La nuova città della Scienza e la zona Flegrea

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1 Partner of: Ing.Maurizio Follesa- Ing. Davide Vassallo Ing. Ioannis Christovasilis La nuova città della Scienza e la zona Flegrea Nuove tecnologie in legno e costruzioni sostenibili Antisala dei Baroni, Castelnuovo, Napoli, 19 Aprile 2013 Il comportamento delle strutture di legno per eventi eccezionali: sisma e fuoco Ing. Maurizio Follesa dedalegno - Firenze

2 I PARADOSSI DELLE STRUTTURE DI LEGNO Il legno è un materiale biodegradabile

3 I PARADOSSI DELLE STRUTTURE DI LEGNO Pagoda di Horyu-ji Nara 607 d.c. Ma le strutture di legno sono estremamente durabili! Principali terremoti subiti nel secolo scorso: : M : M : M 4.3

4 I PARADOSSI DELLE STRUTTURE DI LEGNO LEGNO STRUTTURALE: COMPORTAMENTO FRAGILE P 50 mm Campioni di legno netto Il legno è un materiale fragile Carico Carico Freccia P 184 mm Campioni di legno strutturale Freccia

5 I PARADOSSI DELLE STRUTTURE DI LEGNO F (kn) 0,4 0,2 a c v (mm) -0,2 v -0,4 t piani - Terremoto di Kobe 0.82g (M 6.8) piani Terremoto di Northridge 0.74g (M 7.2) Ma le strutture di legno sono estremamente duttili!

6 I PARADOSSI DELLE STRUTTURE DI LEGNO Il legno è un materiale combustibile

7 I PARADOSSI DELLE STRUTTURE DI LEGNO Ma le strutture di legno hanno un ottima resistenza al fuoco!

8 COMPORTAMENTO AL FUOCO DELLE STRUTTURE DI LEGNO Il legno brucia lentamente, la carbonizzazione procede dall esterno verso l interno della sezione Il legno non ancora carbonizzato rimane efficiente dal punto di vista meccanico anche se la sua temperatura è aumentata La rottura meccanica dell elemento avviene quando la parte della sezione non ancora carbonizzata è talmente ridotta da non riuscire più ad assolvere alla sua funzione portante

9 COMPORTAMENTO AL FUOCO DELLE STRUTTURE DI LEGNO

10 COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI DIVERSI MATERIALI Gli elementi strutturali di ACCIAIO non bruciano ma il materiale subisce un rapido decadimento delle caratteristiche meccaniche in funzione della temperatura Nelle costruzioni di CALCESTRUZZO ARMATO la resistenza al fuoco è determinata dallo spessore del rivestimento delle armature metalliche (copriferro) Nelle strutture di legno i punti deboli sono le unioni che presentano elementi metallici a vista come scarpe, piastre, ecc.; queste, se non protette, sono le prime a cedere durante l incendio

11 COMPORTAMENTO AL FUOCO DELLE STRUTTURE DI LEGNO

12 COMPORTAMENTO AL FUOCO DELLE STRUTTURE DI LEGNO

13 TERMINOLOGIA RICORRENTE RESISTENZA AL FUOCO (D.M.Int. 09/03/2007) la capacità portante in caso di incendio, per una struttura, per una parte di struttura o per un elemento strutturale nonché la capacità di compartimentazione rispetto all incendio per gli elementi di separazione sia strutturali, come muri e solai, che non strutturali, come porte e tramezzi : R E I stabilità: attitudine di un elemento da costruzione a conservare la resistenza meccanica sotto l azione del fuoco; tenuta: attitudine di un elemento da costruzione a non lasciar passare né produrre - se sottoposto all azione del fuoco su un lato fiamme, vapori o gas caldi sul lato non esposto; isolamento termico: attitudine di un elemento da costruzione a ridurre, entro un dato limite, la trasmissione del calore.

14 TERMINOLOGIA RICORRENTE REAZIONE AL FUOCO 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. Il legno ed i prodotti a base di legno hanno reazione al fuoco 3 o 4 *In realtà tale classificazione segue, secondo gli ultimi decreti ministeriali la denominazione presente nella normativa europea (le cosiddette Euroclassi di reazione al fuoco A1, A2, B, C, D, E, F determinate in accordo con la norma UNI EN ), anche se il concetto è sostanzialmente analogo; in questa trattazione si preferisce continuare ad utilizzare la vecchia classificazione (classi da 0 a 5) per facilità di comprensione.

15 TERMINOLOGIA RICORRENTE Il requisito di resistenza al fuoco per le strutture è limitato alla sola stabilità R; esso corrisponde al tempo che trascorre dall inizio dell incendio al crollo della struttura ed è espresso in minuti primi Il requisito di reazione al fuoco non è richiesto per gli elementi strutturali quali travi e pilastri (L.C. Min. Int. 9/5/89). Nulla viene detto a proposito dei pannelli in legno a vista. Occorre però considerare che, costituendo i pannelli delle pareti o solai una importante frazione della superficie totale del compartimento, è opportuno che vengano trattati sia come struttura (resistenza) che come rivestimento (reazione).

