EC5. Legno. Comportamento all’incendio.

Metodi di calcolo.

L’Eurocodice 5 prevede tre approcci di calcolo delle strutture in legno esposte all’incendio:

l'analisi strutturale globale. Si tratta di un metodo complesso del quale vengono fornite le linee guida.

analisi di parti della struttura. La struttura è divisa in parti autonome e per ognuna di esse viene valutato il comportamento in caso d’incendio.

analisi degli elementi. E’ il metodo più semplice; consiste nella scomposizione della struttura in singoli elementi.

Per la valutazione della resistenza sono previsti due metodi di calcolo:

il metodo della sezione ridotta. Si presuppongono invariate le caratteristiche meccaniche del materiale e si opera su una sezione ridotta, minore di quella che effettivamente è ancora in grado di offrire una resistenza adeguata.

il metodo della riduzione delle proprietà. La sezione considerata è quella effettiva effettuate le deduzioni originate dalla carbonizzazione. Le caratteristiche meccaniche sono ridotte rispetto a quelle originali.

Nel seguito verrà illustrato il metodo della sezione ridotta applicato all’analisi di un singolo elemento.

Il metodo della sezione ridotta.

Sotto l’effetto del fuoco la superficie esterna della struttura inizia il processo di carbonizzazione che prosegue nel tempo con una velocità b espressa in mm/min.

Trascorsi t minuti lo strato carbonizzato raggiungerà una profondità d_char che si estende fino alla linea di carbonizzazione, corrispondente alla isoterma di 300 gradi.

A ridosso della linea di carbonizzazione per una profondità pari a k₀d₀ al materiale verrà ancora attribuita una resistenza meccanica nulla.

La parte rimanente, la sezione ridotta, è quella ancora in grado di offrire una resistenza residua, basata sulla tensione di calcolo f_d,fi.

Le dimensioni della sezione ridotta si calcolano riducendo le dimensioni originale della profondità effettiva di carbonizzazione d_ef per ogni lato esposto al fuoco.

La profondità di carbonizzazione.

La profondità di carbonizzazione mono dimensionale (esposizione alla fiamma da un solo lato) è data da

nella quale rispettivamente b₀ è la velocità mono dimensionale e t il tempo.

La profondità di carbonizzazione mono dimensionale può essere adoperata nel calcolo solo se la dimensione minore della sezione è maggiore o uguale al valore limite b_min.

Se la dimensione più piccola della sezione è minore di b_min si fa ricorso alla profondità di carbonizzazione ideale la quale tiene conto anche delle fessure e dell’arrotondamento in corrispondenza degli spigoli.

Velocità di carbonizzazione b
Materiale	b₀ mm/min	b_n mm/min
a) Conifere e faggio legno lamellare incollato con densità caratteristica ≥ 290 kg/m³	0,65	0,7
legno massiccio con densità caratteristica ≥ 290 kg/m³	0,65	0,8
a) Latifoglie legno duro massiccio o lamellare incollato con densità caratteristica di 290 kg/m³	0,65	0,7
legno duro massiccio o lamellare incollato con densità caratteristica ≥ 450 kg/m³	0,50	0,55
c) LVL con densità caratteristica ≥ 480 kg/m³	0,65	0,7
d) pannelli pannelli in legno	0,9^a	---
legno compensato	1,0^a	---
Pannelli a base di legno diversi dal compensato	0,9^a	---
^a valori validi per uno spessore dei pannelli di 20 mm e densità caratteristica di 450 kg/m³

La profondità effettiva di carbonizzazione è data dalla

Valori di k₀nel caso di elementi privi di protezione al fuoco o nel caso di elementi con tempo di ritardo t_ch dell’inizio della carbonizzazione, originata da protezione al fuoco,

t_ch ≤ 20 minuti

t < 20 minuti

t/20

t ≥ 20 minuti

1,0

Per superfici protette con un tempo di ritardo dell’inizio della carbonizzazione (dovuto alla protezione) t_ch > 20 minuti, è assunta una variazione lineare da 0 a 1 durante l’intervallo temporale da t = 0 a t = t_ch.

I carichi di progetto.

La combinazione di carichi di progetto durante l’incendio viene assunta quale quota della combinazione fondamentale utilizzata a normale temperatura.

con

valore raccomandato

Un valore più preciso può essere ottenuto con la

nella quale

I valori del coefficiente di combinazione dei carichi sono riportati in un’apposita tabella della quale si riporta di seguito la sola riga relativa alla categoria A.

La scelta tra i due coefficienti è effettuata in base alla probabilità che il carico variabile sia presente sulla struttura al momento dell’incendio. Per carichi variabili presenti in maniera continua si sceglierà il coefficiente più elevato.

Risolvendo l’espressione rispetto al coefficiente di combinazione si ottiene

Per , con valori correnti dei carichi si ottiene corrispondente ad un criterio abbastanza conservativo.

Categoria	y₀	y₁	y₂
Categoria A Ambienti ad uso residenziale	0,7	0,5	0,3

La tensione di calcolo.

La tensione di calcolo in presenza di incendio è data dalla

con

(metodo della sezione ridotta)

Valori di K_fi
Legno massiccio	1,25
Legno lamellare incollato	1,15
Pannelli a base di legno	1,15
LVL	1,1
Connessioni con collegamenti a taglio con parti laterali in acciaio	1,05
Connessioni con collegamenti caricati assialmente	1,05

Nella determinazione della tensione di calcolo la tensione di riferimento f₂₀ rappresenta la tensione di rottura del materiale al frattile 20%, cioè la tensione che, a livello probabilistico, supera il valore del 20% dei provini ed è in grado di “assicurare” una probabilità di sicurezza dell’80%.

Come si ricorderà, la tensione caratteristica f_k è relativa al frattile 5% ed offre, perciò, un maggiore livello di sicurezza (il 95%) mentre la tensione media si riferisce al frattile 50%.

La tensione di calcolo f_d,firisulta maggiore di f_d calcolata in assenza di incendio e ciò può condurre ad una capacità resistente maggiore di quella determinabile allo stato limite ultimo se il calcolo è effettuato all’insorgere dell’incendio, quando la riduzione della sezione è trascurabile. In questo caso occorrerà riferirsi alla capacità portante della struttura calcolata in assenza di incendio.

Tempo di incendio.

t < 20 min

Il lato minore b di una sezione rettangolare, al tempo t, si è ridotto alla dimensione

valida