Calcolo Analitico Resistenza Al Fuoco Murature

Calcola la resistenza al fuoco delle murature secondo le normative vigenti (DM 16/02/2007 e UNI EN 1996-1-2)

Guida Completa al Calcolo Analitico della Resistenza al Fuoco delle Murature

Tutto ciò che devi sapere sulle normative, metodologie e best practice per garantire la sicurezza antincendio delle strutture in muratura

1. Introduzione alle Normative di Riferimento

Il calcolo analitico della resistenza al fuoco delle murature in Italia è regolamentato principalmente da:

• DM 16 febbraio 2007: “Classificazione di resistenza al fuoco di prodotti ed elementi costruttivi di opere da costruzione”
• UNI EN 1996-1-2: “Eurocodice 6 – Progettazione delle strutture di muratura – Parte 1-2: Regole generali – Progettazione strutturale contro l’incendio”
• UNI 9502: “Prova di resistenza al fuoco di elementi costruttivi portanti e/o di separazione”
• Circolare n. 617/2009: Istruzioni per l’applicazione delle “Nuove norme tecniche per le costruzioni” di cui al DM 14 gennaio 2008

Queste normative definiscono i requisiti minimi di resistenza al fuoco (espressi in minuti) che gli elementi costruttivi devono soddisfare in base alla:

• Classe d’uso dell’edificio (da I a V)
• Altezza antincendi
• Superficie in pianta
• Presenza di attività a rischio specifico

Classi di Resistenza al Fuoco (REI)

La classificazione REI indica:

• R: Resistenza meccanica (capacità portante)
• E: Ermeticità (tenuta ai fumi e alle fiamme)
• I: Isolamento termico

Esempio: REI 120 = 120 minuti di resistenza per tutti e tre i requisiti.

2. Metodologie di Calcolo Analitico

Esistono due approcci principali per determinare la resistenza al fuoco delle murature:

2.1 Metodo Tabellare (Semplicato)

Basato su valori predefiniti in funzione di:

• Spessore della muratura
• Tipo di laterizio
• Tipo di malta
• Eventuale presenza di intonaco

Spessore (mm)	Laterizio Pieno	Laterizio Forato	Laterizio Alveolato
120	REI 60	REI 30	REI 30
150	REI 90	REI 60	REI 45
200	REI 120	REI 90	REI 60
250	REI 180	REI 120	REI 90
300	REI 240	REI 180	REI 120

2.2 Metodo Analitico (Avanzato)

Basato su modelli matematici che considerano:

1. Propagazione del calore attraverso la sezione:
   • Conducibilità termica (λ) dei materiali
   • Calore specifico (c)
   • Densità (ρ)
2. Degradazione delle proprietà meccaniche con la temperatura:
   • Resistenza a compressione residua
   • Modulo elastico residuo
3. Curva temperatura-tempo (ISO 834 o altre curve nominali)
4. Condizioni di carico durante l’incendio

La norma UNI EN 1996-1-2 fornisce le seguenti relazioni semplificate per il calcolo:

Formule Chiave

Spessore efficace (d_eff):

d_eff = d_tot – 2 × (d_intonaco × k_intonaco)

dove k_intonaco = 0.8 per intonaci tradizionali, 0.6 per intonaci termici

Tempo di resistenza (t_fi):

Per murature portanti:

t_fi = [80 + 1.7 × (d_eff – 80)] × k₁ × k₂ × k₃

Per murature non portanti:

t_fi = [60 + 1.4 × (d_eff – 60)] × k₁ × k₂

dove:

• k₁ = coefficiente per tipo di laterizio (0.8-1.2)
• k₂ = coefficiente per tipo di malta (0.9-1.1)
• k₃ = coefficiente per condizioni di carico (0.7-1.0)

3. Fattori che Influenzano la Resistenza al Fuoco

3.1 Proprietà dei Materiali

Materiale	Conducibilità Termica (W/mK)	Calore Specifico (J/kgK)	Densità (kg/m³)	Resistenza a 20°C (N/mm²)	Resistenza a 600°C (N/mm²)
Laterizio pieno	0.70 – 1.20	840 – 1000	1600 – 2000	10 – 25	3 – 8
Laterizio forato	0.35 – 0.60	800 – 950	800 – 1400	5 – 15	1.5 – 5
Malta tradizionale	0.80 – 1.20	800 – 1000	1800 – 2000	2 – 10	0.5 – 2
Malta termica	0.20 – 0.40	800 – 900	600 – 1200	1 – 5	0.2 – 1
Intonaco gesso	0.30 – 0.50	840 – 1000	900 – 1300	1 – 3	0.1 – 0.5

3.2 Condizioni di Esposizione al Fuoco

La resistenza varia significativamente in base al tipo di esposizione:

• Esposizione unilaterale:
  • Temperatura massima sul lato non esposto: 140°C (criterio E) o 180°C (criterio I)
  • Gradiente termico meno severo
  • Resistenza generalmente maggiore del 20-30% rispetto all’esposizione bilaterale
• Esposizione bilaterale:
  • Temperatura uniforme su entrambi i lati
  • Degradazione più rapida delle proprietà meccaniche
  • Riduzione della resistenza del 30-50% rispetto all’esposizione unilaterale

3.3 Effetto degli Intonaci

Gli intonaci giocano un ruolo cruciale:

• Intonaci tradizionali (gesso/cemento):
  • Aumentano la resistenza del 10-20%
  • Proteggono la muratura dall’innesco precoce
  • Possono staccarsi a temperature > 500°C
• Intonaci termici:
  • Riduzione della conducibilità termica del 40-60%
  • Aumento della resistenza fino al 40%
  • Migliore aderenza alle alte temperature

4. Procedura di Calcolo Step-by-Step

Segui questi passaggi per eseguire un calcolo analitico completo:

1. Raccolta dei dati iniziali:
   • Geometria della muratura (spessore, altezza, lunghezza)
   • Caratteristiche dei materiali (laterizio, malta, intonaco)
   • Condizioni di carico (portante/non portante)
   • Tipo di esposizione al fuoco
2. Determinazione delle proprietà termiche:
   • Conducibilità termica equivalente (λ_eq)
   • Calore specifico equivalente (c_eq)
   • Densità equivalente (ρ_eq)
3. Calcolo della temperatura nella sezione:
   • Applicazione dell’equazione del calore monodimensionale:
   • ∂T/∂t = (λ/ρc) × (∂²T/∂x²)
   • Condizioni al contorno secondo la curva ISO 834:
   • T_gas(t) = 345 × log(8t + 1) + 20
4. Valutazione della resistenza meccanica residua:
   • Riduzione della resistenza a compressione (f_k,θ):
   • f_k,θ/f_k = 1.0 per θ ≤ 200°C
   • f_k,θ/f_k = 1.0 – (θ-200)/800 per 200°C < θ ≤ 1000°C
   • f_k,θ/f_k = 0.0 per θ > 1000°C
5. Verifica dei criteri REI:
   • Resistenza (R): σ_Ed,fi ≤ R_d,fi(t)
   • Ermeticità (E): T_{non esposto} ≤ 140°C + ΔT
   • Isolamento (I): T_media ≤ 140°C e T_max ≤ 180°C
6. Determinazione del tempo di resistenza:
   • Tempo in cui viene raggiunto il primo criterio di collasso
   • Arrotondamento al multiplo di 15 minuti inferiore

5. Errori Comuni e Best Practice

5.1 Errori da Evitare

• Sottostimare l’effetto delle giunzioni:
  • Le giunzioni orizzontali (lette di malta) sono punti deboli
  • La resistenza può ridursi del 20-30% se non correttamente considerate
• Ignorare l’umidità residua:
  • L’evaporazione dell’acqua riduce la temperatura ma può causare spalling
  • Murature con umidità > 3% possono avere resistenza ridotta del 15%
• Trascurare le tolleranze costruttive:
  • Lo spessore effettivo può essere inferiore del 5-10% a quello nominale
  • Usare sempre lo spessore minimo misurato in cantiere
• Applicare coefficienti errati:
  • I coefficienti k₁, k₂, k₃ devono essere presi dalle tabelle normative
  • Valori approssimati possono portare a sovra/sottostime del 30%

5.2 Best Practice

• Utilizzare software validati:
  • Programmi come TASEF o SAFIRE per analisi avanzate
  • Confrontare sempre i risultati con i valori tabellari
• Considerare scenari conservativi:
  • Usare la curva temperatura-tempo più severa
  • Assumere esposizione bilaterale se incerta
• Documentare tutte le ipotesi:
  • Specificare i valori di conducibilità termica utilizzati
  • Giustificare la scelta dei coefficienti correttivi
• Validare con prove sperimentali:
  • Per murature innovative o condizioni particolari
  • Confrontare i risultati analitici con test in forno

6. Casi Studio e Applicazioni Pratiche

6.1 Edificio Residenziale in Muratura Portante

Dati:

• Muratura in laterizio forato, spessore 300 mm
• Malta cementizia, spessore giunti 10 mm
• Intonaco termico 20 mm su entrambi i lati
• Carico permanente: 3.5 kN/m²
• Esposizione al fuoco: unilaterale

Calcolo:

1. Spessore efficace: 300 – 2×(20×0.6) = 288 mm
2. Coefficienti: k₁=0.9 (forato), k₂=1.0 (cementizia), k₃=0.85 (carico medio)
3. Tempo di resistenza: [80 + 1.7×(288-80)] × 0.9 × 1.0 × 0.85 ≈ 210 minuti
4. Classe di resistenza: REI 180 (arrotondamento conservativo)