16 PRODOTTI IGNIFUGHI Più propriamente vanno chiamati prodotti igniritardanti in quanto ritardano l ignizione e non la impediscono, l omologazione è possibile solo per il requisito di reazione al fuoco. Sono delle vernici trasparenti o meno che, applicate sul legno, ritardano l ignizione, cioè rendono il legno meno facilmente infiammabile e quindi lo abbassano di classe di reazione al fuoco, fino a portarlo in classe 1 (o B). Il periodo di efficacia del prodotto non può essere superiore a 5 anni, pertanto dopo tale periodo il prodotto deve essere rimosso e riapplicato. Attenzione a non applicarli su legno massiccio non sufficientemente stagionato!

17 PRODOTTI IGNIFUGHI

18 VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA AL FUOCO La resistenza al fuoco di un elemento strutturale di legno può essere valutata in tre modi (D.M.Int. 09/03/2007): prove (metodo sperimentale) calcoli (metodo analitico) confronti con tabelle (metodo tabellare) Il metodo tabellare non fornisce però indicazioni sulle strutture di legno.

19 VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA AL FUOCO PROVE (metodo sperimentale) Il metodo sperimentale prevede le prove in forno su elementi di caratteristiche equivalenti agli elementi di effettivo impiego nella costruzione dello stesso tipo e dimensioni e soggetti agli stessi carichi di progetto.

20 VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA AL FUOCO

21 VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA AL FUOCO CALCOLI (metodo analitico) Il metodo analitico si basa su valori di calcolo noti; tali valori sono la velocità di carbonizzazione e la resistenza meccanica, essendo il calcolo da eseguirsi allo stato limite ultimo di collasso

22 Dopo Situazione R minuti di iniziale incendio Situazione reale Schematizzazione di calcolo Soletta CLS Sezione resistente residua di calcolo Trave di legno Zona carbonizzata Zona non efficiente

23 La sezione si riduce sui lati esposti al fuoco di: d = d + kd = βt + ef char fi,req k 0 d 0 d0 dchar deff dove: β 0 valore della velocità di carbonizzazione t fi,req classe di resistenza al fuoco(min) k 0 = 1 per superfici non protette d 0 = 7 mm strato aggiuntivo di sezione carbonizzata da considerare in virtù del fatto che non si considera una riduzione della resistenza e della rigidezza

24 VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA AL FUOCO CALCOLI (metodo analitico) I valori da assumersi nel calcolo analitico si possono ricavare dalla norma UNI EN Eurocodice 5 - progettazione di strutture di legno - parte 1-2 progettazione strutturale contro l incendio che è il miglior documento dal punto di vista scientifico (il DM Int. 16/02/2007 nell allegato C prescrive espressamente l utilizzo degli Eurocodici). Questo documento fornisce tre metodi di calcolo, il primo dei quali (metodo della sezione efficace) è il più semplice ma anche il più cautelativo; ci sono indicazioni per i giunti e indicazioni circa la combinazione di carico (nell Eurocodice 1).

25 Progetto al fuoco (UNI EN ) Per la progettazione al fuoco le forze interne e i momenti (S( fi,d ) secondo la seguente equazione: S = G + ψ Q fi,d k 2i ik 1 O in alternativa possono essere calcolati dai valori derivati dal l calcolo freddo (S d ) secondo la seguente equazione: n S =η S fi,d d ηèdato dal rapporto fra i valori delle azioni per la combinazione di carico eccezionale e i valori delle azioni per la combinazione di calcolo lo normale allo S.L.U.,., e può essere assunto a vantaggio di sicurezza pari a 0,6.

26 Profondità di carbonizzazione La sezione si riduce sul lato esposto al fuoco di: def 0 def = k0d0 + d 0 = 7mm + t char, β dchar,0 dove: β 0 t valore della velocità di carbonizzazione di progetto classe di resistenza al fuoco(min min) 7 mm

27 Velocità di carbonizzazione Il valore della velocità di carbonizzazione èdato nella Tabella 3.1 della EN def dchar,0 7 mm Per i pannelli a strati incrociati, in assenza di indicazioni, appare corretto assumere il valore di β 0 per il legno lamellare di conifera (0,65-0,70 0,70 mm/min min)

28 Protezione dei pannelli Per pareti protette, ad esempio con un pannello di cartongesso di 15 mm di spessore l Eurocodicel 5 ci fornisce la formula per calcolare il tempo di inizio della carbonizzazione del pannello (n.b. ipotesi di pannello posato su intercapedine > 2 mm riempita con lana di roccia). tch = 2,8h p 14 = 28min Nota bene: dopo il collasso del rivestimento si ha un periodo transitorio corrispondente al massimo ad una profondità di carbonizzazione di 25 mm in cui devo considerare una velocità di carbonizzazione doppia. s>2mm Intonaco e rasatura Cappotto esterno in fibra di legno Pannello a strati incrociati 5 strati Intercapedine porta-impianti riempita con lana di roccia Cartongesso tipo A (standard) spessore 15 mm

29 Protezione dei collegamenti L Eurocodice 5 considera che le cosiddette unioni meccaniche non protette realizzate con elementi di collegamento metallici abbiano una resistenza al fuoco massima di min

30 Protezione dei collegamenti L Eurocodice 5 fornisce indicazioni e metodi di calcolo per valutare la resistenza al fuoco di un collegamento protetto.

