Resistenza al fuoco e protezione passiva dei sistemi di rinforzo FRP

L’ampia diffusione dei sistemi di rinforzo FRP pone sempre più spesso il professionista antincendio, la direzione lavori o l’impresa a confronto con il problema della resistenza al fuoco e della protezione passiva dei rinforzi strutturali realizzati con materiali fibrorinforzati a matrice polimerica.

L’articolo si pone l’obiettivo di descrivere brevemente una problematica spesso trascurata, la natura della stessa e le possibili soluzioni da adottare.

Quando è richiesta la resistenza al fuoco del rinforzo strutturale

L’utilizzo dei sistemi di rinforzo trova ampio spazio nel panorama edilizio italiano. Il rinforzo strutturale può essere realizzato in diversi modi e principalmente fa riferimento a due tipologie di intervento:

• Rinforzo sismico per aumentare le prestazioni sismiche dell’edificio
  
• Rinforzo statico per aumentare o adeguare le prestazioni statiche dell’edificio.

Il rinforzo può essere realizzato con varie tecniche tra le quali si possono ricordare i rinforzi in acciaio, FRCM e i rinforzi FRP.

Nel caso in cui il rinforzo abbia funzione sismica, la resistenza al fuoco può essere trascurata in quanto le azioni sismiche sulle strutture non vanno considerate in contemporanea con le azioni dell’incendio. Si ricorda solamente che, in particolare per quanto riguarda l’acciaio, tali rinforzi vadano comunque studiati poiché, seppur non contribuendo alla resistenza al fuoco della struttura, sottoposti alle azioni dell’incendio possono influenzare le caratteristiche della sollecitazione e degli spostamenti nella struttura stessa.

Nel caso in cui il rinforzo abbia funzione strutturale la resistenza al fuoco deve essere considerata in quanto il rinforzo diventa a tutti gli effetti parte della struttura andando a contribuire alla capacità portante della struttura stessa. La struttura composta da elemento principale e rinforzo diventa quindi una struttura composta e come tale potrà essere analizzata.

Si riporta per completezza la definizione di Resistenza al fuoco riportata nel codice di prevenzione incedi DM 18 Ottobre 2019:

Resistenza al fuoco: una delle misure antincendio di protezione da perseguire per garantire un adeguato livello di sicurezza di un’opera da costruzione in condizioni di incendio. Essa riguarda la capacità portante in caso di incendio, per una struttura, per una parte della struttura o per un elemento strutturale nonché la capacità di compartimentazione in caso di incendio per gli elementi di separazione strutturali (es. muri, solai, …) e non strutturali (es. porte, divisori, …).

Figura 1 “Esempio di applicazione FRP”

Il problema della resistenza al fuoco dei rinforzo FRP

Il problema della resistenza al fuoco dei rinforzi FRP è noto agli esperti di questi materiali. Tali sistemi consistono in una vasta gamma di materiali compositi, realizzati con una matrice polimerica di natura organica con la quale si impregna un rinforzo in fibra con elevate proprietà meccaniche.

Dal punto di vista della resistenza al fuoco il problema è la matrice organica, che a valori di temperatura relativamente bassi è soggetta al fenomeno della transizione vetrosa. La transizione vetrosa della resina avviene a una temperatura critica Tg, variabile a seconda della resina, compresa in un range indicativo tra compreso tra 60°C e 110°C.

In seguito al raggiungimento della temperatura di transizione vetrosa il sistema FRP perde le sue caratteristiche meccaniche in quanto la matrice non svolge più la sua funzione strutturale; dal punto di vista della resistenza al fuoco il rinforzo si può quindi considerare “perso”. 

Metodi di dimensionamento della protezione passiva

I metodi per determinare la resistenza al fuoco in questi casi sono limitati. Facendo riferimento sempre al DM 18 Ottobre 2019 ed escludendo il metodo tabellare, che non fa riferimento all’acciaio e tantomeno alle strutture composte, rimangono il metodo sperimentale e il metodo analitico. Per quanto riguarda l’acciaio il metodo sperimentale è sicuramente la soluzione ideale, mentre maggiori problematiche si incontrano con i sistemi FRP per i quali occorrono test specifici o calcoli complessi.

Il problema principale è che le strutture iniziano a risentire dell’incendio a temperature di un ordine di grandezza superiore rispetto ai rinforzi strutturali FRP.

L’acciaio, per esempio, che è il più sensibile all’incendio inizia a perdere la sua resistenza meccanica intorno ai 400°C, valore di temperatura molto più elevato rispetto al range di valori di temperatura ai quali avviene la transizione vetrosa della matrice organica degli FRP. Un altro fattore da considerare è la curva di temperatura nominale ISO 834, alla quale sono sottoposte le strutture per determinarne la resistenza al fuoco. Tale curva di temperatura, studiata e costruita per lo studio delle strutture restituisce valori molto alti per i limiti dei rinforzi strutturali.
 

Figura 2 “Curva ISO 834”

Soluzioni di protezione passiva dei rinforzi FRP 

Ad oggi sul mercato sono presenti alcune soluzioni tradizionali e una soluzione innovativa. Le soluzioni tradizionali nascono dall’implementazione di prodotti studiati e creati per la protezione passiva delle strutture, in genere lastre in calcio silicato e intonaci antincendio.

ATTENZIONE

Si sottolinea come le vernici intumescenti siano totalmente inadatte a proteggere i rinforzi FRP, in quanto la temperatura di attivazione delle stesse è superiore alla temperatura di transizione vetrosa.

L’utilizzo dei sistemi tradizionali passa attraverso l’aumento degli spessori necessari (fino e oltre 10 cm), con lo scopo di non raggiungere la temperatura di transizione vetrosa della matrice. Inevitabilmente, essendo prodotti nati per proteggere le strutture, l’aumento dello spessore da applicare e del peso da aggiungere alla struttura è elevato, come lo è la posa e il costo. 

Da poco tempo è presente sul mercato una soluzione innovativa, studiata specificatamente per proteggere i rinforzi FRP dall’incendio. Si tratta di un pannello composto da materiali altamente prestazionali che è in grado con pochi centimetri di raggiungere buoni valori di resistenza al fuoco.

Figura 3 “Esempio di applicazione FRP”

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Si ringrazia la Safety Fire per la gentile collaborazione