Il legno è un materiale di origine vegetale dotato di specifiche caratteristiche che da sempre ne consentono un largo utilizzo. Viene impiegato molto nel mondo delle costruzioni in quanto è facilmente lavorabile ed ha una elevata resistenza meccanica, oltre ad essere esteticamente bello da vedere. D’altra parte, però, è un materiale estremamente combustibile e per questo potenzialmente pericoloso in ambito edilizio, soprattutto quando viene impiegato in opere pubbliche. Negli ultimi anni, l’uso del legno nelle costruzioni è cresciuto significativamente, spingendo molte persone a dubitare della sicurezza di queste strutture in caso di incendio. Tuttavia, è fondamentale sfatare il mito che il legno sia un materiale pericoloso in termini di resistenza al fuoco.
Il comportamento del legno in caso di incendio
Va sottolineato che non è propriamente il legno a bruciare, ma i vapori del legno nella giusta concentrazione con l’ossigeno nell’aria. Prima di bruciare il legno deve eliminare inizialmente tutta l’acqua in esso contenuta, sotto forma di umidità. Una volta che la superficie inizia la combustione genera una carbonizzazione del primo strato che ha due effetti anti-incendio: evita l’uscita dei gas ed impedisce la penetrazione del calore. Nel legno si possono vedere 3 strati:
- la zona carbonizzata è quella più esterna che viene perciò investita prima e maggiormente dalle fiamme e quindi dal calore ed è lo strato più interessato al processo di combustione;
- la zona alterata è lo strato centrale e rappresenta il fronte di avanzamento del processo di combustione e da un progressivo aumento della temperatura che può superare anche i 300 gradi;
- la zona inalterata è lo strato più interno che non viene toccato subito dalle fiamme, ma comunque soggetto ad un aumento di temperatura fino a 100 gradi.
Tenendo in considerazione le classi di reazione al fuoco italiane, il legno (massiccio o quello costituito da particelle e pannelli di fibre) si colloca tra la 3 e la 5. Il legno massiccio e i pannelli a base di legno (come definiti dalla Norma UNI EN 13986) sono inclusi D.M. 10 marzo 2005 fra i materiali da costruzione ai quali è attribuita senza dovere essere sottoposti a prove la classe di reazione al fuoco in relazione alle caratteristiche tecniche specificate.
Reazione al fuoco e resistenza al fuoco (REI)
Per prevenire un incendio bisogna tener in considerazione 2 aspetti:
- la reazione al fuoco che esprime la partecipazione del materiale all’incendio;
- la resistenza al fuoco ossia l’attitudine di un elemento a conservare la resistenza meccanica (R), la tenuta (E) e l’isolamento termico (I).
La reazione al fuoco è il grado di partecipazione di un materiale combustibile al fuoco al quale è sottoposto. In relazione a ciò i materiali sono assegnati alle classi 0, 1, 2, 3, 4 e 5 con l’aumentare della loro partecipazione alla combustione; quelli di classe 0 sono non combustibili, come l’acciaio ed il calcestruzzo.
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Ricordiamo brevemente che la resistenza al fuoco di un elemento o di una struttura è la capacità dello stesso di conservare stabilità (R), tenuta (E), isolamento termico (I) per un determinato periodo di tempo. Questa verifica viene fatta attraverso una prova di resistenza al fuoco: sottoporre il prodotto ad un processo di riscaldamento che segue la curva standard temperatura-tempo. Con il simbolo REI viene identificato un elemento costruttivo che deve garantire tutti i requisiti della resistenza al fuoco. Per determinare, conseguentemente, il requisito della resistenza al fuoco si possono seguire fondamentalmente due tipi di approcci, uno prescrittivo basato sulle normative antincendio studiate in relazione alle differenti possibili utilizzazioni, ed uno prestazionale basato sull’applicazione di modelli di calcolo decisamente complessi. Chiariti questi aspetti legislativi, il passaggio dall’aspetto normativo a quello applicativo è immediato.
Calcolo del carico di incendio specifico di progetto e resistenza al fuoco
Prima di utilizzare il legno nelle varie costruzioni bisogna fare una serie di valutazioni circa: il comportamento del materiale nelle varie fasi dell’incendio; la resistenza all’azione delle fiamme; i mezzi per migliorare le prestazioni in caso di incendio.