31 Sicurezza antincendio per gli edifici a civile abitazione altezza antincendio vano tecnico ultimo piano abitabile *DM : Altezza antincendio = altezza massima misurata dal livello inferiore dell apertura più alta dell ultimo piano abitabile e/o agibile, escluse quelle dei vani tecnici, al livello del piano esterno più basso Il DM 16/05/1987 n.246n Norme di sicurezza antincendi per gli edifici di civile abitazione contiene i criteri di progettazione della sicurezza antincendio, a prescindere dal tipo di materiale impiegato come struttura portante. Tale decreto, vigente e cogente, si applica a tutti gli edifici destinati a civile abitazione ed aventi altezza antincendio* non inferiore a 12 m, sia nella ristrutturazione di edifici esistenti, sia in caso di nuova costruzione.

32 Sicurezza antincendio per gli edifici a civile abitazione Nel DM gli edifici vengono classificati in A, B, C, D ed E in base all altezza altezza antincendio, che a sua volta è indice di alcune prescrizioni minime progettuali, quali: la necessità di accostamento possibile delle autoscale dei Vigili del Fuoco; le superfici massime di compartimentazione (max( 8000 mq); la resistenza minima al fuoco delle strutture portanti e separanti (min( R/REI 60); la tipologia ed il numero dei vani scala e di almeno un vano ascensore ; la larghezza minima delle scale (1,05 1,20 m); la reazione al fuoco dei materiali di rivestimento di scale e gradini g negli androni e nei passaggi comuni; il tipo di combustibile utilizzabile negli impianti di produzione di calore. Non esiste alcun divieto all utilizzo di strutture portanti in legno

33 PROVE SPERIMENTALI SULLA RESISTENZA AL FUOCO Pannello XLAM da 85mm Prova di TEMPERATURA resistenza DIAGRAMMA SUPERFICIE TEMPERATURA/TEMPO al fuoco NON di ESPOSTA 1 ora TEMPERATURA ( C) TEMPO (min) Prova su forno verticale Laboratorio Prove al fuoco Dott.ssa Bochicchio

34 PROVE SPERIMENTALI SULLA RESISTENZA AL FUOCO ConfigurazioneC Kobe 0.82 g

35 OTTIMO COMPORTAMENTO AL SISMA 35

36 OTTIMO COMPORTAMENTO AL SISMA Prova sismica a Miki Giappone nel 2006 Terremoto di Kobe 60% (0.49g) 36

37 PROVE SPERIMENTALI SULLA RESISTENZA AL FUOCO Prova di incendio reale su edificio di3 piani Tsukuba, Marzo 2007

38 Edificio coibentato con balle di paglia a S.Alfio (CT) Edificio di due piani di 280 m2 Anno di costruzione

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43 NORMATIVA E CLASSIFICAZIONE DEL LUOGO NORMA CEI 64-8/7 Parte 7 Ambienti ed applicazioni particolari Sezione 751 Luoghi (o ambienti) a MAggior Rischio in Caso d Incendio Art Ambienti di tipo 03 (ex Tipo B) aventi strutture portanti combustibili: edifici costruiti interamente in legno senza particolari requisiti antincendio. La casa di legno è dal punto di vista elettrico un luogo MA.R.C.IO

44 ACCORGIMENTI PER IMPIANTI ELETTRICI A REGOLA D ARTE CONDUTTURE ELETTRICHE Fonte: TuttoNormel - TNE Grado di protezione IP 4X : componente protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 1 mm e contro l'accesso con un filo.

45 ACCORGIMENTI PER IMPIANTI ELETTRICI A REGOLA D ARTE SCATOLE E INVOLUCRI Le comuni scatole della serie 503 non sono adatte (IP<4X; GWT 650 C) La prova del filo incandescente GLOW WIRE TEST (GWT) EN (CEI 89-13).

46 Intonaco di terra cruda su paglia e legno Canniccio di supporto paglia interna sfusa - intonaco di terra cruda ai lati 46

47 Intonaco su paglia Intonaco su canniccio 47

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49 CASO DI INCENDIO SU UN EDIFICIO (Per gentile concessione dell Ing. Giuseppe Moschi)

50 CASO DI INCENDIO SU UN EDIFICIO (Per gentile concessione dell Ing. Giuseppe Moschi)

51 CASO DI INCENDIO SU UN EDIFICIO (Per gentile concessione dell Ing. Giuseppe Moschi)

52 CASO DI INCENDIO SU UN EDIFICIO (Per gentile concessione dell Ing. Giuseppe Moschi)

53 Gratuitamente scaricabile da

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55 La nuova città della Scienza e la zona Flegrea- Nuove tecnologie in legno e costruzioni sostenibili Antisala dei Baroni, Castelnuovo, Napoli, 19 Aprile 2013 Grazie partner of: Ing. Maurizio Follesa Il comportamento delle strutture di legno per eventi eccezionali: sisma e fuoco 55