La resistenza al fuoco delle strutture di legno
Costruire con il legno oggi non è più sinonimo di precarietà. I prodotti a base di legno, per le loro doti di versatilità e per l'affidabilità che sono in grado di garantire offrono notevoli opportunità a coloro che sono interessati ad utilizzarli. Nel caso delle strutture di legno, le problematiche di progettazione e realizzazione non differiscono in maniera sostanziale rispetto a quelle esistenti impiegando altri materiali. Le strutture di legno offrono alcuni specifici vantaggi e richiedono determinate specifiche attenzioni, ma il processo logico rimane analogo. La confidenza di un progettista nel materiale che sceglie deriva dalle informazioni che ha ricevuto e dall'esperienza che ha accumulato, e per i prodotti a base di legno si stanno rapidamente colmando, anche in Italia, le lacune esistenti a livello formativo e normativo. Per questo motivo BolognaFiere, nell'ambito del Saie 2002, ha organizzato un Focus Tecnologico: Strutture di Legno. Esso consiste di:
· una mostra di modelli in scala reale che presentano le soluzioni tecniche tradizionali e le più recenti innovazioni;
· un libro dal titolo "Strutture di legno, per un'edilizia sostenibile" che andrà ad arricchire la collana dei Manuali Tecnici per l'Edilizia del Sole24Ore
· un convegno sul tema delle strutture di legno per l'edilizia sostenibile.

È ormai noto e generalmente accettato che le strutture di legno, pur se il materiale è combustibile, hanno una resistenza al fuoco migliore rispetto alle strutture di acciaio o di calcestruzzo armato, specie se precompresso (Figura 1). Il legno brucia lentamente, la carbonizzazione procede dall'esterno verso l'interno della sezione. Il legno non ancora carbonizzato rimane efficiente dal punto di vista meccanico anche se la sua temperatura è aumentata; la rottura meccanica dell'elemento avviene quando la parte della sezione non ancora carbonizzata è talmente ridotta da non riuscire più ad assolvere alla sua funzione portante, pertanto la perdita di efficienza di una struttura di legno avviene per riduzione della sezione e non per decadimento delle caratteristiche meccaniche. Per contro, negli elementi strutturali di acciaio il materiale subisce un rapido decadimento delle caratteristiche meccaniche in funzione della temperatura, e per conferire una resistenza al fuoco superiore ai 15 minuti è necessario che gli elementi siano protetti con particolari vernici o con rivestimenti. Nelle strutture di calcestruzzo armato la resistenza al fuoco è determinata dallo spessore del rivestimento delle armature metalliche (copriferro ed eventuale rivestimento) essendo queste ultime sensibili alla temperatura, pertanto valgono le considerazioni fatte per le strutture di acciaio. La verifica della sicurezza strutturale viene svolta negli Eurocodici secondo la metodologia semi-probabilistica agli stati limite. Quindi, il problema di verifica con metodi probabilistici (che presenta difficoltà operative abbastanza elevate) viene ricondotto ad una procedura formalmente deterministica, ma tale da assicurare con buona approssimazione un prefissato grado di affidabilità alle più comuni tipologie strutturali. Con riferimento ad un generico stato limite per la struttura, esso viene controllato per opportuni valori di progetto delle variabili ri,d che definiscono la resistenza e di quelle si,d che definiscono le azioni (ovvero gli effetti di queste ultime in termini di sollecitazioni), potendosi dunque esprimere la condizione di sicurezza nella forma:
R(r1d,r2d,...) - S(s1d,s2d,...) >= 0
Tale formulazione necessita dunque della conoscenza dei valori caratteristici delle variabili in gioco (r1k,.., s1k, ..), nonché di opportune scelte per i coefficienti parziali di sicurezza g, adeguati al grado di sicurezza richiesto, con i quali definire le variabili di calcolo (r1d,.., s1d, ..).
Lo "stato limite" può essere definito come situazione statica oltre la quale la struttura non soddisfa più i requisiti prestazionali di progetto. Gli stati limite si classificano in:
· stati limite ultimi; sono quelli associati con il collasso, o con altre forme di cedimento strutturale che possono mettere in pericolo la sicurezza delle persone e che quindi includono la perdita di equilibrio della struttura o di una sua parte (considerate come corpo rigido) ed il collasso per eccessiva deformazione, rottura, o perdita di stabilità della struttura o di una parte di essa (comprendendo i vincoli e le fondazioni). Stati che precedono il collasso strutturale, i quali, per semplicità, siano considerati in luogo del collasso medesimo, sono pure classificati e trattati quali stati limite ultimi.
· stati limite di servizio, che corrispondono a stati oltre i quali i criteri di servizio specificati non sono più soddisfatti e dipendono, in genere, da eccesso di deformazione o spostamento che compromettano l'aspetto o l'utilizzo della struttura ovvero da vibrazioni non accettabili.