Per capire come si calcola il carico di progetto dobbiamo far riferimento al codice di prevenzione incendi (D.M. 3 agosto 2015). Nel capitolo S.2.9 viene illustrata la procedura per il calcolo del carico di incendio specifico di progetto. Il valore del carico d’incendio specifico di progetto (qf,d) è determinato secondo la seguente relazione:
qf,d = δq1 · δq2 · δn · qf
dove:
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- qf,d è il carico d’incendio specifico di progetto [MJ/m2];
- δq1 è il fattore che tiene conto del rischio di incendio in relazione alla dimensione del compartimento;
- δq2 è il fattore che tiene conto del rischio di incendio in relazione al tipo di attività svolta nel compartimento;
- δn=∏i δn i è il fattore che tiene conto delle differenti misure antincendio del compartimento;
- qf è il valore nominale del carico d’incendio specifico da determinarsi secondo la formula:
qf = (∑ gi · Hi · mi · Ψi) / A
dove:
- gi è la massa dell’i-esimo materiale combustibile [kg];
- Hi è il potere calorifico inferiore dell’i-esimo materiale combustibile;
- mi fattore di partecipazione alla combustione dell’i-esimo materiale combustibile, pari a 0,80 per il legno e altri materiali di natura cellulosica e 1,00 per tutti gli altri materiali combustibili;
- A è la superficie lorda del piano del compartimento [m2];
- Ψi è il fattore di limitazione della partecipazione alla combustione dell’i-esimo materiale combustibile pari a:
- 0 per i materiali contenuti in contenitori appositamente progettati per resistere al fuoco per un tempo congruente con la classe di resistenza al fuoco e comunque classe minima almeno EI 15;
- 0,85 per i materiali contenuti in contenitori non combustibili, che conservano la loro integrità durante l’esposizione all’incendio e non appositamente progettati per resistere al fuoco;
- 1 in tutti gli altri casi.
Calcolo resistenza al fuoco delle strutture in legno
Da un lato gli elementi strutturali di legno possono partecipare alla composizione del carico di incendio, d’altra parte lo scopo del calcolo del carico di incendio è determinare la classe di compartimento in base alla quale si verifica successivamente la resistenza al fuoco degli elementi strutturali lignei. Il contributo degli elementi strutturali di legno si determina con il seguente procedimento:
- si individua la classe del compartimento al netto della presenza degli elementi strutturali lignei; tale classe non è inferiore a 15 minuti;
- si passa al calcolo dello spessore di carbonizzazione degli elementi strutturali di legno in relazione alla classe precedentemente individuata, adottando come valori di riferimento della velocità di carbonizzazione quelli contenuti nella norma UNI EN 1995-1-2;
- si può determinare la classe del compartimento, tenendo anche conto del carico di incendio specifico relativo alle parti di elementi strutturali di legno corrispondenti allo spessore precedentemente calcolato che hanno partecipato alla combustione.
La velocità di carbonizzazione è un fattore cruciale per la resistenza al fuoco. Di seguito, un esempio per l'abete:
| Tipologia di Legno | Velocità di Penetrazione della Carbonizzazione |
|---|---|
| Legno lamellare (abete) | 0,7 mm/min |
| Legno massello (abete) | 0,9 mm/min |
Grazie al software calcolo resistenza al fuoco delle strutture è possibile eseguire facilmente il calcolo in riferimento alle strutture in legno e legno lamellare.
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Prova antisismica e resistenza al fuoco delle case in legno
Il legno lamellare e la sua resistenza al fuoco
Il legno lamellare è un materiale composito, costituito essenzialmente da legno naturale, che attraverso un procedimento tecnologico di giunzione e incollaggio a pressione riduce i difetti propri del legno massiccio, garantendo una buona capacità resistente, leggerezza e ottime prestazioni termo-acustiche. Nel legno lamellare le proprietà precedentemente descritte, sono ulteriormente enfatizzate in quanto presentando sezioni trasversali di non ridotte dimensioni, fornisce elevate garanzie in caso di incendio, ma anche in caso di sisma.
Gli elementi di legno lamellare incollato devono essere conformi alla EN 14080. Per il legno lamellare incollato con sezione rettangolare, l’altezza di riferimento negli elementi inflessi o la larghezza di riferimento negli elementi tesi è 600 mm. Per altezze a flessione o larghezze a trazione nel legno lamellare incollato minori di 600 mm i valori caratteristici per fm,k e ft,0,k possono essere aumentati tramite il coefficiente kh.
Il legno lamellare, già impiegato per serramenti e porte-finestre, oggi è impiegato anche nella realizzazione di grandi strutture come auditorium o piscine proprio per i benefici assicurati dalle sue caratteristiche che lo rendono materiale altamente performante e decisamente duttile. Oltre che eco-compatibile e riciclabile, a differenza del calcestruzzo armato e dell’acciaio.
Sfatare i miti: perché il legno è resistente al fuoco
È convinzione diffusa, ma priva di fondamento, credere che una struttura in legno sia oggetto di una combustione più rapida rispetto a un edificio costruito con materiali utilizzati nell’edilizia tradizionale come il cemento armato e/o i laterizi, in realtà questo pregiudizio non solo è falso, ma è addirittura vero il contrario: edifici realizzati interamente in legno, tanto in lamellare quanto in massello, garantiscono REI (classe di resistenza meccanica al fuoco espressa in minuti) pari o addirittura superiori alle strutture in muratura o peggio in calcestruzzo armato.
