La resistenza al fuoco delle componenti metalliche della sottostruttura delle facciate ventilate

La propagazione dell’incendio in facciata è un tema molto importante e attuale nell’ambito della sicurezza antincendio per due ragioni principali: innanzitutto, è a rischio la salvaguardia della vita umana; in secondo luogo, la tematica è fondamentale per via della crescente diffusione degli edifici di grande altezza e, al contempo, dell’utilizzo di facciate ventilate come soluzione tecnologica.

Nel lavoro di tesi svolto da Giorgia Zanghi al Politecnico di Torino, sono stati realizzati uno studio approfondito sui meccanismi di propagazione dell’incendio nelle facciate ventilate, seguendo l’approccio prestazionale della Fire Safety Engineering (FSE) mediante l’analisi con Fire Dynamics Simulator (FDS), e una linea guida a supporto dei progettisti che si apprestano ad effettuare valutazioni di sicurezza antincendio di questa specifica tipologia di facciata. A valle di tali indicazioni e valutazioni, è stato realizzato un approfondimento sulla resistenza al fuoco delle connessioni metalliche costituenti la sottostruttura delle facciate ventilate, completando così lo studio del comportamento al fuoco delle facciate ventilate in condizioni di incendio.

Perché la sottostruttura metallica è il punto debole della facciata ventilata in caso di incendio

Facciata ventilata: definizione secondo UNI 11018-1:2023 e componenti principali

La norma UNI 11018-1:2023 definisce la facciata ventilata come un

«tipo di facciata a schermo avanzato, in cui l'intercapedine tra il rivestimento e la parete è progettata in modo tale che l'aria in essa presente possa fluire per effetto camino in modo naturale e/o in modo artificialmente controllato, a seconda delle necessità stagionali e/o giornaliere, al fine di migliorarne le prestazioni termo-energetiche complessive».

Si tratta di una soluzione a doppia parete che sfrutta il moto convettivo generatosi nell'intercapedine d'aria, offrendo notevoli vantaggi in termini di prestazioni energetiche, comfort abitativo ed estetica architettonica (Micunco, 2022). Tuttavia, presenta alcune criticità in relazione alla propagazione verticale dell'incendio proprio a causa della presenza della lama d'aria (Giacalone, 2014).

Una facciata ventilata è articolata, dall'interno verso l'esterno dell'edificio, in un primo strato portante, ossia una parete interna in cemento armato o muratura, uno strato di isolamento o strato coibente, un'intercapedine o lama d'aria dove si ha la ventilazione, e infine la sottostruttura e lo strato di rivestimento (Micunco, 2022).

Sottostruttura metallica: acciaio, acciaio zincato e leghe di alluminio a confronto

La sottostruttura è composta da un sistema di elementi metallici in acciaio inox, acciaio zincato e/o leghe di alluminio, quali perni, piastre e inserti, che insieme formano i dispositivi di fissaggio e ancoraggio. Questi componenti vengono fissati alla parete interna per distribuire i carichi della facciata sulla struttura portante, mentre sul lato esterno creano il necessario distanziamento per formare l'intercapedine d'aria e sostenere le lastre di rivestimento (Micunco, 2022).

Sicurezza antincendio in facciata: cosa impone il Codice di prevenzione incendi

RTV.13 – Chiusure d'ambito: obiettivi di salvaguardia della vita umana

Uno dei principali obiettivi della sicurezza antincendio, chiaramente espresso nel Codice di prevenzione incendi, è la salvaguardia della vita umana. In particolare, dalla RTV.13 – Chiusure d’ambito, si evince che una delle finalità è

«evitare o limitare la caduta di parti della chiusura d’ambito dell’edificio (es. frammenti di facciata o altre parti comunque disgregate o incendiate, …) in caso d’incendio, che possano compromettere l’esodo degli occupanti o l’operatività delle squadre di soccorso» (par. V.13.1, RTV.13 – Codice, pag. V.13-1).

Obiettivo dello studio: valutare temperatura e resistenza nel tempo degli elementi metallici

Per queste ragioni, lo studio del comportamento al fuoco degli elementi metallici che costituiscono la sottostruttura delle facciate ventilate assume un’importanza cruciale.

L'analisi presentata in questo articolo, estratto dal lavoro di Tesi, si propone valutare l’evoluzione della temperatura nel tempo di questi elementi metallici e il mantenimento delle caratteristiche di resistenza in condizioni di incendio, fornendo indicazioni utili ai professionisti che si apprestano ad effettuare analoghe valutazioni di sicurezza antincendio.

