14 Le strutture d'acciaio temono gli incendi e la loro protezione contro il fuoco è molto costosa
MITO:
Le strutture di acciaio temono gli incendi e la loro protezione contro il fuoco è molto costosa.
REALTA':
I processi conoscitivi del comportamento al fuoco delle strutture metalliche e della loro progettazione ed i tipi attuali di protezione forniscono una gamma di efficaci ed economiche soluzioni.
L'acciaio è un materiale incombustibile, che tuttavia per effetto di un forte riscaldamento tende a perdere le proprie caratteristiche metallurgiche e prestazioni. Intorno a 550° C le proprietà meccaniche si riducono al 60% circa di quelle a temperatura ambiente. La temperatura limite riferita ad un singolo elemento strutturale, dipende tuttavia dall'andamento della temperatura e dal carico, potendo così arrivare a 700_750° C.
Recenti analisi del comportamento al fuoco di edifici a seguito di incendi avvenuti negli ultimi anni o simulazioni condotte su edifici esistenti o su strutture di prova allestite nel nuovo British Steel's Swinden Technology Centre a Cardington (Gran Bretagna), che è in grado di provare edifici in scala reale fino ad otto piani, concordano nel dimostrare che il comportamento al fuoco delle strutture complete differisce moltissimo da quello dei singoli elementi strutturali di dimensioni contenute che solitamente sono sottoposti alle prove di comportamento ad elevate temperature eseguite nei forni di prova.
Infatti le analisi degli incendi effettivamente accaduti e le prove condotte con temperature fino a 1100°C su edifici in grandezza naturale privi di protezione contro il fuoco hanno dimostrato che le interazioni tra i vari elementi che costituiscono la struttura e la loro collaborazione nella ridistribuzione dei carichi realizzano una resistenza molto più alta rispetto a quella misurabile sui singoli elementi sottoposti a prova in forno.
Le moderne strutture in acciaio con solai compositi sono molto resistenti al fuoco: certe membrature possono deformarsi anche notevolmente, ma nelle prove effettuate non sono mai giunte al collasso.
Le colonne sono punti più critici rispetto alle travi ed è su di esse che va concentrata la protezione antincendio.
L'acciaio presenta il vantaggio che i cedimenti di una struttura indebolita dal calore non sono improvvisi, ma si preannunciano con una progressiva deformazione, che permette agli occupanti di un edificio di porsi in salvo ed agli operatori del servizio di estinzione incendi di agire in condizioni di relativa sicurezza.
Le strutture di acciaio recuperano quasi sempre le caratteristiche originali dopo l'incendio, se il riscaldamento si è mantenuto entro certi limiti di durata, di temperatura e di estensione, come quasi sempre avviene negli incendi dei moderni edifici.
L'acciaio tipo S 275 UNI EN 10025 (conosciuto anche come Fe 430), dopo il raffreddamento, riprende il 90% circa delle proprietà (carico unitario di snervamento a trazione). Analogo recupero avviene per il bulloni classe 4.6. L'acciaio tipo S355 (già Fe 510), maggiormente legato, subisce un minor recupero.
Le condizioni di una struttura d'acciaio in vista del reimpiego dopo un incendio possono essere agevolmente indagate mediante prove di durezza eseguibili in loco con strumento portatile per accertare che le differenze di durezza rispetto all'acciaio non interessato dall'incendio non superino il 10%.
Per i bulloni tipo 8.8 (che subiscono una maggiore perdita della resistenza a trazione, che si aggira sul 20% dopo riscaldamento a 600°C e sui 40% dopo riscaldamento a 800°C) è necessario un esame molto attento.
Ne va rimosso un certo numero, da sottoporre a prove di laboratorio, ed è consigliabile la completa sostituzione di tutti i bulloni di un giunto quando si ha anche il semplice sospetto che esso sia stato interessato dall'incendio.
E inoltre necessario un accurato esame delle condizioni delle giunzioni saldate.
La maggior parte dei danni è di solito causata dalla dilatazione termica di qualche membratura e dalla distorsione e nelle sollecitazioni che ne derivano quando la dilatazione è impedita.
Tuttavia anche nei casi in cui si dovesse arrivare a collasso, questo generalmente avviene per rottami in corrispondenza di qualche giunto, e perciò risulta facilmente individuabile e riparabile.
Al contrario i danni da incendio subiti da edifici in calcestruzzo (fessurazioni, scheggiature che espongono i ferri d'armatura, ecc.) sono più estesi e di più difficile individuazione e necessitano di costose riparazioni.Va ricordato che nella maggior parte dei sinistri causati da incendio, quasi sempre le vittime sono provocate dai gas tossici prodotti dalla combustione dei molti materiali sintetici presenti nei moderni edifici e non dall'effetto del calore, c tanto meno da collassi strutturali.
Altrettanto avviene per i danni ai beni contenuti. Perciò gli impianti di rilevazione ed estinzione incendi a pioggia ("sprinkler") sono particolarmente utili per limitare i rischi del fuoco (indagini statistiche hanno accertato che il 90% degli incendi viene estinto dall'intervento di non più di 4 ugelli).
Le normative richiedono per edifici di pochi piani classi di resistenza al fuoco di 15, 30 o 60 minuti. Il regolamento inglese prevede, ad esempio, per i parcheggi "aperti" multipiano fino a 30 mt. di altezza la classe 15, che è ottenibile dalla maggioranza dei profilati di acciaio senza dover applicare alcun particolare protezione contro il fuoco.
