Valutazione della resistenza al fuoco di strutture in acciaio protette

Le strutture in acciaio protette

In caso d’incendio, l’incremento della temperatura determina la diminuzione della capacità portante delle strutture di acciaio.

Questo fenomeno è influenzato principalmente da due fattori:

• la rapidità del riscaldamento dell'acciaio esposto all’incendio, dovuta all'elevata conducibilità termica del materiale;
• la riduzione delle caratteristiche meccaniche dell’acciaio in funzione dell’aumento della temperatura.

Nella figura seguente è mostrato l'andamento delle caratteristiche meccaniche dell’acciaio in funzione della temperatura.

Per limitare l'innalzamento della temperatura della struttura di acciaio, si può intervenire isolando gli elementi dall’incendio mediante l'applicazione di sistemi protettivi, aventi caratteristiche termiche tali da limitare il riscaldamento e, di conseguenza, la riduzione delle caratteristiche di resistenza dei materiali strutturali. In tal caso le soluzioni progettuali nell’ambito della sicurezza antincendio sono denominate strutture di acciaio protette.

Tipologia delle protezioni

I rivestimenti protettivi antincendio delle strutture di acciaio, normalmente, vengono suddivisi in base alla tipologia di applicazione. In generale si individuano le seguenti tipologie:

• intonaci spruzzati;
• rivestimenti in lastre;
• pitture intumescenti.

Tali sistemi sono costituiti da lastre non combustibili, installate a secco nella fase di cantiere della realizzazione, da intonaci spruzzati, applicati direttamente in cantiere, oppure da pitture intumescenti, che possono essere applicate sia in officina che in cantiere.

La scelta del sistema di protezione da impiegare nelle diverse situazioni progettuali è in genere influenzata da molti aspetti differenti, come ad esempio le esigenze architettoniche ed economiche del progetto, le condizioni ambientali, la forma e le dimensioni degli elementi da proteggere ed il livello di resistenza al fuoco richiesta.

La prestazione di resistenza al fuoco ed i criteri per la sua determinazione

La prestazione di resistenza al fuoco rappresenta la capacità portante in caso di incendio di una struttura, di una parte della struttura o di un elemento strutturale, nonché la capacità di compartimentazione in caso di incendio di elementi strutturali (es. travi, colonne, muri, solai, …) e non strutturali (es. porte, divisori, …).

Tale prestazione deve essere determinata per un tempo minimo necessario al raggiungimento degli obiettivi primari di prevenzione incendi.
Nell’ambito della normativa vigente, la prestazione di resistenza al fuoco richiesta alle strutture è modulata mediante la definizione dei seguenti n. 5 livelli di prestazione, che possono essere attribuiti ad un’opera da costruzione in funzione dei profili di rischio determinati:

• Livello di prestazione I  - Assenza di conseguenze esterne per collasso strutturale;
• Livello di prestazione II -  Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo sufficiente all’evacuazione degli occupanti in luogo sicuro all’esterno della costruzione;
• Livello di prestazione III  - Mantenimento dei requisiti di resistenza al fuoco per un periodo congruo con la durata dell'incendio;
• Livello di prestazione IV  - Requisiti di resistenza al fuoco tali da garantire, dopo la fine dell’incendio, un limitato danneggiamento della costruzione;
• Livello di prestazione V  - Requisiti di resistenza al fuoco tali da garantire, dopo la fine dell’incendio, il mantenimento della totale funzionalità della costruzione stessa.

Per progettare un livello di prestazione di resistenza al fuoco nell’ambito della normativa vigente, sono previste due tipologie di soluzioni:

• le soluzioni conformi, definite secondo un approccio prescrittivo, nel quale l’azione termica è rappresentata da una curva temperatura/tempo di tipo nominale, quale ad esempio la curva di incendio standard ISO 834;
• le soluzioni alternative, definite secondo un approccio prestazionale, nel quale l’azione termica è rappresentata da curve temperatura/tempo determinate ad hoc per ciascuno degli scenari di incendio individuati.

