Qual è il metodo di verifica più corretto a carico di incendio di un solaio misto legno-cls.

15.05.2008 | Nr.: 749

Risposta

Come già sottolineato in altre risposte, nell'allegato C del Decreto del Ministro dell'Interno 16/2/2007 si elencano in modo puntuale le norme a cui fare riferimento per il calcolo delle strutture soggette all'azione d'incendio, tra cui vi sono ovviamente gli eurocodici strutturali. Tuttavia, in mancanza di appendici nazionali degli eurocodici, è possibile limitare l’impiego dei metodi di calcolo alla sola verifica della resistenza al fuoco degli elementi costruttivi portanti, con riferimento alle norme UNI 9502 (c.a. e c.a.p), UNI 9503 (acciaio). Purtroppo, la norma UNI 9504 (legno) è ancora in versione non aggiornata (1989), quindi riguarda solo la verifica di “semplici” elementi costruttivi di legno.

Per la parte di calcolo delle strutture di legno per carichi di incendio la norma di riferimento è quindi l’Eurocodice 5 parte 1-2 (EN 1995-1-2). Nell'Ec5 vengono descritti nel dettaglio il metodo della sezione efficace ed il metodo delle proprietà meccaniche ridotte. Il primo metodo citato prevede la determinazione di una sezione efficace ottenuta riducendo la sezione iniziale di una profondità di carbonizzazione in funzione del tempo di esposizione all'incendio, mentre le proprietà di resistenza e di rigidezza non vengono ridotte (anzi, come da Lei osservato, si utilizzano i valori al 20% percentile).

Nel caso del cemento armato nella determinazione della resistenza di calcolo si deve tenere conto dell'evoluzione delle caratteristiche di resistenza e di rigidezza dei materiali in funzione della temperatura, in accordo con i metodi illustrati nell’Eurocodice 2 parte 1-2 (EN 1992-1-2), o in alternativa nella UNI 9502. La resistenza caratteristica a compressione del calcestruzzo viene ridotta in relazione alla temperatura raggiunta puntualmente (tabella 3.1 EC2 e par9.1 UNI 9502), la resistenza caratteristica a trazione dell'acciaio viene ridotta in funzione della temperatura in accordo con le normative citate (tabella 3.2 Ec2, oppure par. 9.2 UNI 9502).

Nella verifica di resistenza deve essere assegnata la mappatura della temperatura all'interno della sezione, che può essere determinata o attraverso un'analisi termica in funzione delle proprietà termo-fisiche dei materiali (in questo caso si trascura solitamente il contributo dell'acciaio da armatura sulla distribuzione interna delle temperature), oppure dai profili di temperatura forniti dalla normativa. Nel caso di soletta piana si riportano in normativa i profili per solette di spessore 20 cm (figura A.2 Ec2) e spessore 30 cm (prospetto 1 UNI 9502). Per spessori più ridotti delle solette in calcestruzzo si può fare riferimento alle mappature termiche riportate nella presente memoria:

“Piazza M., Turrini G., 1991. “Strutture in conglomerato cementizio armato ed incendio: verifiche di resistenza per sezioni in stato di sollecitazione normale”, L’Industria Italiana del Cemento, n. 660”

Da tali tabelle, nel caso di una soletta pari a 5 cm di spessore, si può ipotizzare, con un criterio semplificato, che, almeno nei primi 60 minuti primi di esposizione al fuoco, la zona di conglomerato impegnato nella parte compressa rimanga con temperature inferiori a 500 °C, tali quindi da non influenzare la rottura: si osservi, comunque, che per il conglomerato si dovrebbero calcolare puntualmente i nuovi valori di fc,d. La stima del momento resistente al fuoco può essere perciò effettuata “lato acciaio”. Ipotizzando quindi una armatura posta a circa 2 cm dal lato esposto (temperatura di circa 535°C), il corrispondente coefficiente di riduzione di resistenza per la medesima armatura metallica è pari a circa 0,5.

Esistono altresì metodi di calcolo semplificati che prevedono ad esempio la determinazione di un copriferro minimo degli elementi (da prospetto A.1 UNI 9502 nel caso di R60 minimo 2 cm per acciaio ordinario, 2,73 per barre acciaio tipo 2), oppure attraverso la determinazione di una sezione ridotta.

Nel caso di strutture mista legno calcestruzzo, non potendosi applicare le disposizioni della EN 1994 (valide solamente per le strutture miste acciaio-cls.), non esistono specifiche indicazioni normative per questa tipologia strutturale. In generale però, sulla base di quanto riportato sopra, si possono fare le seguenti considerazioni:

- in generale la soletta di calcestruzzo può essere protetta per un tempo limitato dal semplice tavolato ligneo (spessore 20 mm circa), per un tempo non superiore a 20’ – 25’ (fatto evidenziato anche dalle prove sperimentali). Dopo tale tempo occorre tenere presente che la soletta viene esposta al lembo intradossale e quindi occorre considerare l'evoluzione delle caratteristiche meccaniche nella medesima soletta con i metodi di normativa; la soletta non sarà quindi più caratterizzabile con un unico valore di modulo elastico nè con un unico valore di resistenza. Si tenga presente quanto detto sopra per determinare, con metodi tabellari, la resistenza al fuoco residua (a partire dal momento in cui la soletta viene esposta all’azione dell’incendio) tramite adozione di un valore minimo di copriferro;

- il procedimento di verifica “a freddo” non può essere direttamente mutuato nel caso di incendio. Infatti nella verifica “freddo” si fa solitamente un controllo di tipo tensionale sui lembi tesi e compressi dell'elemento in calcestruzzo e dell'elemento ligneo. Nel caso della verifica al fuoco occorre determinare invece la coppia di sollecitazioni momento flettente – sforzo normale agenti sull'elemento soletta in C.A., ed effettuare il confronto con diagrammi di interazione “a caldo” (si veda il medesimo riferimento citato sopra);

- considerando un approccio semplificato al problema, e tenendo in conto che si utilizza una combinazione di carico eccezionale e che non si devono valutare le deformazioni flessionali del solaio, è anche possibile, in prima battuta, considerare non più collaborante la soletta di calcestruzzo e pensare tutto il carico agente sulla sezione residua delle travi.

- se con tale metodo la verifica non viene soddisfatta si deve effettuare una verifica completa anche della parte di calcestruzzo, in accordo con i modelli di decadimento della resistenza previsti dalla normativa;

- è bene considerare anche la tipologia di connessione adottata che, se non sufficientemente protetta, può presentare significative diminuzioni dei valori di rigidezza e di resistenza. A tale riguardo sono importanti le certificazioni e le analisi sperimentali che può fornire il produttore riguardo ai sistemi misti legno-calcestruzzo;

- nei metodi di verifica di resistenza del conglomerato cementizio al fuoco si considera sempre la condizione a tempo 0, ovvero non si tengono in considerazione eventuali effetti di fluage del materiale;

- nei metodi di verifica di resistenza del legno al fuoco si considera sempre la condizione a tempo 0, ovvero non si tengono in considerazione eventuali effetti di fluage del materiale.