Calcolo Della Resistenza Al Fuoco Delle Strutture

Calcola la resistenza al fuoco secondo le normative europee EN 1992-1-2 e EN 1993-1-2

Guida Completa al Calcolo della Resistenza al Fuoco delle Strutture

La resistenza al fuoco delle strutture è un aspetto fondamentale della sicurezza antincendio negli edifici. Questo parametro indica la capacità di un elemento costruttivo di mantenere la sua funzione portante (capacità portante R), di compartimentazione (tenuta E) e di isolamento termico (isolamento I) quando sottoposto all’azione del fuoco per un determinato periodo di tempo.

Normative di Riferimento

In Europa, le normative principali per il calcolo della resistenza al fuoco sono:

• EN 1991-1-2: Azioni sulle strutture – Azioni generali – Azioni in caso di incendio
• EN 1992-1-2: Progettazione delle strutture di calcestruzzo – Parte 1-2: Regole generali – Progettazione strutturale contro l’incendio
• EN 1993-1-2: Progettazione delle strutture di acciaio – Parte 1-2: Regole generali – Progettazione strutturale contro l’incendio
• EN 1994-1-2: Progettazione delle strutture composte acciaio-calcestruzzo – Parte 1-2: Regole generali – Progettazione strutturale contro l’incendio
• EN 1995-1-2: Progettazione delle strutture di legno – Parte 1-2: Regole generali – Progettazione strutturale contro l’incendio
• EN 1996-1-2: Progettazione delle strutture di muratura – Parte 1-2: Regole generali – Progettazione strutturale contro l’incendio

Metodologie di Calcolo

Esistono tre principali approcci per determinare la resistenza al fuoco:

1. Metodo tabellare: Utilizza tabelle predefinite basate su dimensioni standard e materiali
2. Metodo analitico: Calcoli semplificati basati su formule analitiche
3. Metodo avanzato: Modelli numerici complessi (FEM) che simulano il comportamento reale

Resistenza al Fuoco del Calcestruzzo

Il calcestruzzo ha una buona resistenza intrinseca al fuoco grazie alle sue proprietà:

• Bassa conduttività termica
• Alta capacità termica
• Assenza di emissioni tossiche durante l’incendio

La resistenza dipende da:

• Spessore dell’elemento
• Copriferro delle armature
• Tipo di aggregati (silicei o calcarei)
• Umidità del calcestruzzo

Resistenza al Fuoco dell’Acciaio

L’acciaio perde rapidamente resistenza alle alte temperature:

• A 550°C perde circa il 50% della resistenza
• A 700°C perde circa il 70% della resistenza

Soluzioni per migliorare la resistenza:

• Vernici intumescenti
• Rivestimenti in calcestruzzo o muratura
• Lastre di protezione
• Sezioni cave riempite di calcestruzzo

Fattori che Influenzano la Resistenza al Fuoco

Fattore	Influenza sul Calcestruzzo	Influenza sull’Acciaio	Influenza sul Legno
Spessore elemento	↑ Resistenza (maggiore inerzia termica)	↑ Resistenza (maggiore massa)	↑ Resistenza (maggiore sezione residua)
Carico applicato	↓ Resistenza (maggiori tensioni)	↓ Resistenza (maggiori tensioni)	↓ Resistenza (maggiori tensioni)
Umidità	↓ Resistenza (possibili esplosioni)	–	↑ Resistenza (ritarda carbonizzazione)
Protezione passiva	↑ Resistenza	↑↑ Resistenza (critico)	↑ Resistenza
Tipo di fuoco	Idrocarburi ↓ resistenza vs ISO	Idrocarburi ↓↓ resistenza vs ISO	Idrocarburi ↓ resistenza vs ISO

Confronti tra Materiali

Materiale	Resistenza intrinseca	Temperatura critica (°C)	Vantaggi	Svantaggi
Calcestruzzo armato	Alta	~500 (armature)	Buona resistenza termica Basso costo Durabilità	Rischio di esplosione per umidità Peso elevato
Acciaio	Bassa	~550	Alta resistenza meccanica Leggerezza Riciclabile	Perde resistenza rapidamente Costo protezioni
Legno	Media	~300 (carbonizzazione)	Comportamento prevedibile Leggerezza Sostenibilità	Combustibile Variabilità proprietà
Muratura	Alta	~800	Eccellente isolamento Resistenza meccanica a caldo	Fragilità Peso elevato