Tenendo conto dei criteri generali con cui le due tipologie di soluzioni progettuali sono definite nell’ambito delle normative vigenti, valgono le seguenti regole di progettazione:

• le soluzioni conformi possono essere progettate facendo riferimento alla capacità portante propria degli elementi strutturali singoli;
• le soluzioni alternative devono essere progettate facendo riferimento alla capacità portante di porzioni di struttura o dell’intero sistema strutturale, a meno di verificare a priori, per la particolare struttura oggetto di studio, che l’effetto delle deformazioni ed espansioni imposte o impedite dovute ai cambiamenti di temperatura sia trascurabile.

Tenendo conto dei criteri con cui sono qualificati sperimentalmente i sistemi protettivi (vedi paragrafi successivi), nell’ambito della normativa vigente la progettazione delle strutture di acciaio protette può essere condotta ad oggi solo utilizzando le soluzioni conformi (vedasi indicazioni nota DCPREV n. 9962 del 24/07/2020).

Lo schema generale della progettazione della resistenza al fuoco di un elemento strutturale di acciaio protetto in soluzione conforme è rappresentato nella Figura 6:

La fase principale della progettazione di una struttura di acciaio protetta è la scelta del più idoneo sistema protettivo, Fase 2 dello schema generale in Figura 6, mediante il quale si determina il ritardo dell’incremento della temperatura nella struttura di acciaio in caso di incendio.

Una volta determinata la risposta termica della struttura di acciaio protetta, il progetto della resistenza al fuoco deve essere completato, tenendo conto delle caratteristiche resistenti degli elementi della struttura di acciaio e delle sollecitazioni determinate in fase di progetto mediante i criteri di verifica previsti.

Il regolamento prodotti da costruzione 305/2011 e la marcatura CE

La sicurezza in caso di incendio di una costruzione è stata oggetto di una chiara definizione con il Regolamento Prodotti da Costruzione 305/2011 (di seguito chiamato CPR). Tutti i criteri di valutazione indicati dalle norme vigenti fanno esplicito riferimento ad esso. Il CPR ha stabilito i requisiti essenziali relativi alla sicurezza, che devono soddisfare le opere da costruzione. Tra questi è inserito anche quello che riguarda la sicurezza in caso di incendio , a cui è direttamente legata la necessità della classificazione di resistenza al fuoco delle strutture.

La condizione di base che viene posta dal CPR alle operazioni di progetto e realizzazione delle protezioni al fuoco è che le caratteristiche dei prodotti impiegati e le procedure adottate per la loro verifica siano validate su basi concordate e armonizzate nell’ambito dei Paesi membri della Comunità Europea. A questo scopo sono state emanate le norme di prodotto o specifiche tecniche armonizzate, che individuano le caratteristiche che i prodotti devono possedere e le modalità di verifica di tali caratteristiche.

Per i prodotti per i quali le norme di prodotto non sono disponibili, è possibile fare riferimento a specifiche metodologie di prova sperimentale, mediante le quali è possibile ottenere il benestare tecnico europeo (ETA), ossia una valutazione tecnica di idoneità per l’impiego previsto, che consente di ottenere la marcatura CE volontaria da parte del produttore.

I prodotti impiegati per la protezione dal fuoco delle strutture sono pertanto accompagnati da una ETA (European Technical Approval) rilasciata da un Technical Approval Body (TAB) sulla base di un documento di valutazione (European Assessment Document – EAD). Gli EAD, che contengono le prove e le altre procedure necessarie per dimostrare l’adeguatezza dei prodotti allo scopo per cui sono progettati, riguardanti i sistemi di protezione dal fuoco delle strutture di acciaio, sono:

• EAD350402-1106 (sistemi reattivi per la protezione di elementi di acciaio);
• EAD350140-00-1106 (intonaci per applicazioni riguardanti la resistenza al fuoco);
• EAD350142-00-1106 (lastre).