Figura 1 - Il comportamento al fuoco delle strutture di legno. L'immagine (da Glulam - W.A. Chugg, Benn Ed., London) lo sintetizza bene: le travi in legno bruciate per metà sezione (vedere la posizione dei chiodi) sorreggono ancora le sovrastanti putrelle in acciaio deformate dal calore.


Figura 2 - Le strutture in legno rendono sicuri ed accessibili ai soccorsi i locali per un tempo prevedibile, e non emettono gas tossici. Ciò è ben noto ai Vigili del Fuoco, che ormai preferiscono il legno al calcestruzzo e all'acciaio. Nella foto (Triboulot) una caserma dei Vigili del Fuoco con strutture e tamponamenti interamente in legno.

Le verifiche progettuali sono relative a:
· situazioni persistenti, corrispondenti alle normali condizioni di uso della struttura;
· situazioni transitorie, che si possono riscontrare per esempio durante la costruzione o la riparazione;
· situazioni eccezionali corrispondenti appunto ad eventi eccezionali, quali sisma, incendio, urti.
Le azioni sulla struttura possono essere introdotte mediante forze (carichi) applicate alla struttura (azione diretta) ovvero mediante deformazioni imposte (azione indiretta, come ad esempio l'effetto della temperatura) e sono in genere classificate, negli Eurocodici, secondo la loro variazione nel tempo o nello spazio. In base al primo criterio si hanno quindi:
· azioni permanenti (G), ad esempio il peso proprio della struttura;
· azioni variabili (Q), ad esempio carichi di vento o di neve;
· azioni eccezionali (A), ad esempio esplosioni, urti, incendi.

Le normative UNI 9502, 9503 e 9504, nonché gli Eurocodici 2, 3 e 5, hanno introdotto il "procedimento analitico" nella valutazione della capacità portante di strutture sottoposte ad incendio. La resistenza al fuoco di una struttura sottoposta ad un determinato sistema di carichi viene definita dal D.M. Int. 30/11/83 "Termini, definizioni generali e simboli grafici di prevenzione incendi" come "il tempo necessario, dall'inizio della sua esposizione all'incendio, perché si raggiunga una situazione di collasso, parziale o totale, della struttura medesima". La situazione di collasso deve essere considerata in senso lato, potendo comprendere anche il raggiungimento di stati ultimi di resistenza per la sezione più sollecitata o di stati ultimi di deformazione per l'intera struttura o per una sua parte. Con riferimento alle prestazioni richieste agli elementi costruttivi sottoposti ad azione di incendio, esse riguardano sia la loro capacità di conservare la stabilità meccanica, sia la possibilità di opporsi efficacemente alla propagazione del fuoco ed alla trasmissione del calore. In generale, dunque, la resistenza al fuoco viene definita mediante i criteri dell'indice REI, ovvero stabilità al fuoco (R), tenuta al fuoco (E) e isolamento termico (I).
Dunque, la resistenza al fuoco può fare riferimento a livelli di protezione REI (elementi di compartimentazione e portanti), EI (elementi solo di compartimentazione) o semplicemente R (elementi solo portanti). É evidente che i simboli REI ed EI si riferiscono usualmente ad elementi di tamponamento o di partizione (eventualmente mobili, come porte e finestre); il simbolo R si riferisce unicamente ad elementi aventi funzioni portanti. Si può tuttavia notare che, ove non esistano elementi specificatamente a ciò dedicati, alle strutture portanti di solaio negli edifici civili viene normalmente richiesto la protezione di livello REI.
La reazione al fuoco è invece definita dal citato D.M. Int. 30/11/83 come "il grado di partecipazione di un materiale combustibile al fuoco al quale è sottoposto". In relazione a ciò i materiali sono assegnati (C.M. Int. n°12 del 17/05/80) alle classi 0, 1, 2, 3, 4, 5 con l'aumentare della loro partecipazione alla combustione; quelli di classe 0 sono non combustibili.
Il legno ed i prodotti a base di legno hanno reazione al fuoco 3 o 4,l a meno che non siano ignifugati (in tal caso raggiungono la classe 1). Il requisito di reazione al fuoco generalmente è richiesto per i soli elementi non strutturali.

