Certificazione di resistenza al fuoco di un solaio a voltine in muratura con intonaco antincendio Protherm Light

Sia che abbiamo bisogno di essere trattati con interventi di protezione passiva, sia che non ne necessitino, per certificare qualsiasi tipo di elemento strutturale, come ben noto, sono consentite tre tipologie di metodologia secondo DM 16 Febbraio 2007

• Metodologia Tabellare
• Metodologia Sperimentale
• Metodologia Analitica

Nel caso specifico, il metodo tabellare è da escludere a priori, non essendo presente questa tipologia di costruzione tra le strutture indicate nel decreto. Il metodo sperimentale potrebbe essere percorribile, a patto di trovare sul mercato, una soluzione di protezione passiva che sia stata testata, in laboratori accreditati, su questo tipo di costruzione. Tale ricerca, avrà quasi certamente esito negativo. Questo perché si dovrebbe trovare una soluzione di protezione passiva testata per una tipologia costruttiva uguale o molto simile a quella che si sta analizzando.

Il metodo analitico, infine, rappresenta certamente il metodo da percorrere per questa tipologia di struttura.

E’ possibile usare tale approccio, svolgendo i calcoli secondo gli Annessi Nazionali agli Eurocodici, come richiesto nella Lettera Circolare 5642 del 31/03/2010.

Seguendo questo metodo, si potrà ottenere la certificazione dell’elemento con tre soluzioni a seconda della classe di resistenza al fuoco richiesta:

• Nessuna protezione
• Protezione passiva parziale dell’elemento
• Protezione passiva totale dell’elemento

Esempio pratico: un solaio a voltine in laterizio protetto con intonaco antincendio

L’esempio scelto per il presente articolo è una tipologia di struttura comune nei magazzini portuali e più in generale, nell’edilizia industriale e commerciale del passato italiano. E’ inoltre molto facile ritrovarli in contesti di edifici storici e di pregio.

Il loro comportamento strutturale è chiaro, perché costituito da un’orditura secondaria di voltine in laterizio, disposti a conci con una leggera curvatura, che permette di sviluppare un comportamento strettamente spingente e non flettente verso gli appoggi. Tali appoggi sono costituiti da travi metalliche che costituiscono l’orditura principale del solaio, la spinta di ciascuna voltina viene eliminata da una uguale e contraria derivante dalle due voltine adiacenti.

Tenuto conto di questo comportamento strutturale, pare chiaro che la verifica strutturale della condizione in caso di incendio deve tenere conto, sia del comportamento della trave metallica che funge da appoggio alle voltine in laterizio sia delle voltine stesse.

Nel caso di queste ultime, lo sviluppo della verifica a caldo si poggia sull’analisi del comportamento a freddo (teoria della “curva delle pressioni”) e sullo sviluppo dei più moderni studi di comportamento ad elevate temperature di elementi ad arco.

Si sottolinea come si affronti direttamente il caso in cui il solaio è stato protetto con 1,5 cm di Intonaco antincendio PROTHERM LIGHT, in quanto da analisi precedenti, la sola volta senza protezione, non soddisfaceva la verifica di resistenza al fuoco.

Analisi dei carichi

A titolo puramente esemplificativo, in Figura 2.1 si riporta la seguente immagine che rappresenta la tipologia struttura in esame.

Figura 2.1: “Esempio tipologia di struttura”

Procedere nel calcolo, si definiscono i carichi agenti e le azioni di progetto sul solaio, in base a quanto indicato nella normativa tecnica di riferimento (NTC2018). Si sottolinea come nel caso delle verifiche di resistenza al fuoco, occorra utilizzare la combinazione eccezionale.

Si definisce come carico agente su di essi:

• G1 (carico elementi permanenti strutturali – NTC2018): peso proprio degli elementi strutturali;
• G2 (carico elementi permanenti non strutturali – NTC2018):
  Rinfianco: 0,4 KN/m2
  Pavimentazione – sottofondo: 1,0 KN/m2
  Pavimentazione – strato finitura: 0,5 KN/m2
• Q (carico variabile):
  categoria B1: 2,0 KN/m2

Metodo di calcolo

Come anticipato nella premessa dell’articolo in oggetto, il metodo di calcolo adeguato è quello analitico.

La valutazione mediante calcoli viene condotta in accordo ai criteri previsti da EN1996-1-2 e poggia su valutazioni di carattere strutturale riguardo al comportamento al fuoco degli elementi ad arco, sviluppate negli ultimi decenni.  

L’analisi del degrado del materiale risulta piuttosto facile grazie alle informazioni reperibili nell’Eurocodice che, per materiale laterizio, suggerisce di eliminare l’intero spessore di sezione resistente che si ritrova ad una temperatura superiore ai 600°C e di applicare un fattore correttivo, inferiore all’unità per lo strato che si trova tra i 600°C ed i 100°C.

 Questo permette, anche senza sviluppare l’integrazione della equazione del calore o sviluppare una modellazione termica con software di calcolo in campo non lineare, di conoscere quali sono le temperature raggiunte all’interno della sezione a 30 – 60 – 90 – 120 minuti di esposizione. In Figura 2.2 è mostrato un grafico estratto dall’Eurocodice 6 che mostra quanto appena detto.

Figura 2.2 “Indicazioni Eurocodice 6, per comportamento al fuoco laterizio”

Nel caso specifico non è stato possibile utilizzare quanto riportato in Figura 2.2, la tabella perché la voltina in laterizio presenta ad intradosso, ovvero sul lato esposto all’incendio, uno strato di intonaco PROTHERM LIGHT che rappresenta una protezione agli effetti dell’incendio.

Per questo motivo è stata condotta un’analisi termica in condizioni di non linearità del materiale tramite software di calcolo ad elementi finiti.

Analisi termica

L’analisi termica è stata eseguita seguendo le indicazioni fornite nell'Eurocodice EC1 Parte 1-2.

In Figura 2.3 è mostrata la curva ISO834 utilizzata per l’analisi, mentre in Figura 2.4 sono mostrati gli andamenti di conducibilità, calore specifico e densità in funzione della temperatura.

Figura 2.3 “Curva ISO834 utilizzata per l’analisi”

Figura 2.4 “Laterizio: Conducibilità, calore specifico e densità in funzione della temperatura”

Si sottolinea che la validazione del modello termico proposto, è stata confermata, confrontando i risultati forniti dall’Eurocodice 6 parte 1-2 in figura C.3(a) e quelli del modello ad elementi finiti senza contributo protettivo dell’intonaco. In Figura 2.5 è mostrato il modello matematico inserito nel software FEM. In Figura 2.6 le condizioni al contorno all’intradosso del modello.

Figura 2.5 “modello matematico del solaio”

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