Effetto delle tolleranze sul comportamento al fuoco del legno

Effetto delle tolleranze sul comportamento al fuoco del legno 

Connessioni a scomparsa nei giunti in legno e comportamento al fuoco: risultati sperimentali. 

LOCK T e FIRE STRIPE GRAPHITE alla prova del fuoco: in occasione del CIMAD 2024, il congresso iberico-latinoamericano dedicato alla costruzione in legno, il nostro team spagnolo ha potuto testare l’influenza della presenza di spazi di gioco e fresature nel comportamento al fuoco dei giunti con connessioni metalliche a scomparsa. 

Il recente studio, condotto dalla Universitat Politècnica de Catalunya, in collaborazione con Rothoblaas,  EPSEB (Escuela Politecnica superior de edificación de Barcelona) e  il Centre de Ciència i Tecnologia Forestal de Catalunya, ha analizzato l'effetto della presenza di tolleranze anche millimetriche sul comportamento al fuoco dei giunti con connessioni nascoste nelle strutture in legno.  
 
La ricerca è stata realizzata da Laia Haurie, Alina Avellaneda, Ana Lacasta (Universitat Politècnica de Catalunya), Sergio Campesino (Rothoblaas) e Pilar Giraldo (CTFC-INCAFUST). 

Legno e cemento a confronto: cosa resiste di più al fuoco? 

In generale, le strutture in legno e cemento rispondono diversamente al fuoco. Il legno, pur essendo un materiale combustibile, forma uno strato di carbonizzazione che ne protegge il nucleo assieme ai materiali installati al suo interno, rallentando il collasso strutturale.  
 
Le strutture in cemento, sebbene non combustibili, possono subire danni significativi e perdere resistenza meccanica quando sottoposte a temperature elevate.  

Studi comparativi mostrano che elementi in legno massiccio possono mantenere la loro integrità strutturale più a lungo rispetto al cemento in condizioni di incendio: per esempio, il legno brucia lentamente, circa 0.65 mm al minuto, e la carbonizzazione superficiale isola e protegge il legno sottostante, mantenendo l'85-90% della sua integrità strutturale a seconda delle dimensioni dell'elemento e del tempo di esposizione al fuoco.  

Al contrario, il cemento può subire danni irreversibili a temperature superiori a 600 °C e può andare incontro a fenomeni di "spalling" esplosivo, in cui frammenti di calcestruzzo si staccano violentemente a causa della pressione del vapore interno​ (International Timber)​​ (Cement.org)​. 

Cosa succede ai giunti in legno in caso di incendio: il setting dell’esperimento 

L'obiettivo dell’esperimento è stato quello di valutare come il comportamento dei giunti in caso di incendio sia influenzato dalla presenza di eventuali, e millimetriche, tolleranze di installazione nelle connessioni tra travi di legno con connettori metallici nascosti.  
Sono stati realizzati tre tipi di connessioni utilizzando legno lamellare di abete GL24h: 

• Connessione senza tolleranza. 

• Connessione con tolleranza di 4 mm. 

• Connessione con tolleranza di 5 mm, sigillata con una banda intumescente FIRE STRIPE GRAPHITE. 

Il connettore utilizzato è stato LOCK T di Rothoblaas. Ogni connessione è stata testata con e senza fresata sull'elemento principale in legno, che influisce anche sull'esposizione al fuoco del connettore. 

Per ogni tipo di connessione, sono stati posizionati due termocoppie: una nella zona di contatto tra le travi di legno e l'altra nella connessione tra la piastra metallica e la trave secondaria. Una terza termocoppia ha controllato la temperatura della fiamma.  
 
La Figura 1 mostra le tre configurazioni di connessione prima del test (a: senza tolleranza, b: con tolleranza di 4 mm, c: con tolleranza di 5 mm e banda intumescente).

L'esperimento consisteva poi nell'applicare una fiamma diretta sulla zona di unione delle due travi, e infine nel registrare le temperature nei punti di connessione legno- legno e legno- acciaio. 

La Figura 2 illustra il momento di test al fuoco 

Risultati e possibilità 

L'esperimento ha dimostrato chiaramente l'effetto della trasmissione del calore dal metallo al legno in presenza di connettori metallici installati con varie tolleranze. 
 
La temperatura nella zona tra il legno e LOCK T ha superato i 500 °C dopo 2 minuti per la connessione applicata sul legno senza fresata, mentre la connessione inserita nella trave con fresata è rimasta sotto i 100 °C.  

Il connettore con zona di tolleranza non protetta ha mostrato un aumento rapido della temperatura, raggiungendo valori di circa 500 °C dopo 40 minuti, mentre la connessione inserita nella trave con fresata senza alcuno spazio di tolleranza ha raggiunto circa 200 °C. 

L'aggiunta di una banda intumescente FIRE STRIPE GRAPHITE ha dimostrato di essere efficace nel bloccare il passaggio dei gas caldi, mantenendo le temperature più basse rispetto alla connessione senza tolleranza.  

La Figura 4 mostra l'impatto che il sottosquadro può avere sull'evoluzione della temperatura in corrispondenza della connessione, e l'evoluzione delle temperature durante il test per le diverse configurazioni. 

La temperatura nella zona di contatto legno-metallo nella connessione esposta, senza fresata per inserirla nella trave, ha superato i 500 °C dopo solo 2 minuti, mentre nel giunto con connessione incassata e quello con connessione incassata più banda intumescente, le temperature sono rimaste significativamente più basse.  
 
La tabella 1 riassume le temperature registrate a 15 minuti dall'inizio dell'esperimento per i vari prototipi. 

Conclusioni 

Lo studio ha confermato che la protezione delle connessioni metalliche nascoste mediante fresata è una strategia efficace per ridurre il rischio di incendio.  

Le connessioni installate con una tolleranza non contestualmente protetta hanno mostrato una maggiore carbonizzazione e una riduzione della sezione del legno. L'uso di una banda intumescente come FIRE STRIPE GRAPHITE ha dimostrato di poter proteggere efficacemente il connettore, migliorandone il comportamento al fuoco anche rispetto alle connessioni applicate senza spazi di tolleranza. 

Prodotti Rothoblaas per la resistenza al fuoco 

Per garantire la massima resistenza al fuoco nelle strutture in legno, Rothoblaas offre una gamma di prodotti progettati specificamente per questo scopo, tra i quali la banda intumescente FIRE STRIPE GRAPHITE.  

Queste soluzioni sono studiate per migliorare la resistenza al fuoco delle connessioni metalliche nascoste e ridurre il rischio di collasso strutturale.  

Per saperne di più, è possibile consultare la brochure dedicata ai prodotti Rothoblaas per la resistenza al fuoco. 

Img 5. Giunti dopo l’esposizione a fiamma libera