La resistenza al fuoco viene generalmente correlata, in modo convenzionale, al comportamento della struttura stessa durante l'esposizione ad un fuoco-modello rappresentato da un ambiente gassoso a temperatura T crescente, entro il quale s'ipotizza immersa la struttura o parte di essa. É ormai generalizzato, nel campo delle usuali strutture per l'ingegneria civile, il riferimento alla curva standard temperatura-tempo (Figura 3):
Tt = 20+345·log10·(8·t+1)
essendo t il tempo in minuti (misurato a partire dall'inizio dell'incendio) e Tt la corrispondente temperatura (°C).


Figura 3 - Curva temperatura-tempo standard

Si deve ancora osservare che, nel caso della struttura portante lignea, è necessario determinare il contributo all'incendio della medesima struttura e, conseguentemente, il suo apporto alla definizione della richiesta di resistenza. Ciò può essere facilmente ottenuto aumentando il valore del cosiddetto carico d'incendio del locale che presenta strutture portanti lignee, considerando ad esempio il contributo all'incendio di uno strato superficiale di legno di 2,5 cm.
Per le verifiche, si rivela di particolare interesse l'analisi di "parti della struttura", sottoponendole all'azione eccezionale di incendio e verificando per ciascuna che:
A fi,d (t) =< R fi,d(t)
essendo Afi,d l'effetto (valore di progetto) delle azioni nella situazione di incendio, Rfi,d la corrispondente resistenza di progetto nella medesima condizione, t la durata di esposizione al fuoco. Per quanto riguarda gli effetti prodotti dalle azioni dirette applicate alla costruzione si adotta la regola di combinazione valida per le cosiddette combinazioni eccezionali e che così può essere scritta (la simbologia è quella di corrente impiego negli Eurocodici):



con il consueto significato dei simboli:
G k valore caratteristico delle azioni permanenti;
P k(t) valore caratteristico della forza di precompressione (in genere variabile durante l'esposizione al fuoco);
Q k,1 valore caratteristico dell'azione variabile (principale);
Q k,i valori caratteristici delle altre azioni variabili;
y 1,1 coefficiente di combinazione dell'azione variabile considerata come principale;
y 2,i coefficiente di combinazione generico delle altre azioni variabili.
I valori dei coefficienti di combinazione y risultano dati in funzione delle varie categorie di locale e sono generalmente compresi tra 0 e 0,7. Con opportuna cautela saranno da considerare alcuni casi specifici nei quali sia prevedibile attendersi la presenza dell'azione massima prevista durante l'evento di incendio: si citano, ad esempio, i casi delle biblioteche, di archivi in genere, di magazzini.