Progettazione Antincendio secondo il D.M. 3/8/2015

In Italia, il Decreto Ministeriale 3 agosto 2015 (cosiddetto “Codice di Prevenzione Incendi”) stabilisce i requisiti minimi di resistenza al fuoco per le costruzioni in base alla:

• Destinazione d’uso dell’edificio
• Altezza antincendio
• Superficie in pianta
• Numero di piani
• Carico d’incendio specifico

Le classi di resistenza al fuoco (espresse in minuti) sono:

• R/EI 15, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240

Metodi di Verifica

La verifica della resistenza al fuoco può essere effettuata attraverso:

1. Prove sperimentali: Test in forno secondo EN 1363-1
2. Calcoli:
   • Metodi tabellari (EN 1992-1-2, EN 1993-1-2, etc.)
   • Metodi analitici semplificati
   • Metodi avanzati (modelli FEM)
3. Valutazione ingegneristica: Approccio prestazionale basato su scenari di incendio reali

Esempio di Calcolo per Trave in Calcestruzzo

Per una trave in calcestruzzo armato con:

• Larghezza b = 300 mm
• Altezza h = 500 mm
• Copriferro = 30 mm
• 3 lati esposti
• Carico η = 0.6

Il calcolo secondo EN 1992-1-2 porta a:

1. Determinazione dello spessore efficace (a_z) = 35 mm
2. Calcolo della temperatura nelle armature (θ_s) ≈ 580°C
3. Determinazione del fattore di riduzione k_s(θ) ≈ 0.55
4. Verifica della capacità portante residua: M_fi,d ≥ M_Ed,fi

Protezioni Passive

Le protezioni passive sono fondamentali per migliorare la resistenza al fuoco, soprattutto per l’acciaio. I principali sistemi sono:

• Vernici intumescenti: Gonfiano a caldo creando uno strato isolante (spessore tipico 0.5-2 mm)
• Rivestimenti in calcestruzzo: Spessore minimo 20-40 mm
• Lastre:
  • Fibre minerali (densità 100-150 kg/m³)
  • Gesso (spessore 12.5-25 mm)
  • Vermiculite o perlite
• Materiali proiettati: Lana di roccia o fibra ceramica

Curve Tempo-Temperatura Standard

Le normative definiscono diverse curve tempo-temperatura per simulare diversi tipi di incendio:

• Curva ISO 834 (incendio celluloso standard):

  T = 20 + 345·log₁₀(8t + 1)

• Curva idrocarburi (incendio rapido ad alta temperatura):

  T = 20 + 1080·[1 – 0.325·e^-0.167t – 0.675·e^-2.5t]

• Curva fuoco esterno:

  T = 20 + 660·[1 – 0.68·e^-0.32t – 0.32·e^-3.8t]

Software per il Calcolo

Esistono numerosi software specializzati per il calcolo della resistenza al fuoco:

• SAFI (Structural Analysis for Fire Exposure)
• Vulcan (per strutture in acciaio e composte)
• OZone (per strutture in calcestruzzo)
• TASEF (Temperature Analysis of Structures Exposed to Fire)
• ANSYS e ABAQUS (modelli FEM avanzati)

Errori Comuni da Evitare

1. Sottostimare il carico d’incendio specifico
2. Non considerare l’effetto delle dilatazioni termiche
3. Trascurare la protezione delle connessioni strutturali
4. Utilizzare dati termici non rappresentativi
5. Non verificare la stabilità globale della struttura
6. Dimenticare la verifica della tenuta (E) e isolamento (I)

Risorse Utili

• Sito ufficiale degli Eurocodici – Testi completi delle normative europee
• NIST Fire Research – Ricerche avanzate sulla resistenza al fuoco (National Institute of Standards and Technology)
• BRE Fire – Building Research Establishment, studi e test sulla resistenza al fuoco

Conclusione

Il calcolo della resistenza al fuoco delle strutture è un processo complesso che richiede competenze multidisciplinari in ingegneria strutturale, scienza dei materiali e dinamica degli incendi. Un approccio corretto deve considerare:

• Le proprietà termiche e meccaniche dei materiali ad alta temperatura
• Le reali condizioni di carico durante l’incendio
• Gli effetti delle dilatazioni termiche
• Le interazioni tra gli elementi strutturali
• I requisiti normativi specifici per la destinazione d’uso

L’utilizzo di strumenti di calcolo avanzati, combinato con una solida conoscenza teorica, permette di ottimizzare le soluzioni progettuali garantendo al contempo i necessari livelli di sicurezza.