Partiamo anzitutto da un presupposto: gli incendi in un edificio nascono nella maggior parte dei casi dagli oggetti in esso contenuti come mobili, suppellettili, tappezzeria. Ovvio che un incendio ben avviato trovi nel legno un buon supporto per continuare ad ardere. Avete però mai provato ad accendere il fuoco utilizzando semplicemente un fiammifero, o un accendino, e un pezzo di legno di buona dimensione? Impossibile! Pensate soltanto che senza la presenza di una fiamma, la temperatura di combustione del legno è di circa 400°C mentre in presenza di fiamma occorrono circa 300°C, con discreta continuità prima che si possa avere l’accensione.
Il legno (sia massello che lamellare) richiede in realtà un tempo molto lungo per bruciare in modo significativo oltre la superficie e ciò si deve al fenomeno della carbonatazione del legno: sottoposto a fiamma diretta il legno inizia a bruciare, ma raggiunti i 240°C ha inizio un processo di carbonizzazione dello strato più esterno che protegge come uno guscio la parte più interna, impedendo quindi alla sezione resistente di ridursi se non in tempi molto lunghi. Questo comportamento deriva dalle caratteristiche fisiche-meccaniche del materiale: in particolare, la ridotta dilatazione termica, per cui gli elementi strutturali lignei si deformano molto poco; e la bassa conducibilità termica, per cui il legno protegge i connettori metallici e gli impianti inseriti nelle murature lignee.
Il legno ha anche una modesta dilatazione termica, il che significa che si deforma molto poco quando esposto al calore: questo aiuta a mantenere la stabilità strutturale della casa e quella tra i diversi elementi, riducendo il rischio di collasso improvviso durante un incendio. Per la sua bassa conducibilità termica, questo materiale funge anche da protezione ai connettori metallici e agli impianti inseriti nella struttura. Un ulteriore plus sta nel fatto che il legno non trattato con impregnanti chimici non sviluppa esalazioni tossiche durante la combustione, rendendo l’ambiente più sicuro per gli occupanti.
Tale esempio, dunque, contribuisce a fotografare nitidamente la realtà: il collasso delle strutture in legno per incendi è una probabilità remota, potendo avvenire solo per la progressiva riduzione della sezione, dall’esterno verso l’interno e in tempi decisamente lunghi, e non per il decadimento delle caratteristiche meccaniche o per i cedimenti vincolari dovuti alla deformazione delle strutture come avviene per l’acciaio e il calcestruzzo. Il legno si sta dimostrando sempre di più un ottimo materiale da costruzione tanto che negli ultimi anni il suo utilizzo si è ampiamente diffuso. Bisogna quindi sfatare la credenza che un edificio in legno sia il più pericoloso in caso di incendio. Proprio grazie al fatto di essere un pessimo conduttore di calore, il legno risulta inoltre un eccellente isolante naturale e fornisce condizioni di microclima ambientale regolari e stabili.
Normative e test di sicurezza
Le case in legno, in ogni caso, devono rispettare rigorose normative antincendio e spesso sono sottoposte a test di resistenza al fuoco. Negli ultimi anni, l’uso del legno nelle costruzioni è cresciuto significativamente, spingendo molte persone a dubitare della sicurezza di queste strutture in caso di incendio. Questa prevedibilità consente agli ingegneri di progettare strutture con misure di sicurezza specifiche per resistere agli incendi. L’uso di pannelli di legno lamellare incollato e di legno lamellare incrociato, unitamente a sistemi di protezione passiva come sprinkler e materiali ignifughi, ha notevolmente migliorato la capacità delle costruzioni in legno di resistere agli incendi.
A riprova della resistenza al fuoco delle costruzioni in legno, un test realizzato in Giappone presso il Building Research Institute di Tsukuba ha dimostrato che un edificio con una struttura portante realizzata con questo materiale può schermarsi senza particolari problemi da un forte incendio (per un’ora è stato creato un carico di incendio doppio rispetto a quello previsto per la sua destinazione d’uso) garantendo per tutto il tempo gli standard di sicurezza degli occupanti e delle squadre di soccorso.
Va anche sottolineato che le normative antisismiche e antincendio sono diventate sempre più rigorose nel corso degli anni, garantendo che le nuove costruzioni, comprese quelle in legno, rispettino standard elevati di sicurezza. I progettisti e gli ingegneri sono ora tenuti a seguire rigorose linee guida e a utilizzare materiali che soddisfino gli standard di sicurezza più recenti. Sulla base del Decreto del Ministero dell’Interno del 9/3/2007, nel quale vengono definite sia la resistenza sia la reazione al fuoco, possiamo asserire che edifici realizzati sia in legno massello sia in legno lamellare garantiscono un R.E.I. Con il regolamento delegato (UE) 2016/364 della Commissione è stato adottato un sistema di classificazione della prestazione dei prodotti da costruzione in relazione alla reazione al fuoco. Nell’allegato, tabella 2, della decisione 2006/213/CE della Commissione sono stabilite le classi di prestazione in relazione alla reazione al fuoco per pannelli e rivestimenti in legno massiccio. La classificazione dei rivestimenti e dei pannelli di legno massiccio è l'oggetto del regolamento delegato (Ue) della Commissione 10 novembre 2023, n. 2024/1399, pubblicato sulla G.U.U.E.