Le prove di resistenza al fuoco, effettuate mediante esposizione di elementi strutturali costruttivi, opportunamente sollecitati, all'ambiente gassoso di un forno a temperatura variabile secondo una curva standardizzata, hanno costituito per molto tempo il metodo generalmente adottato per la determinazione della resistenza convenzionale al fuoco del particolare strutturale considerato. A tali prove si debbono le principali conoscenze di base riguardanti il comportamento al fuoco dei materiali, con particolare riguardo alle variazioni delle caratteristiche termiche e meccaniche in relazione a temperatura variabile secondo leggi unificate, anche se pur sempre convenzionali. Non c'è dubbio che la prova fisica in forno appaia tanto più difficoltosa quanto maggiore è la complessità sia della struttura sia della condizione di carico da realizzarsi, tanto è vero che ci si è sempre dovuti limitare a prove su elementi strutturali di particolare semplicità.

Il legno, materiale organico di origine vegetale, presenta la peculiarità di essere materiale combustibile e, come tale, può essere completamente "distrutto" dall'evento di incendio, perdendo dunque qualsiasi caratteristica fisico-meccanica se esposto a sorgenti di calore esterne di durata ed intensità sufficientemente elevate. La combustibilità costituisce una caratteristica negativa del legno, come materiale da costruzione, per due ragioni: la demolizione del legno produce una riduzione delle sezioni resistenti delle membrature ed inoltre il fenomeno fisico esotermico può contribuire a sviluppare ed a propagare ulteriormente il fuoco. Ma la prima caratteristica comporta, ai fini delle verifiche strutturali, effetti sostanzialmente analoghi a quanto avviene per altri materiali da costruzione (calcestruzzo ed acciaio): aumenti di temperatura sufficientemente elevati producono riduzioni delle caratteristiche di resistenza. Invece, per la propagazione innescata dall'esotermia sono necessarie alcune precisazioni: il processo di combustione del legno procede dalla superficie esposta al fuoco verso l'interno della massa, con una velocità determinata e finita, non essendo quindi istantaneo. Tale velocità dipende essenzialmente dalla specie legnosa, a parità degli altri fattori ambientali (la temperatura, l'apporto di calore e le condizioni di ventilazione) o propri del materiale (l'umidità del legno e i trattamenti cui l'elemento sia stato eventualmente sottoposto). Peraltro è noto che la profondità di materiale distrutto dall'incendio è all'incirca proporzionale al tempo di esposizione al fuoco o, più precisamente, alla durata del processo di carbonizzazione. In via generale, la demolizione del legno può avvenire sia in presenza sia in assenza di aria (ovvero di ossigeno). É tuttavia da osservare che in presenza di quantità sufficiente di ossigeno (quindi sotto adeguate condizioni di ventilazione) si assiste al cosiddetto processo di "combustione viva" che inizia, per legno in condizioni igrometriche normali, all'incirca nell'intervallo di temperatura 200 ÷ 300 °C: il fenomeno presenta un bilancio termico fortemente positivo (mediamente 4400 Cal/kg di materiale originale (1 Cal=4185 J) ed il residuo solido è costituito da cenere. In assenza di ossigeno si ha invece il cosiddetto processo di pirolisi tramite il quale avviene la progressiva decomposizione chimica del legno in una frazione gassosa ed in un residuo solido più o meno carbonizzato. Tale processo può iniziare a temperature di circa 200 °C, con bilancio termico finale debolmente positivo (»300 Cal/kg di materiale originale). Entrambi i processi necessitano comunque, inizialmente, di una fonte energetica esterna, differenziandosi alla fine sia per quanto riguarda il bilancio energetico sia per il residuo fisso prodotto. D'altra parte, ciò che interessa al progettista strutturale è la conoscenza sia della cosiddetta "velocità di carbonizzazione" (che permette di valutare la profondità di materiale demolita), sia delle caratteristiche meccaniche del materiale al di sotto della zona demolita.
Il parametro velocità di carbonizzazione permette di calcolare sia la quantità di calore emessa che l'entità della parte di materiale incombusta. Quest'ultima mantiene praticamente inalterata le proprie caratteristiche meccaniche oltre che dimensionali, eccettuata una porzione molto ridotta di materiale (strato di pochi millimetri di spessore) che subisce aumenti di temperatura oltre i 100 °C: ciò è strettamente connesso a proprietà intrinseche del legno, in particolare alla sua ridotta conduttività termica, all'elevato calore specifico, al basso coefficiente di dilatazione termica.
Non si deve poi dimenticare che il materiale è igroscopico, contenendo acqua in percentuali che risultano funzione delle condizioni termo-igrometriche ambientali. Conseguentemente il calore può penetrare nella massa legnosa a velocità molto basse, potendosi quindi presentare temperature dell'ambiente esterno di 1000 °C con temperature ad alcuni millimetri dal fronte carbonioso non superiori a 100 °C, fino a che l'acqua presente non risulta del tutto evaporata. Altra conseguenza di non trascurabile importanza è che la zona di materiale con temperature comprese tra 100 °C e 230¸260 °C presenta uno spessore di alcuni millimetri ed è quindi poco influente nella determinazione della resistenza al fuoco dell'elemento strutturale. L'approccio di tipo analitico al fenomeno della pirolisi del legno si rivela abbastanza complicato, visto che sono presenti contemporaneamente trasferimenti di calore, trasporto di massa e reazioni di tipo chimico. La conseguente ed ovvia semplificazione è dunque quella di analizzare il problema dal punto di vista della sola demolizione termica del legno, sulla base di una velocità di carbonizzazione che, ad eccezione dei primi 10 ¸ 15 minuti, può essere considerata costante: tale approccio si è dimostrato, ai fini delle valutazioni di resistenza al fuoco, sufficientemente corretto.