Alcuni tipi recenti di profilati asimmetrici (ad esempio la trave laminata "ASB" - Asymmetric Slimfloor Beam prodotta dalla British Steel) presentano un'intrinseca resistenza al fuoco e possono raggiungere 60' di resistenza.
Va inoltre tenuto presente che per edifici destinati ad ospitare una serie di attività precisate dalle normative di sicurezza contro gli incendi devono essere in ogni caso adottati sistemi automatici di rilevazione e spegnimento incendi (per esempio ad acqua del tipo "sprinkler"), tanto nel caso di edifici a struttura in calcestruzzo quanto per quelli a struttura d'acciaio, riducendo o annullando così la necessità di proteggere le strutture.
La normativa Britannica consente di ridurre di 30 minuti la classe di resistenza al fuoco e di raddoppiare la superficie dei compartimenti quando vengono installati impianti sprinkler, e ne impone l'adozione per gli edifici non residenziali di altezza superiore a 30 metri. Molte Compagnie di assicurazioni consentono riduzioni di premio fino al 60% nelle polizze incendio nel caso di edifici muniti di sprinkler.
Nel caso di edifici di altezza superiore a certi limiti definiti dalle diverse normative, o con carichi di incendio o destinazioni tali da rendere necessaria una protezione contro il fuoco questa e facilmente ottenibile con vari mezzi, tra cui i principali sono nel seguito ricordati.
- Pitture intumescenti, disponibili in vari tipi, che garantiscono una protezione rapida e relativamente poco costosa fino a 30' o 60' ed in certi casi fino a 90' o 120', però con sensibile aumento dei costi). Esse hanno anche un buon effetto decorativo, ma non sono adatte per l'uso all'aperto.
- Schermature, quali ad esempio pareti, controsoffitti, solai, ecc., che non comportano un aggravio di costo, perché quasi sempre le strutture vanno comunque rivestite per ragioni estetiche.
Si tratta perciò solamente di scegliere tra i materiali disponibili quelli che presentano, oltre ad effetti decorativi, anche caratteristiche di resistenza al fuoco (tra di essi merita ricordare le economiche lastre di cartongesso cd i pannelli metallici sandwich coibentati con materiali resistenti al fuoco).
- Intonaci isolanti spruzzati, che sono piuttosto economici, ma di aspetto poco gradevole di applicazione difficile nel caso di elementi sottili, tralicci e simili.
- Elementi composti acciaio-calcestruzzo, dove il calcestruzzo può essere un semplice riempimento (per esempio all'interno di colonne tubolari) oppure - opportunamente armato - collabora strutturalmente, come nel caso di solai. Si arriva così ad ottenere resistenze anche di 120'.
- Strutture tubolari contenenti acqua, che in caso di incendio assorbe il calore e lo dissipa per circolazione naturale attraverso l'intero edificio, che funziona come un immenso radiatore. Si tratta di un sistema economico solo nel caso dl grandi edifici, usato sopratutto negli Stati Uniti.
Tutti i suddetti sistemi hanno lo scopo di isolare l'acciaio dalla fonte di calore. Mantenendolo a temperature al di sotto dei limiti oltre i quali le proprietà dell'acciaio vengono alterate. Merita osservare che, mentre lo spessore dei
rivestimenti protettivi antifuoco applicati all'acciaio è facilmente misurabile, quello del calcestruzzo che ricopre I ferri d'armatura, a cui si deve la resistenza al fuoco delle strutture in cemento armato, è invece difficilmente controllabile e presenta spesso una spiccata variabilità in relazione alla cura con cui le strutture sono state progettate ed i getti sono stati effettuati.
Pertanto la resistenza al fuoco delle strutture in calcestruzzo non sempre è affidabile e potrebbe risultare ben inferiore a quanto previsto.
La protezione non è necessaria quando la struttura portante è esterna all'edificio, purché sia posizionata in modo tale da non essere investita dai gas caldi prodotti dalla combustione che escono dalle aperture nei rivestimenti di facciata (è noto il fenomeno del rapido passaggio di un incendio da un piano a quello superiore, per effetto delle fiamme che, dopo aver fatto esplodere le superfici vetrate del piano inferiore, lambiscono quelle del piano soprastante fino a farle cedere, ed appiccano così il fuoco ai materiali combustibili contenuti nei locali).
In caso di esplosione, legata o meno ad incendio, i collegamenti tra colonne, travi e solai esistenti negli edifici in acciaio evitano il collasso progressivo che invece può accadere negli altri tipi di edifici dove i collegamenti sono più deboli o inesistenti, permettendo così il sollevamento di uno o più solai e la successiva ricaduta su quelli sottostanti.
Va osservato che le più moderne regolamentazioni antincendio tendono a superare i riferimenti ai singoli elementi della struttura.
Infatti l'approccio alternativo - secondo le recenti tendenze della "structural fire engineering" - prende in considerazione un intero pacchetto integrato di misure concepite per ottenere il massimo beneficio dai metodi disponibili attualmente per la prevenzione, il controllo e la limitazione delle conseguenze degli incendi, limitando l'adozione di protezioni specifiche solo nei casi dimostrati necessari, ed evitando così spese inutili o addirittura dannose perché forniscono solo una pericolosa illusione dí sicurezza.
