Sicurezza antincendio nel legno strutturale: superare pregiudizi con calcoli e soluzioni certificate

Il legno nelle costruzioni: sicurezza antincendio e soluzioni innovative

Il legno, materiale organico di origine vegetale, è da sempre apprezzato nell'edilizia per la sua disponibilità, lavorabilità, eccellente rapporto resistenza/peso e valenza estetica.

Tuttavia, la sua natura combustibile ha generato nel tempo un diffuso pregiudizio riguardo alla sua sicurezza in caso di incendio, specialmente se confrontato con materiali inorganici come acciaio e calcestruzzo.

Analizzando però il comportamento reale del legno sotto l'azione del fuoco e le moderne metodologie progettuali, emerge un quadro tecnico decisamente più articolato e rassicurante.

  

Rischio di incendio negli edifici

Il rischio di incendio in un edificio è quasi del tutto slegato dai materiali impiegati per la sua costruzione. La vera origine degli incendi non va ricercata nei materiali strutturali, ma piuttosto nelle dotazioni tecniche interne e, in larga misura, nel comportamento umano.

Pensiamo, ad esempio, a situazioni comuni come un cortocircuito dovuto a un cablaggio vecchio o danneggiato, una stufetta elettrica difettosa lasciata incustodita, l'uso improprio di liquidi infiammabili vicino a fonti di calore, oppure la cenere ancora calda del barbecue o del camino smaltita in modo non sicuro. Questi sono esempi tipici di come possa innescarsi un incendio, molto più frequentemente rispetto a cause legate ai soli materiali edili.

Di conseguenza, una struttura portante in legno, considerata isolatamente, non rappresenta di per sé una fonte intrinseca di rischio d'incendio.

  

Comprendere il comportamento al Fuoco del Legno

La normativa tecnica antincendio, sia a livello nazionale che europeo, distingue due aspetti fondamentali:

• Reazione al fuoco: esprime il grado di partecipazione di un materiale alla combustione. La classificazione europea (UNI EN 13501-1) assegna le Euroclassi da A1 (incombustibili) a F. Il legno massiccio non trattato e molti prodotti derivati (es. lamellare, pannelli OSB, compensato) ricadono tipicamente in Euroclasse D-s2, d0, indicando una partecipazione significativa alla combustione, con sviluppo medio di fumo (s2) e assenza di gocce/particelle incandescenti (d0). Trattamenti igniritardanti omologati possono migliorare la classe (fino a B o C), ma la loro funzione principale è ritardare l'innesco.

• Resistenza al fuoco: definisce la capacità di un elemento costruttivo (strutturale o di compartimentazione) di mantenere le prestazioni richieste per un determinato tempo (espresso in minuti) durante un incendio standardizzato.
  I criteri prestazionali sono:
  
  • R (Stabilità): Mantenimento della capacità portante. Essenziale per travi e pilastri.
    
  • E (Tenuta): Capacità di impedire il passaggio di fiamme e gas caldi al lato non esposto. Cruciale per elementi di separazione (solai, pareti).
    
  • I (Isolamento Termico): Capacità di limitare l'incremento di temperatura sulla superficie non esposta (generalmente ΔTmedia≤140∘C, ΔTmax≤180∘C). Richiesto insieme a E per elementi di compartimentazione.

A differenza dell'acciaio, che subisce un drastico decadimento delle proprietà meccaniche già a temperature relativamente basse (≈500−600∘C), o del calcestruzzo che può essere vulnerabile al fenomeno dello "spalling", il legno mostra una resistenza sorprendentemente elevata.

La stabilità delle proprietà meccaniche del legno si protrae fino a temperature nell'ordine dei 110-120 °C.

 

  

La sua limitata conduttività termica e la formazione di uno strato carbonizzato superficiale esercitano un'azione protettiva nei confronti della massa interna. Il meccanismo di collasso strutturale in condizioni di incendio è prevalentemente governato dalla riduzione della sezione trasversale efficace, conseguente alla carbonizzazione, piuttosto che da una decadenza intrinseca delle capacità portanti del materiale.

 

    

  

Carbonizzazione: lenta, prevedibile, calcolabile

Sotto l'azione del fuoco, il legno non collassa improvvisamente. Innesca invece un lento processo di carbonizzazione che avanza dalla superficie esposta verso l'interno con una velocità (detta velocità di carbonizzazione, β) relativamente costante e prevedibile.

Il nucleo ligneo non carbonizzato mantiene intatte le sue proprietà meccaniche, il collasso strutturale avviene solo nel momento in cui la sezione utile non carbonizzata si assottiglia al punto da non garantire più la capacità portante richiesta.