Il processo di degrado termico del legno giustifica quindi un approccio normativo abbastanza semplificato. Si definiscono i seguenti termini:
· linea di carbonizzazione: confine tra strato carbonizzato e sezione trasversale residua;
· sezione trasversale residua: sezione trasversale originaria ridotta dello strato carbonizzato;
· sezione trasversale efficace: sezione trasversale originaria ridotta dello strato carbonizzato e di un successivo strato in cui si considerano resistenza e rigidezza nulli.
La norma UNI 9504 fa innanzi tutto esplicito riferimento a singoli elementi strutturali (legno massiccio o lamellare) sottoposti all'incendio normalizzato, non protetti oppure trattati con prodotti ignifughi o protetti con idonei rivestimenti continui/aderenti (previa determinazione sperimentale della velocità di penetrazione della carbonizzazione). Il metodo di calcolo adottato prevede la preventiva valutazione della velocità di penetrazione alla carbonizzazione, considerando nell'ambiente in cui l'elemento è inserito la legge temperatura-tempo, la successiva determinazione di una sezione efficace ridotta rispetto a quella originaria per effetto della carbonizzazione del legno ed infine il calcolo della capacità portante (per rottura o per instabilità) allo stato limite ultimo di collasso, secondo il metodo semiprobabilistico agli stati limite nella sezione ridotta più sollecitata.
Le azioni di calcolo per la resistenza al fuoco sono rappresentate dalla più gravosa delle combinazioni così definite:

Fd = G k + Q lk + 0.7 x Q 2k, j

essendo:
Fd il valore dell'azione di calcolo;
Gk il valore caratteristico delle azioni permanenti;
Q1k il valore caratteristico delle azioni variabili di lunga durata;
Q2k,j il valore caratteristico di un'azione di breve durata, vento (j=1) o neve (j=2) o di altre azioni rare (j=3).
È evidente che la precedente formula costituisce una semplificazione di quella più generale, con riferimento alla struttura lignea utilizzata per gli orizzontamenti e coperture degli edifici civili.
I valori di calcolo delle proprietà di materiale si ottengono dividendo i valori caratteristici al 5° percentile per i coefficienti parziali di sicurezza g l1=1.40 (proprietà meccaniche) e g l2=0.80 (velocità di carbonizzazione). In alternativa, per gli elementi di legno massiccio e lamellare si possono utilizzare i valori di calcolo della tabella 2: si osserva che tali valori sono abbastanza ridotti, se confrontati con quelli caratteristici definiti nelle UNI EN 338 ed UNI EN 1194.

