L uso dell alluminio nelle costruzioni: problemi connessi con la sicurezza antincendio

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1 L uso dell alluminio nelle costruzioni: problemi connessi con la sicurezza antincendio Mauro Caciolai L alluminio è sempre più frequentemente utilizzato nelle costruzioni, sia per la sua versatilità che per le sue caratteristiche peculiari. L 8% della crosta terrestre è composto da bauxite: si tratta, pertanto, di un minerale disponibile in tutto il mondo, anche se in modo minore in Europa rispetto agli altri continenti. La trasformazione bauxite allumina alluminio primario avviene con reazioni chimiche a moderato consumo energetico. In base ai dati dell European Alluminium Association, nel 2003 sono stati prodotti nel mondo 130 milioni di tonnellate (Mt) di bauxite, da cui sono stati ricavati 59 Mt di allumina e 28 Mt di alluminio primario. Lo sviluppo della catena del riciclo dell alluminio ha raggiunto (soprattutto in Europa) numeri da primato, che non hanno eguali in ambito di costruzioni: infatti, ben il 90% nell industria dei trasporti e il 60% in quella dei contenitori per alimenti proviene da alluminio di riciclo. Caratteristiche principali Una delle caratteristiche principali dell alluminio è la sua riciclabilità per infinite volte, senza riduzione delle caratteristiche meccaniche. Tale riciclo del materiale permette di risparmiare fino al 95% dell energia necessaria per produrre alluminio primario, consentendo il rispetto dell ambiente. La lavorabilità dell alluminio è identica a quella di altri metalli ma, stante il basso punto di fusione e alcune caratteristiche meccaniche che lo caratterizzano, è possibile produrlo anche per estrusione, consentendo di ottenere una gamma illimitata di sezioni. Altra caratteristica è la leggerezza: le leghe di alluminio hanno una massa per unità di volume variabile tra 2,68 e 2,77 g/cm3 (mentre l acciaio è circa 7,85 g/cm3, ossia circa tre volte più pesante). Ciò consente grandi risparmi in fase di produzione, riduzione dei tempi in fase di trasporto e montaggio e possibilità di realizzare manufatti ideali per il trasporto ( Non a caso, è l industria che maggiormente fa richiesta di questo materiale ) e, soprattutto, offre la possibilità di realizzare costruzioni di elevate dimensioni. Ultima delle sue caratteristiche peculiari è la resistenza alla corrosione: l ottimo comportamento nei confronti della corrosione marina rende l alluminio insuperabile per la realizzazione di navi e componenti di strutture off-shore. Il primo impiego industriale dell alluminio risale al 1895 quando un imbarcazione fu prodotta dal costruttore navale scozzese Yarrow & Co.. Inoltre, la resistenza alla corrosione garantisce all alluminio un largo impiego nella costruzione di contenitori per uso alimentare e farmaceutico. Proprietà meccaniche Tra una lega di alluminio della serie e un acciaio da costruzione, in termini di resistenza al limite elastico e alla rottura, non ci sono grandi differenze. Tuttavia, rilevanti variazioni si individuano sul motore elastico (che per l alluminio è circa un terzo rispetto all acciaio: ciò significa, a parità di condizioni, il triplo della deformabilità) e per l allungamento termico.

2 Ministero dell Interno L alluminio nelle costruzioni Caratteristiche meccaniche EN AW6082 f 0.2% = 255 N/mm 2 f u = 300 N/mm 2 E = N/mm 2 α = Fe 255 f y = 235 N/mm 2 f u = 360 N/mm 2 E = N/mm 2 α = Melting range C ACCIAIO Dipartimento dei Vigili del Fuoco, del Soccorso Pubblico e della Difesa Civile Direzione Centrale per la Prevenzione e la Sicurezza Tecnica 580 Il punto di fusione dell alluminio è, altresì, piuttosto basso e questa rappresenta un problema non indifferente in condizioni di incendio. Infatti, in condizioni d incendio, l alluminio risulta enormemente più vulnerabile rispetto all acciaio. Il diagramma normalizzato del comportamento sia del modulo elastico, che della resistenza al variare delle temperature di alluminio (nella lega della serie 5.000) e acciaio attesta che, all aumentare della temperatura, il decadimento delle caratteristiche meccaniche e del modulo di Young avviene nell alluminio molto prima rispetto all acciaio. Se si focalizza l attenzione sulla riduzione del 50% - che può significare il raggiungimento di condizioni critiche per la stabilità meccanica del materiale - notiamo che per l alluminio questa condizione limite si raggiunge a meno di 300 gradi, mentre per l acciaio arriviamo a quasi 600 gradi. L alluminio nelle costruzioni: leghe utilizzate Troviamo una vastissima produzione di leghe di alluminio utilizzate nelle costruzioni che si differenziano per: - resistenza - durabilità - proprietà fisiche - saldabilità (tutte le leghe di alluminio sono saldabili: per alcune di esse la saldatura comporta un impoverimento marcato delle caratteristiche meccaniche) - disponibilità delle varie forme (la serie e la serie sono quelle maggiormente utilizzate per scopi strutturali all interno delle costruzioni; la serie viene utilizzata prevalentemente per i rivestimenti, in quanto è una serie con un alluminio resistente alla corrosione). La normativa di riferimento Diversi Eurocodici parlano di alluminio: tra questi, EN (Strutture di alluminio: regole generali) e EN (Strutture di alluminio: progettazione in caso di incendio). È recente l approvazione delle appendici nazionali degli Eurocodici, che dovrebbero essere pubblicati a breve in Gazzetta Ufficiale. Esistono inoltre tantissime norme di prodotto: tra queste ricordiamo EN 485 (Alluminio e leghe: fogli, strisce e piastre), EN 754 (Alluminio e leghe: barre e tubi lavorati a freddo), EN 755 (Alluminio e leghe: barre, tubi e profili estrusi). È abbastanza grave rilevare che, nelle norme tecniche per le costruzioni l alluminio non sia citato: al momento, chi volesse fare strutture di alluminio deve farsi approvare il progetto dal Consiglio

