è possibile tenere conto per analizzare termicamente la sezione dell’elemento che si sta studiando:

- Densità.
- Conducibilità.
- Calore Specifico.

L’Eurocodice suggerisce l’andamento rispetto alla temperatura per quanto riguarda le variabili appena citate. Tralasciando il comportamento della densità, che gioca un ruolo minore, in Figura 2.1 è riportato l’andamento del calore specifico in funzione della temperatura, in Figura 2.2 è riportato l’andamento della conducibilità, sempre in funzione della temperatura:

Fig. 2.1 “Calcestruzzo: Calore specifico in funzione della Temperatura; u rappresenta il contenuto di umidità”
Fonte: Eurocodice EN-1992-1-2

Fig. 2.2 “Calcestruzzo: Conducibilità in funzione della Temperatura”
Fonte: Eurocodice EN-1992-1-2

2.2. Armatura in Acciaio

Analogamente al calcestruzzo, anche l’acciaio modifica le sue proprietà con l’aumento di temperatura e in tal senso l’Eurocodice (EN-1993-1-2) fornisce anche per questo materiale curve analoghe a quelle riportate in Figura 2.1 in Figura 2.2.
Tuttavia non occorre sfruttare queste indicazioni nel caso delle armature, in quanto la parte dedicata al calcestruzzo (EN-1992-1-2) fornisce un coefficiente di riduzione della resistenza in funzione della temperatura, utilizzando con il quale è possibile modificare la resistenza dell’armatura e procedere alla verifica della sezione.
In Figura 2.3 è riportato a titolo esplicativo il coefficiente di riduzione in funzione di alcune tipologia di armatura; all’interno della norma di riferimento sono riportate altre tipologie di armatura

Fig. 2.3 “Armature in acciaio: Coefficiente di riduzione della resistenza a trazione in funzione della Temperatura”
Fonte: Eurocodice EN-1992-1-2

ALL'INTERNO DELL'ARTICOLO INTEGRALE UN ESEMPIO DEL DIMENSIONAMENTO DELL'INTONACO