Proprietà

Legno massiccio

Legno lamellare

Resistenza flessione (MPa) 16 18÷24
Resistenza trazione parallela (MPa) 10 15÷19
Resistenza trazione perpendicolare (MPa) 0.3 0.4
Resistenza compressione parallela (MPa) 15 15÷21
Resistenza compressione perpendicol. (MPa) 5.5 5.5
Resistenza a taglio (MPa) 1.5 1.5
Modulo elasticità flessionale (GPa) 8 9÷10
Modulo elasticità tangenziale (GPa) 0.5 0.5
Velocità di carbonizzazione (mm/minuto) 0.9 0.7

Tabella 2 - Valori di calcolo delle proprietà di materiale per elementi in legno massiccio e lamellare incollato secondo la UNI 9504.

La norma UNI ENV 1995-1-2:1994, prevede invece tre diverse metodologie di calcolo:
· metodo della sezione efficace;
· metodo della resistenza e rigidezza ridotte;
· metodi generali di calcolo, con riferimento ai modelli di carbonizzazione, al profilo della temperatura e del gradiente di umidità all'interno della sezione ed alle resistenza e rigidezza del materiale legno in funzione della temperatura e dell'umidità.
Si deve osservare che tale ultimo metodo, collegandosi direttamente a quanto esposto nel paragrafo precedente, si rivela di difficile applicabilità, almeno allo stato attuale delle conoscenze.
I metodi di valutazione prevedono differenti livelli di "semplificazione", potendosi attuare:
· l'analisi strutturale globale, quindi verificando la disequazione A fi,d =< R fi,d; se gli effetti non aumentano durante l'incendio (come usualmente avviene) si può porre A fi,d = 0.7·Ad;
· l'analisi di parti della struttura, considerando in modo approssimato l'interazione tra le diverse parti della struttura;
· l'analisi di singoli elementi, considerando come condizioni iniziali al contorno quelle per le normali condizioni di servizio.
È il caso di osservare come, con il metodo di valutazione di singoli elementi, si abbia la perfetta corrispondenza con la normativa UNI 9504. L'applicazione di tale normativa è invece critica quando siano presenti importanti interazioni tra parti diverse della struttura: è il caso di citare, ad esempio, le strutture composta ad interazione parziale in legno-calcestruzzo.

Per il calcolo della resistenza al fuoco dei collegamenti, soprattutto nelle strutture di più recente realizzazione in legno lamellare, è necessario valutare la prestazione del collegamento sotto l'azione dell'incendio; molto spesso sono proprio i collegamenti con elementi metallici o le parti della struttura realizzate con elementi metallici a rappresentare il vero punto di debolezza di una struttura lignea esposta al fuoco. La parte metallica costituisce infatti elemento di trasmissione di calore anche all'interno della massa lignea oppure presenta deformazioni a caldo incompatibili con la statica della struttura (elementi di controvento, elementi tesi in genere, ecc.).
Le cosiddette unioni non protette, purché a comportamento statico globalmente simmetrico, sono considerate dalla normativa europea come soddisfacenti alla classe di resistenza R 15. Oltre tale valore sono necessari requisiti aggiuntivi da valutare attentamente in sede di progetto. Il primo requisito è, ovviamente, sullo spessore dell'elemento ligneo collegato e sulla distanza dai bordi del mezzo di collegamento (chiodo o spinotto) che deve garantire la prestazione, in condizioni ultime, anche al tempo richiesto di resistenza t f i,req. Per tale requisito si farà sempre riferimento quindi al tempo richiesto oltre i 15 minuti, cioè a (t fi,req - 15).
Alcune semplificazioni possono poi essere adottate per resistenze richieste fino a R 60. Fatti salvi infatti i requisiti sulle dimensioni minime degli elementi collegati e sulle distanze dai bordi dei mezzi meccanici di unione, la resistenza al fuoco R 30 è soddisfatta se il rapporto tra i valori di calcolo del carico e della capacità portante nella progettazione a temperatura normale non supera un determinato rapporto h 30, funzione del tipo di collegamento: per le unioni legno-legno, ad esempio, i chiodi e gli spinotti (non sporgenti dalla superficie lignea) sono caratterizzati da h 30 = 0,8. Ciò significa che la condizione R 30 è ottenuta aumentando il numero dei singoli elementi del collegamento secondo il fattore 1/h 30. Per tempi di resistenza richiesti tfi,req compresi tra 30 e 60 minuti, il rapporto fra carico e capacità portante nella progettazione a temperatura normale non deve superare il valore h req dato dalla seguente espressione:

h req = h 30 (30 ÷ t fi, req

essendo t fi, req espresso in minuti. Si noti che, nel caso citato di collegamenti legno-legno con chiodi e spinotti, il rapporto

h60 vale quindi 0.2. Ciò conferma la estrema sensibilità nei confronti dell'incendio dei collegamenti mediante elementi metallici non protetti e quindi l'importanza di una loro corretta progettazione o di una loro adeguata protezione.

Per gli elementi di protezione che possono essere utilizzati per schermare le membrature occorre valutare, in genere mediante prove, i tempi di rottura che li caratterizzano. Se tali rivestimenti sono di legno o con pannelli a base legno tale tempo di rottura
t pr (in minuti) può essere determinato mediante la formula:

t pr = (tp ÷ ß0) - tr

essendo t p lo spessore del rivestimento in millimetri (o la somma degli spessori di rivestimento) e tr pari a 4 minuti. Sembra il caso di evidenziare che, nel caso i rivestimenti protettivi siano caratterizzati da tempi di rottura più brevi del tempo richiesto di resistenza al fuoco, la carbonizzazione dell'elemento portante inizia all'istante di cedimento tpr del rivestimento stesso, ciò essendo diretta conseguenza di quanto precedentemente esposto. È evidente che, per considerare utili i rivestimenti protettivi che proteggono elementi strutturali, essi devono essere fissati efficacemente mediante mezzi meccanici o colle adeguate. Nel caso di rivestimenti a strati multipli ciascuno strato dovrebbe essere fissato individualmente, con giunti laterali sfalsati. L'interasse tra gli elementi di collegamento non deve superare i 300 mm.
Nel precedente paragrafo è stato messo in evidenza come il collegamento mediante mezzi meccanici rappresenti uno dei veri punti critici della moderna costruzione in legno. È ovvio che, anche in questo caso, la protezione dell'unione nei confronti dell'incendio sia essenziale per garantire all'intera struttura quella resistenza al fuoco che il semplice elemento ligneo può offrire. La protezione delle unioni mediante legno o pannelli a base di legno per garantire una resistenza tfi,req è ottenuta, in tal caso, mediante spessori minimi di legno o pannelli a base legno pari a:
ß0 (tfi,req - 15)
Ciò vale, in particolare, per le piastre di acciaio utilizzate come elementi laterali e centrali nei collegamenti: esse possono essere considerate protette se risultano completamente rivestite, compresi i bordi, con legno o pannelli aventi lo spessore minimo indicato nella precedente relazione.
Può infine essere utile ricordare che, nella normativa europea, non compare nessun accenno al problema del rivestimento dell'elemento strutturale o dei mezzi meccanici di collegamento mediante appositi prodotti vernicianti, pigmentati o trasparenti. La vernice intumescente ben conosciuta al professionista che opera nel campo della struttura metallica è utilizzata in effetti anche per la struttura lignea, ovviamente con altre formulazioni: essa viene però applicata principalmente con altra finalità, quella della riduzione della "reazione" al fuoco dell'elemento ligneo. È però interessante osservare che tale prodotto può aumentare, anche se di pochi minuti, la resistenza al fuoco dell'elemento riducendo la profondità di materiale demolito dalla carbonizzazione. Solo mediante applicazione di un idoneo sistema per trattenere la meringa isolante l'elemento ligneo può giungere ad aumenti di resistenza dell'ordine di 10¸15 minuti. Per queste valutazioni, tra l'altro, appare evidente la insostituibilità della prova diretta in forno da eseguire su provini in dimensioni reali.