3 Superiore dei Lavori Pubblici. Va segnalato che esiste un gruppo di lavoro del CNR incaricato di predisporre una bozza pre-normativa per colmare quest assenza. Oltre a ciò, è da rilevare che non esistono norme per la caratterizzazione dei sistemi protettivi antincendio specifiche per l alluminio: pertanto, all interno degli Eurocodici, benché si segnali l assenza di una specifica norma, si fa riferimento ai sistemi protettivi per l acciaio Possono essere usati i riferimenti a quelle norme per fare prove sui dispositivi protettivi per l alluminio, ma non può essere usato il protettivo definito per l acciaio perché, ovviamente, ci sono caratteristiche profondamente differenti. La lettera circolare DCPREV n del 31/03/2010 A Civitavecchia c è la più grande cupola geodetica esistente al mondo, realizzata interamente con elementi reticolari in alluminio. Oltre ad essa, che rappresenta un unicum nel panorama italiano, sono molto frequenti le realizzazioni non strutturali, sia per coperture di tetti, che per il rivestimento delle facciate di fabbricati multipiano. La lettera circolare DCPREV n del 31/03/2010, che rappresenta la Guida tecnica su Requisiti di sicurezza antincendio delle facciate negli edifici civili riguarda proprio la protezione, in termini di sicurezza antincendio, degli edifici di grande altezza realizzati con facciate continue o facciate doppia pelle. L importanza della circolare è legata al fatto che ci sono incendi che trovano come sviluppo primario il passaggio da un piano all altro delle facciate particolarmente vulnerabili o, addirittura, che trovino nelle facciate un percorso preferenziale per propagare incendio da un piano all altro. È abbastanza famoso l incendio della Torre Windsor a Madrid nel 2006 dove, dopo due ore d incendio, la facciata continua che rivestiva l intera torre è venuta giù, lasciando la struttura e i vari solai liberi di essere aggrediti dall incendio stesso. La circolare, oltre ad obiettivi e definizioni, contiene tutte le precisazioni relative alle diverse tipologie di rivestimenti per edifici (facciate semplici, continue, doppia pelle). Obiettivi a) limitare la probabilità di propagazione di un incendio originato all interno dell edificio, a causa di fiamme o fumi caldi che fuoriescono da vani, aperture, cavità verticali della facciata, interstizi eventualmente presenti tra la testa del solaio e la facciata o tra la testa di una parete di separazione antincendio e la facciata, con conseguente coinvolgimento di altri compartimenti sia che essi si sviluppino in senso orizzontale che verticale, all interno della costruzione e inizialmente non interessati dall incendio; b) limitare la probabilità di incendio di una facciata e la sua successiva propagazione, a causa di un fuoco avente origine esterna (incendio in edificio adiacente, oppure incendio a livello stradale o alla base dell edificio); c) evitare o limitare, in caso d incendio, la caduta di parti di facciata (frammenti di vetri o di altre parti comunque disgregate o incendiate), che possono compromettere l esodo in sicurezza degli occupanti l edificio e l intervento in sicurezza delle squadre di soccorso. Questi tre obiettivi hanno dato luogo ad un percorso progettuale guidato attraverso l adozione di soluzioni tipo, ovvero hanno indirizzato all individuazione di alcuni prodotti che, grazie all ausilio di prove sperimentali secondo norme armonizzate, hanno portato alla verifica delle prestazioni antincendio delle facciate, in particolar modo delle facciate continue. Propagazione del fuoco in facciata Per quanto riguarda le facciate tradizionali, nel caso in cui le stesse non poggino da un solaio all altro, i percorsi di un incendio in facciate continue possono avvenire:

4 - all interfaccia solaio/facciata (avviene abbastanza frequentemente laddove non si adotti un sistema di chiusura o sigillatura antincendio di questo spazio); - attraverso la rottura parziale o totale del serramento che chiude la facciata stessa e passaggio al piano superiore; - oppure, caso ben più grave, attraverso la facciata stessa, costituita da materiali facili alla combustione. Nel caso di facciata doppia pelle (vale a dire con doppio strato attraversato da aria in movimento, che mantiene condizioni termo idrometriche ideali negli ambienti protetti), il passaggio di aria potrebbe costituire un elemento di diffusione dell incendio da un piano all altro in breve tempo. Di fronte a tali scenari sono state impartite delle regole, sia per quanto riguarda i requisiti di resistenza al fuoco, sia di reazione al fuoco, che per l esodo degli occupanti. Requisiti di resistenza al fuoco Per quanto riguarda i requisiti di resistenza al fuoco, i più onerosi da sostenere per l edilizia e per i costruttori di queste facciate, si è ristretto il campo di applicazione suggerito per edifici di altezza antincendio superiore a 12 metri, ritenendo quelli di altezza inferiore gestibili in termini di sicurezza antincendio con altre tecniche. Non sono richiesti requisiti di resistenza al fuoco per gli elementi della facciata che appartengono a compartimenti aventi carico d incendio specifico minore o uguale a 200 MJ/mq. corrispondenti all incirca a 10 chili di legna al metro quadro, secondo le vecchie abitudini della circolare 91. Non sono altresì richiesti requisiti di resistenza al fuoco per gli elementi della facciata che appartengono a compartimenti all interno dei quali il valore del carico di incendio specifico è superiore a 200 MJ/mq se essi sono provvisti di un sistema di spegnimento ad attivazione automatica. Su questo aspetto, è stata scritta una cosa rilevante, che va considerata al di là dell ambito specifico della circolare: con un sistema di spegnimento ad attivazione automatica (protezione attiva) è di fatto è possibile escludere un provvedimento di sicurezza di protezione passiva. Con tale chiarezza un argomento del genere non è stato mai affrontato a livello normativo. Infine, i criteri fissati nell allegato alla linea guida garantiscono idonei requisiti di resistenza al fuoco delle facciate continue e delle facciate doppia pelle. Uno dei criteri maggiormente adottati, più fruibili e ideali per le facciate continue e semplici è quello cosiddetto della fascia di un metro, ossia la realizzazione di un intervallo - tra gli elementi vulnerabili della facciata - delle zone che abbiano complessivamente un altezza di un metro. Ciò è voluto per fare in modo che le eventuali fiamme siano rallentate o impedite nel loro percorso e nell aggressione del livello al piano superiore. Il metro di lunghezza è uno sviluppo, vale a dire la somma delle dimensioni della parete verticale o del getto orizzontale. Nel caso di facciate doppia pelle la questione è più diversificata: ci sono più sistemi suggeriti dalla linea guida per ovviare alla trasmissione dell incendio da un piano all altro: o attraverso l apertura della parete esterna della facciata, o attraverso l adozione di un impianto di spegnimento che bagni la facciata esposta al fuoco, o con elementi con caratteristiche di resistenza al fuoco. Dover fare una superficie E60 o EI60 impedisce l uso di alcuni prodotti rispetto ad altri: basta leggere la circolare per capirne lo spirito intrinseco. Requisiti di reazione al fuoco Vengono interessati sia i componenti che costituiscono la facciata, sia gli elementi interni alla facciata stessa. I componenti che costituiscono l intelaiatura e gli accessori di minuteria della

5 facciata, quando non costituiscono più del 5% della superficie della facciata stessa, relativamente a ciascun piano, non sono soggetti a specifiche prescrizioni di reazione al fuoco. Esodo degli occupanti Nel caso in cui le facciate siano composte da materiali fragili, ovvero che in caso di incendio possono dare luogo a rotture e distacchi di parti non minute, deve essere assicurato che gli sbarchi delle vie di esodo, i luoghi sicuri esterni e le zone adibite alle operazioni di soccorso risultino protetti dalla caduta delle parti della facciata. Nel caso di facciate a doppia pelle, il dimensionamento e/o la progettazione del sistema di esodo dovrà necessariamente tenere conto della difficoltà di accesso all edificio dall esterno, in caso d incendio, da parte delle squadre di soccorso. È tuttavia possibile inserire in zone ben individuabili dalle squadre di soccorso dei serramenti, con vetri facilmente apribili dall esterno. Nel piano di emergenza interno, appositamente predisposto nel caso di facciate a doppia pelle, dovrà esplicitamente essere imposto il divieto di utilizzo della cavità o intercapedine (normalmente utilizzata per la manutenzione e la pulizia delle vetrate) da parte degli occupanti, ai fini dell evacuazione. Detto piano deve essere sottoposto all approvazione del locale comando VVF, nell ambito della richiesta di parere di conformità antincendio, nonché periodicamente verificato all atto del rilascio/rinnovo del CPI.