Questa analisi è stata condotta mediante il software di CDM Dolmen, utilizzando il tool IS Fuoco, che consente di eseguire verifiche termo-strutturali attraverso un'analisi agli elementi finiti (FEM).

Metodologia di verifica: NTC 2018, Eurocodice 3 ed Eurocodice 9

La metodologia seguita si basa sulle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) e sugli Eurocodici. Nello specifico, è stata seguita la Procedura di analisi della resistenza al fuoco secondo il par. 3.6.1.5 delle NTC 2018 e gli Eurocodici di riferimento sono l’Eurocodice 3 (EN 1993), relativo alla progettazione delle strutture in acciaio, e l’Eurocodice 9 (EN 1999), relativo alla progettazione delle strutture in alluminio.

Il caso studio: sottostruttura StoVentec S di Sto Italia

Per quanto riguarda la configurazione della sottostruttura e del sistema di ancoraggio del caso studio, è stato adottato il sistema StoVentec S proposto da Sto Italia. Perciò, è stata considerata la configurazione seguente:

Con il software Dolmen-IS Fuoco è stata eseguita un’analisi termica a livello di sezione che ha previsto la definizione dei materiali, delle geometrie, della mesh e delle zone di esposizione.

Per quanto riguarda i materiali, sono stati impiegati acciaio per le connessioni di ancoraggio e alluminio per montanti e traversi di sostegno per le lastre di rivestimento.

È stato impiegato il materiale acciaio predefinito sul software, mentre l’allumino è definito da utente. Si riportano le proprietà dei materiali impiegati.

Per quanto riguarda montanti e traversi che sostengono il rivestimento, queste parti della sottostruttura sono realizzate in alluminio EN AW-6063 T66, le cui principali proprietà fisico-meccaniche sono:

• Modulo di elasticità: (UNI EN 1999-1-1:2007+A1);
• Valore caratteristico della resistenza alla trazione allo 0,2%: (UNI EN 1999-1-1:2007+A1);
• Valore caratteristico della resistenza ultima: (UNI EN 1999-1-1:2007+A1).

Per quanto riguarda le proprietà a freddo, è stata considerata la seguente legge costitutiva.

Le proprietà dipendenti dalla temperatura, ossia densità, calore specifico e conduttività termica, sono state ricercate in letteratura e si è preso come riferimento un articolo scientifico di Foteinopoulos et al. (2017). Risalendo alla fonte originale (Jensen et al., 1980), è stato ricostruito il grafico in Excel per poi impostare la densità in IS Fuoco di CDM Dolmen. La stessa procedura è stata seguita per calore specifico e conducibilità termica.

Dalla norma UNI EN 1993-1-2:2005 (Eurocodice 3 – Acciaio) si evincono i coefficienti di riduzione , e , che rappresentano la diminuzione di resistenza del materiale acciaio in funzione della temperatura.

Temperatura	ky,θ	kp,θ	kE,θ
°C	-	-	-
20	1,000	1,000	1,000
100	1,000	1,000	1,000
200	1,000	0,807	0,900
300	1,000	0,613	0,800
400	1,000	0,420	0,700
500	0,780	0,360	0,600
600	0,470	0,180	0,310
700	0,230	0,075	0,130
800	0,110	0,050	0,090
900	0,060	0,0375	0,0675
1000	0,040	0,0250	0,0450
1100	0,020	0,0125	0,0225
1200	0,000	0,0000	0,0000

Tabella 2: I fattori di riduzione dell’acciaio in funzione della temperatura (UNI EN 1993-1-2:2005, Table 3, pag. 22)

L’acciaio comincia a degradare a 100°C, mentre presenta un marcato decadimento delle proprietà fisico-meccaniche intorno ai 400°C e un abbattimento della resistenza molto pronunciato. Infine, a 600°C la resistenza è pressocché dimezzata (Fantilli, 2024).

Per quanto riguarda l’alluminio, il riferimento normativo rimane la norma UNI EN 1999-1-2 (Eurocodice 9 – Alluminio). Tuttavia, da uno dei quaderni Inail, il Focus sulla resistenza al fuoco (Sabatino et al., 2019), si desumono i valori del coefficiente di riduzione della tensione convenzionale di snervamento .

Alluminio	EN AW-6063 T66
Temperatura	k0.2,T
°C	-
20	1,00
100	1,00
150	0,79
200	0,65
250	0,38
300	0,20
350	0,11
550	0,00

Tabella 3: La variazione del coefficiente di riduzione della tensione convenzionale di snervamento (Sabatino et al., 2019, pag. 132)

Si riporta il legame tra modulo elastico dell’alluminio in funzione della temperatura.