Lo sviluppo degli EAD ha determinato la pubblicazione di una serie di norme tecniche EN 13381 [18-24], in cui sono definiti i metodi di prova per la determinazione del contributo alla resistenza al fuoco degli elementi strutturali, con le quali sono stati uniformati i criteri di valutazione vigenti in ambito europeo. Con riferimento agli elementi delle strutture in acciaio e composte acciaio-calcestruzzo, le parti della norma di interesse sono le seguenti:

• UNI EN 13381-1:2020 Metodi di prova per la determinazione del contributo alla resistenza al fuoco di elementi strutturali - Parte 1: Membrane di protezione orizzontali;
• UNI EN 13381-2:2014 Metodi di prova per la determinazione del contributo alla resistenza al fuoco di elementi strutturali - Parte 2: Membrane di protezione verticali;
• UNI EN 13381-4:2013 Metodi di prova per la determinazione del contributo alla resistenza al fuoco di elementi strutturali – Parte 4: Protettivi passivi applicati ad elementi di acciaio;
• UNI EN 13381-5:2014 Metodi di prova per la determinazione del contributo alla resistenza al fuoco di elementi strutturali – Parte 5: Protezione applicata ad elementi compositi di calcestruzzo/lastre profilate di acciaio;
• UNI EN 13381-8:2013 Metodi di prova per la determinazione del contributo alla resistenza al fuoco di elementi strutturali – Parte 8: Protettivi reattivi applicati ad elementi di acciaio;
• UNI EN 13381-9:2016 Metodi di prova per la determinazione del contributo alla resistenza al fuoco di elementi strutturali – Parte 9: Sistemi di protezione al fuoco applicati a travi di acciaio con anima forata;
• UNI EN 13381-10:2020 Metodi di prova per la determinazione del contributo alla resistenza al fuoco di elementi strutturali – Parte 10: Protezione applicata alle barre di acciaio massiccio in tensione.

Tali normative definiscono le modalità per la realizzazione dei rapporti di valutazione, che ogni azienda produttrice deve fornire per i prodotti commercializzati, in quanto necessari per il dimensionamento e la progettazione dei sistemi protettivi antincendio.
Il marchio CE attesta che un prodotto da costruzione può essere legalmente immesso sul mercato degli Stati membri dello Spazio Economico Europeo (SEE) e indica che il prodotto è in linea con i dati forniti nella relativa Dichiarazione di Prestazione – Declaration of Performance (DoP), come rilasciata dal Produttore.
In Italia, come previsto nei regolamenti europei, non risulta obbligatorio marcare CE i protettivi degli elementi strutturali esposti all’incendio.

Qualora un produttore intenda procedere alla marcatura CE di un protettivo per elementi strutturali esposti all’incendio, non essendo disponibili specifiche tecniche armonizzate, deve ricorrere ad una ETA basata su una delle EAD (European Assessment Document) sopra citate.

In sostanza l’ETA, unitamente alla EAD di riferimento, che di fatto costituisce una specifica tecnica armonizzata sviluppata dall’EOTA (European Organisation for Technical Assessment), consente ai produttori di marcare CE in maniera volontaria un prodotto da costruzione e di pubblicare la relativa DoP (dichiarazione di prestazione).

Pertanto, l’impiego di un prodotto marcato CE consente al progettista di avere a disposizione, insieme al prodotto impiegato, la DoP (Declaration of Performance), nella quale sono riportate le prestazioni del prodotto da costruzione. Tra queste vale la pena ricordare le prestazioni del sistema protettivo riguardanti la sua durabilità, che non sono documentate nell’ambito delle norme della serie UNI EN 13381 sopra citate.

In conclusione, la documentazione di accompagnamento necessaria per un prodotto impiegato per la protezione antincendio delle strutture è il rapporto di valutazione, emesso ai sensi della pertinente norma UNI EN 13381. La documentazione relativa alla ETA, disponibile se il produttore abbia proceduto alla marcatura CE dei prodotti, rappresenta un’integrazione della documentazione attestante le prestazioni dei prodotti da costruzione.

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IL SOMMARIO DELLA TRATTAZIONE:
-Le strutture in acciaio protette
-Tipologia delle protezioni
-La prestazione di resistenza al fuoco ed i crieri per la sua determinazione
-Il regolamento prodotti da costruzione 305/2011 e la marcatura CE
-Il progetto delle strutture di acciaio protette
-Il controllo
-Il CERT.REI nella SCIA Antincendio