I valori da assumersi nel calcolo analitico si possono infine ricavare anche da alcune leggi, che però non forniscono indicazioni circa la combinazione di carico da assumersi e non fanno distinzione fra le specie legnose e le classi di qualità meccanica (lettera circolare M. Int. 26/11/90 "Resistenza al fuoco di strutture portanti in legno" per la resistenza meccanica e D.M. Int. 8/3/85 "Direttive sulle misure più urgenti ed essenziali di prevenzione incendi per il rilascio del nulla osta provvisorio" per la velocità di carbonizzazione).

Confrontando, a titolo di esempio, i risultati ottenuti nel calcolo della resistenza al fuoco di una trave di solaio in semplice appoggio, avente le seguenti caratteristiche:

luce interasse base sezione altezza sezione carico permanente carico di esercizio
5,00 m 0,5 m 150 mm 200 mm G = 1,5kN/m² Q = 2,0kN/m²

ed in cui l'estradosso è protetto dal fuoco (la carbonizzazione avviene solo sull'intradosso e sui lati), si ottengono risultati assai diversi con i tre diversi metodi:
· Metodo proposto dalla legge R = 60 minuti.
· UNI 9504 R = 30 minuti, non essendo previste classi intermedie fra 30 e 45.
· UNI ENV 1995-1-2 (metodo della sezione efficace) R = 60 minuti, non essendo previste classi intermedie fra 60 e 90.

Si può concludere che, allo stato attuale, in Italia non ci sono indicazioni chiare sul calcolo della resistenza la fuoco delle strutture di legno, poiché esaminando criticamente i vari metodi disponibili risulta evidente che:
· la legge fornisce indicazioni sommarie ed opinabili: velocità di carbonizzazione non dipendente dalle caratteristiche fisiche e dalla specie legnosa, resistenza a rottura del legno non dipendente dalla specie legnosa e dalla classe di qualità ed in ogni caso piuttosto elevata, combinazione di carico penalizzante, assenza di indicazioni relative ai giunti;
· anche la UNI 9504 fornisce indicazioni sommarie ed opinabili: velocità di carbonizzazione non dipendente dalle caratteristiche fisiche e dalla specie legnosa ma con la sola distinzione massiccio-lamellare, resistenza a rottura del legno piuttosto bassa, combinazione di carico penalizzante, assenza di indicazioni relative ai giunti; tale norma è generalmente accettata nelle pratiche di prevenzione incendi anche se non ha valore di legge;
· l'Eurocodice 5 (UNI ENV 1995-1-2) è il documento più completo ed affidabile, fornisce metodi di calcolo piuttosto laboriosi ma non ha valore di legge.

Dall'esame della normativa si evince infine che, per le nuove strutture, la possibilità di aumentare la resistenza al fuoco semplicemente aumentando la sezione o proteggendo l'elemento strutturale con legno o altri materiali consente di usare con fiducia il legno anche negli edifici soggetti a prevenzione incendi.



Figura 4 - Il magazzino frigorifero AIA a Verona. La necessità di ottenere grandi luci limitava la scelta all'acciaio o al legno lamellare. Il vantaggio economico nell'utilizzo del legno fu evidente confrontando i costi. Inoltre, era richiesta una resistenza al fuoco (R 30) che, anche se non elevata per una struttura in legno, avrebbe comportato il trattamento con vernice intumescente dell'acciaio (progetto CONTEC, Verona - strutture di legno Holzbau, Bressanone).

Maurizio Piazza
Marco Lauriola