Strutture in legno: come si comportano le connessioni in caso di incendio? | Ingegneri.info

Strutture in legno: come si comportano le connessioni in caso di incendio?

Qual è il funzionamento delle connessioni in una struttura di elementi lignei in caso di incendio? Il focus

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In una struttura di legno esposta al fuoco un ruolo molto importante è giocato dalle connessioni tra gli elementi. Vediamo qual è il funzionamento delle connessioni in caso di incendio.
Le connessioni tra gli elementi di legno di una struttura sono zone particolari e possono rappresentare un punto di vulnerabilità in caso di incendio. Determinare la resistenza al fuoco di tali collegamenti è generalmente molto meno agevole rispetto alla determinazione della resistenza degli elementi stessi. Questa difficoltà di calcolo è stata in parte superata nell’Eurocodice EN 1995-1-2 dove viene adottato un metodo prescrittivo, attraverso l’illustrazione di particolari costruttivi da assumere obbligatoriamente.
Consideriamo nello specifico ciò che accade con connettori metallici e con degli adesivi.

Connettori metallici
Nel caso in cui in una struttura lignea le connessioni siano realizzate tramite connettori metallici, dobbiamo considerare il comportamento del metallo.
Il comportamento dei connettori metallici dipende dalla temperatura raggiunta dal metallo, sia per la diminuzione della resistenza dell’acciaio, che per la riduzione della resistenza anche del legno a contatto con il connettore metallico. Infatti, poiché la conducibilità dell’acciaio è estremamente più elevata di quella del legno, l’elemento di connessione in metallo porta il calore all’interno della sezione carbonizzando il materiale nelle immediate vicinanze. L’Eurocodice EN 1995-1-2 prevede di aumentare la velocità di carbonizzazione del legno a contatto con il connettore del 50%.

Si consideri che maggiore è il rapporto tra la superficie riscaldata e il volume del connettore e maggiore sarà la velocità di riscaldamento e quindi più breve il tempo di collasso. In particolare, i connettori metallici (perni e chiodi) che prevedono delle piastre saldate alle loro estremità, in luogo di dadi filettati, risultano particolarmente vulnerabili, in quanto la piastra esposta ha un rapporto superficie/volume particolarmente svantaggioso rispetto ai dadi. La piastra perviene al collasso in media dopo 20 minuti di esposizione all’incendio descritto dalla curva nominale standard.
Si può ottenere un discreto miglioramento approfondendo la piastra di collegamento all’interno della sezione di legno. Questa soluzione è generalmente ottenuta con le viti che, una volta adeguatamente penetrate nel legno, mostrano un generale migliore comportamento alle alte temperature.

La soluzione spesso utilizzata per garantire un’adeguata resistenza al fuoco dei connettori è l’adozione di un rivestimento protettivo per la testa del connettore. Tra i rivestimenti protettivi quello più frequentemente utilizzato, per ragioni estetiche e di priorità, è proprio il legno, ma si ricorre spesso con buoni risultati anche a rivestimenti di lastre di cartongesso o calciosilicato. Al contrario, l’adozione di pitture intumescenti come rivestimento delle piastre produce solo un modesto aumento delle prestazioni, se ne sconsiglia perciò l’adozione.

L’Eurocodice EN 1995-1-2, come detto, non fornisce un metodo di calcolo ma piuttosto un approccio tipicamente prescrittivo. In linea di principio assume che un connettore con la testa esposta (piastra o dado che sia) priva di rivestimento protettivo possa garantire unicamente una resistenza al fuoco di 15 minuti, nel rispetto di definite dimensioni del connettore e della porzione di sezione di legno attraversata dal connettore. La resistenza può arrivare a un massimo di 30 minuti, se il connettore è adeguatamente distanziato dalle superfici esposte al fuoco di uno spessore di legno funzione della velocità di carbonizzazione della specie di legno in esame aumentata del 50%, per tenere conto della nociva presenza del metallo a contatto.

Una volta protetto, il connettore garantisce la resistenza al fuoco richiesta. Lo spessore afi del protettivo (nel caso sia legno) si determina con una semplice espressione:

afi = ßn ∙ (tr – 15)

dove ßn è la velocità di carbonizzazione del legno senza incrementi; tr è la resistenza al fuoco richiesta per la connessione.
Analoghe espressioni sono disponibili nell’Eurocodice per altri tipi di rivestimento.

Connessioni tramite adesivi
Molti elementi strutturali di legno sono connessi tramite adesivi. Quando esposti al fuoco, i collanti per elementi strutturali di legno mostrano un comportamento simile a quello del legno stesso, purché siano del tipo termoindurente come la resorcina o la melamina, molto spesso utilizzate per il legno lamellare. Altri adesivi come gli elastomerici e gli epossidici sono particolarmente sensibili alle alte temperature e non devono essere utilizzati in condizioni di incendio.

Leggi anche: Le strutture in legno e la loro resistenza al fuoco

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