Temperatura	Eal,T
°C	MPa
20	70000
50	69300
100	67900
150	65100
200	60200
250	54600
300	47600
350	37800
400	28000
550	0

Tabella 4: Variazione del modulo di elasticità dell’alluminio in funzione della temperatura (Sabatino et al., 2019, pag. 133)

Per quanto riguarda il modulo elastico dell’alluminio, si nota che a 350°C si dimezza ed a 550°C si annulla completamente, poiché la sua temperatura di fusione si aggira attorno ai 600°C.

Su CDM Dolmen, utilizzando il tool IS Fuoco e seguendo le caratteristiche geometriche riportate nella Figura 2, sono state editate le sezioni dei profili metallici costituenti la sottostruttura metallica.

In queste immagini, si osservino le zone colorate in arancione che corrispondono alle zone di esposizione a cui è stata associata la curva nominale Fuoco esterno.

A tal proposito, si è scelto di adottare la curva nominale di incendio esterno poiché questa tipologia viene impiegata per simulare l'azione dell'incendio sulla facciata (BibLus, 2024). Per di più, al par. 3.6.1.5.1 delle NTC 2018, si evince che questa tipologia di curva si adotta

«nel caso di incendi sviluppatisi all’interno del compartimento, ma che coinvolgono strutture poste all’esterno».

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FAQ Tecniche: Resistenza al fuoco facciate ventilate: analisi FEM della sottostruttura

Che cos'è la sottostruttura metallica di una facciata ventilata?

È il sistema di elementi metallici — perni, piastre, montanti, traversi e inserti in acciaio, acciaio zincato o leghe di alluminio — che ancora il rivestimento esterno alla parete portante, distribuendo i carichi della facciata e mantenendo la lama d'aria necessaria alla ventilazione dell'intercapedine.

In quali contesti la resistenza al fuoco della sottostruttura diventa un requisito critico?

Negli edifici di grande altezza, dove la propagazione verticale dell'incendio attraverso l'intercapedine ventilata è un rischio riconosciuto, e più in generale in tutti gli interventi in cui la facciata ventilata è soggetta a valutazione di sicurezza antincendio secondo il Codice di prevenzione incendi.

Quali norme disciplinano la progettazione al fuoco degli elementi metallici di facciata?

Il quadro normativo di riferimento comprende le NTC 2018 (par. 3.6.1.5, procedura di analisi della resistenza al fuoco), l'Eurocodice 3 – UNI EN 1993-1-2 per gli elementi in acciaio e l'Eurocodice 9 – UNI EN 1999-1-2 per gli elementi in alluminio.

Quali vantaggi offre un approccio prestazionale (FSE) rispetto a una verifica tabellare?

L'approccio Fire Safety Engineering, condotto ad esempio tramite simulazione FDS o analisi FEM, consente di valutare l'evoluzione reale della temperatura nei singoli elementi strutturali nel tempo, individuando con maggiore precisione soglie di degrado e tempi di cedimento rispetto a metodi semplificati basati su classi di resistenza standard.

Come si imposta operativamente una verifica termo-strutturale della sottostruttura?

Richiede la definizione dei materiali (con relative proprietà termiche e meccaniche in funzione della temperatura), della geometria dei profili, della mesh di calcolo e delle zone di esposizione al fuoco, a cui si associa una curva nominale d'incendio coerente con lo scenario progettuale (tipicamente la curva di incendio esterno per le facciate).

Quali fattori influenzano la durabilità e l'affidabilità nel tempo della protezione al fuoco della sottostruttura?

La scelta della lega/tipologia di acciaio o alluminio, lo spessore dei profili, l'eventuale presenza di rivestimenti protettivi (es. vernici intumescenti) e la loro manutenzione periodica, oltre alla corretta progettazione dei giunti e delle interruzioni di modularità della facciata.

Quali errori progettuali vanno evitati nella verifica al fuoco delle facciate ventilate?

Affidarsi esclusivamente a incrementi di spessore dei profili senza validarne l'effettivo beneficio prestazionale, sottovalutare la potenza termica nelle zone prossime al focolaio, trascurare l'interazione tra strato di isolamento e intercapedine d'aria, e non prevedere in fase progettuale meccanismi che limitino il cedimento locale evitando il collasso dell'intero sistema di facciata.