La velocità con cui lo strato esterno dell’elemento ligneo raggiunge la temperatura di ignizione e comincia
a bruciare dipende da:

1. Tipo di legno (specie legnosa)

• Densità: legni più densi tendono a carbonizzare più lentamente rispetto a legni meno densi. Questo perché una maggiore densità implica una maggiore massa da bruciare per unità di volume.
  
• Contenuto di resina e lignina: legni con un elevato contenuto di resine (come le conifere) e lignina possono avere una velocità di carbonizzazione leggermente diversa rispetto alle latifoglie. La presenza di resine può inizialmente favorire una combustione più vivace, ma la struttura del legno influenzerà la progressione della carbonizzazione.

2. Fattori ambientali

• Temperatura della fonte di calore: maggiore è la temperatura della fiamma o della fonte di calore, più rapidamente il legno raggiungerà la temperatura di pirolisi (decomposizione termica) e inizierà a carbonizzare.
  
• Disponibilità di ossigeno (Ventilazione): la presenza di una buona ventilazione fornisce più ossigeno al processo di combustione, accelerando la carbonizzazione. In un ambiente con scarso ossigeno, la carbonizzazione sarà più lenta e potrebbe produrre più fumo.
  
• Umidità del legno: il legno umido impiega più tempo per raggiungere la temperatura di carbonizzazione perché l'acqua deve prima evaporare. Un legno secco carbonizzerà più rapidamente.

3. Caratteristiche del legno

• Massa volumica: come accennato, la densità del legno è un fattore cruciale.
  
• Dimensione e forma del pezzo di legno: pezzi di legno più sottili o con una maggiore superficie esposta al calore carbonizzeranno più velocemente rispetto a pezzi più spessi o massicci.
  
• Presenza di trattamenti: alcuni trattamenti ignifughi applicati al legno possono rallentare significativamente la velocità di carbonizzazione, in quanto formano uno strato protettivo che isola il legno dal calore e rallenta la combustione.

L'Eurocodice 5 parte 1-2, fornisce valori di calcolo per la velocità di carbonizzazione:

   

Durante l'incendio, si distinguono tre zone nella sezione lignea:

1. Zona Carbonizzata (Char): strato esterno (T > 300°C), completamente combusto, privo di resistenza meccanica residua.
2. Zona Alterata (Pirolisi): strato sottile (pochi mm) sotto il char (T tra ~100°C e 300°C), dove il legno si decompone termicamente. Ha proprietà meccaniche ridotte.
3. Zona Inalterata: il nucleo interno (T < 100-120°C), che grazie alla bassa conducibilità termica del legno e all'effetto isolante del char, conserva pressoché integralmente le sue proprietà meccaniche originarie.

La resistenza al fuoco (capacità portante R) viene valutata analiticamente secondo EN 1995-1-2 considerando la sezione efficace residua. Si calcola la profondità di carbonizzazione nominale

d_char,n=βn⋅t

dove:

• t è il tempo di resistenza richiesto in minuti. Per tenere conto dello strato alterato e degli arrotondamenti degli spigoli, si definisce una profondità di carbonizzazione efficace

d_ef = d_char,n + k₀⋅d₀

dove:

• d₀ è uno spessore aggiuntivo (convenzionalmente 7 mm per t≥20 min);
  
• k₀ è un fattore (pari a 1 per superfici non protette).

La verifica consiste nel controllare che la sezione ridotta di dimensioni

b_ef = b − 2d_ef

e

h_ef = h−2d_ef

per esposizione su 4 lati, sia in grado di resistere alle azioni di calcolo in condizioni di incendio.

Per il legno massiccio di conifera con una densità caratteristica inferiore a 290 kg/m³ e una dimensione minima (Dmin) di almeno 35 mm, la velocità di carbonizzazione βn deve essere moltiplicata per un coefficiente

K_p = √ (290/ρ_k)

 

Per i pannelli a base di legno con densità e spessori diversi da quelli indicati, si applica una formula più complessa che tiene conto di un coefficiente  K_p = √ (450/ρ_k)  e di un coefficiente   K₁ = min  (√ (20/s), 1.0)   

dove s è lo spessore del pannello in mm.

La velocità di carbonizzazione in questo caso è β _n,ρ,s =  β _n,450,20  ·  K_p · K₁  dove  β _n,450,20  è il valore base per pannelli con densità ≥ 450 kg/m³ e spessore ≤ 20 mm (0.9 mm/min per pannelli diversi dal compensato e 1.0 mm/min per il compensato).