6.2 Muratura di Compartimentazione in Ospedale

Dati:

• Muratura in laterizio pieno, spessore 200 mm
• Malta tradizionale, spessore giunti 12 mm
• Intonaco in gesso 15 mm su un lato
• Muratura non portante
• Esposizione al fuoco: bilaterale

Calcolo:

1. Spessore efficace: 200 – (15×0.8) = 188 mm (solo lato intonacato)
2. Coefficienti: k₁=1.0 (pieno), k₂=0.95 (tradizionale)
3. Tempo di resistenza: [60 + 1.4×(188-60)] × 1.0 × 0.95 × 0.7 ≈ 110 minuti
4. Classe di resistenza: REI 90 (arrotondamento e esposizione bilaterale)

7. Normative Internazionali a Confronto

Paese/Normativa	Metodo di Calcolo	Curva Temperatura-Tempo	Coefficienti Materiali	Validazione Sperimentale
Italia (DM 2007 + UNI EN 1996-1-2)	Analitico e tabellare	ISO 834 (standard)	Valori tabellati con fattori correttivi	Richiesta per soluzioni non standard
Regno Unito (BS EN 1996-1-2)	Analitico avanzato	ISO 834 o BS 476	Proprietà termiche dettagliate	Obbligatoria per REI > 120
Germania (DIN EN 1996-1-2)	Analitico con software certificati	ISO 834 o ETK	Database materiali nazionali	Richiesta per tutti i progetti pubblici
Francia (DTU 20.1)	Tabellare con limiti stringenti	ISO 834 o curva francese	Valori conservativi	Sempre richiesta per REI > 60
USA (ACI 216.1)	Empirico e analitico	ASTM E119	Proprietà specifiche per muratura	Obbligatoria per tutte le soluzioni

8. Strumenti e Risorse Utili

Per approfondire e eseguire calcoli avanzati:

• Software:
  • TASEF (SP Fire Technology, Svezia)
  • Oasys SAFIRE (Arup)
  • FDS (Fire Dynamics Simulator, NIST)
• Database Materiali:
  • NIST Material Properties Database
  • EOTA Technical Reports
• Normative:
  • Regolamento UE 305/2011 (CPR)
  • UNI EN 13501-2: Classificazione al fuoco
• Risorse Accademiche:
  • NIST Fire Research (USA)
  • BRE Fire Safety (UK)
  • Politecnico di Milano – Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale

9. Domande Frequenti

9.1 Qual è la differenza tra resistenza al fuoco e reazione al fuoco?

Resistenza al fuoco (REI): capacità di un elemento costruttivo di mantenere le sue funzioni durante un incendio (portanza, tenuta, isolamento).

Reazione al fuoco (classe A1-F): contributo di un materiale alla propagazione dell’incendio (infiammabilità, sviluppo di fumi, gocciolamento).

9.2 Come si determina la classe d’uso di un edificio?

Secondo il DM 16/02/2007, le classi d’uso sono:

• Classe I: Edifici con affollamento ≤ 100 persone e altezza ≤ 12 m
• Classe II: Edifici con affollamento ≤ 300 persone e altezza ≤ 24 m
• Classe III: Edifici con affollamento ≤ 500 persone e altezza ≤ 32 m
• Classe IV: Edifici con affollamento > 500 persone o altezza > 32 m
• Classe V: Edifici con attività a rischio specifico (ospedali, scuole, etc.)

9.3 È possibile migliorare la resistenza al fuoco di una muratura esistente?

Sì, attraverso:

• Aggiunta di intonaci protettivi (termici o fibrorinforzati)
• Rivestimenti con pannelli resistenti al fuoco (lana di roccia, vermiculite)
• Iniezione di malte termoisolanti nei giunti
• Aumento dello spessore con aggiunta di strati di muratura

Ogni intervento deve essere validato con calcoli aggiornati o prove sperimentali.

9.4 Qual è l’effetto delle aperture (porte, finestre) sulla resistenza al fuoco?

Le aperture riducono la resistenza complessiva:

• Devono essere protette con elementi di chiusura resistenti al fuoco (porte REI, vetri resistenti)
• La classe dell’elemento di chiusura deve essere almeno pari a quella della muratura
• La percentuale di aperture non deve superare il 50% della superficie per murature REI 120+

9.5 Come si considera l’effetto degli impianti (elettrici, idraulici) che attraversano la muratura?

Gli attraversamenti devono essere:

• Sigillati con materiali intumescenti o malte resistenti al fuoco
• Protetti con manicotti o scatole tagliafuoco
• Verificati secondo la UNI EN 1366-3 (sigillature) e UNI EN 1366-4 (servizi)

La resistenza della muratura si considera ridotta del 10-20% in presenza di attraversamenti non protetti.