Per elementi compressi, è cruciale considerare l'aumento di snellezza dovuto alla riduzione di sezione.
Il contributo del legno strutturale al carico d'incendio del compartimento viene calcolato considerando solo la massa dello strato che effettivamente carbonizza nel tempo di resistenza richiesto, secondo le indicazioni della Circolare dei VVF del 28/03/2008 che applica il D.M. 09/03/2007.

 

Strategie progettuali e l'importanza dei dettagli

Due approcci fondamentali emergono nella progettazione antincendio degli edifici in legno:

• 1. Protezione da strato sacrificale di carbonizzazione: sovradimensionare l'elemento ligneo in modo che, dopo la carbonizzazione per il tempo richiesto, la sezione residua sia ancora sufficiente a garantire la resistenza necessaria e preservare la struttura dal collasso. In questo caso è possibile lasciare il legno a vista.

• 2. Protezione da isolamento e rivestimento degli elementi: rivestire l'elemento ligneo con materiali che ritardano o impediscono l'accesso del fuoco alla struttura. Questo approccio è più conservativo e comporta l'uso di strati di materiale non combustibile, come lastre di cartongesso o pannelli cementizi prefabbricati, per proteggere gli elementi lignei strutturali. La norma EN 1995-1-2 fornisce metodi per calcolare il tempo di inizio della carbonizzazione e la riduzione della velocità di carbonizzazione offerti da diverse protezioni. Ad esempio, una lastra di cartongesso Tipo F da 15 mm può fornire un ritardo tch≈30 minuti.

L'efficacia dipende molto dalla corretta posa e dalla presenza o dal riempimento di eventuali intercapedini.

 

Simpson Strong-Tie: Soluzioni Certificate per Connessioni Resistenti al Fuoco

Un aspetto critico sono i collegamenti metallici (viti, bulloni, piastre). L'acciaio, ottimo conduttore termico, se esposto al fuoco può surriscaldarsi rapidamente, perdendo resistenza (≈50% a 500∘C) e trasferendo calore al legno circostante, causando un cedimento localizzato prematuro.

È quindi essenziale proteggere le connessioni:

• Inserendo gli elementi metallici sufficientemente in profondità nel legno.
  
• Utilizzando piastre e connettori esterni protetti da rivestimenti o dimensionati per resistere al fuoco per il tempo richiesto (considerando la riduzione di resistenza dell'acciaio con la temperatura secondo EN 1993-1-2).
  
• Utilizzando connettori specificamente testati e certificati per la resistenza al fuoco.

In questo contesto si inserisce l'offerta di Simpson Strong-Tie, che fornisce non solo un'ampia gamma di connettori metallici performanti, ma anche informazioni certificate sul loro comportamento in caso di incendio.

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L'acciaio utilizzato (es. S250GD+Z275) ha Reazione al Fuoco A1 (incombustibile), ma come detto, è la Resistenza al Fuoco (R) del collegamento assemblato che determina la sicurezza strutturale.

Simpson Strong-Tie ha ottenuto certificazioni di Resistenza al Fuoco R30 per diversi prodotti chiave, secondo procedure basate su prove e calcoli conformi a EN 1995-1-2 e documentate in Valutazioni Tecniche Europee (ETA):

• Connettori angolari: R30 secondo ETA-06/0270.
• Connettori a scomparsa per travi: R30 secondo ETA-07/0245.

Queste certificazioni forniscono al progettista la garanzia che, in condizioni di incendio normalizzato per 30 minuti, questi specifici collegamenti manterranno la loro capacità portante, contribuendo in modo determinante alla stabilità globale della struttura lignea e risolvendo uno dei punti più critici della progettazione antincendio.

 

Conclusione: progettare con il legno in sicurezza antincendio

Il legno, se progettato correttamente secondo le normative vigenti (in primis l'Eurocodice 5) e con attenzione ai dettagli costruttivi, è un materiale strutturale sicuro anche in caso di incendio.

La sua prevedibile velocità di carbonizzazione permette calcoli analitici affidabili della resistenza al fuoco.

La gestione dei punti critici, come i collegamenti, è fondamentale e può essere efficacemente affrontata utilizzando soluzioni testate e certificate come quelle offerte da Simpson Strong-Tie.

L'ingegneria moderna permette quindi di superare i vecchi pregiudizi, sfruttando i numerosi vantaggi del legno senza compromessi sulla sicurezza.

 

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