TRATTAMENTO IGNIFUGO DEI NODI

Il legno, in quanto materiale da costruzione naturale, presenta una serie di vantaggi, ma la sua combustibilità resta il principale svantaggio dal punto di vista della sicurezza antincendio. Il trattamento ignifugo è un insieme di misure volte a ridurre l’infiammabilità e a rallentare la propagazione della fiamma attraverso gli elementi in legno delle strutture. Ciò non significa che il legno diventi assolutamente incombustibile, ma la sua capacità di resistere al fuoco aumenta notevolmente, consentendo di preservare la capacità portante delle strutture per il tempo critico necessario all’evacuazione delle persone e alle operazioni antincendio.

Il meccanismo di combustione del legno è complesso e comprende le fasi di riscaldamento, decomposizione (pirolisi) con rilascio di gas combustibili, accensione e combustione vera e propria. Gli ignifughi influenzano queste fasi, modificando i processi chimici e fisici. Ad esempio, possono favorire la formazione di uno strato di carbonio incombustibile sulla superficie, che ostacola l’accesso dell’ossigeno e la trasmissione del calore in profondità nel materiale. Ciò rallenta la velocità di carbonizzazione, che per molte specie legnose è di circa 0,7 mm/min. Secondo la ДСТУ Б В.2.7-19:2009, i prodotti ignifughi sono classificati in base ai gruppi di efficacia protettiva. I prodotti del gruppo I garantiscono il passaggio del legno alla categoria difficilmente combustibile, mentre quelli del gruppo II alla categoria difficilmente infiammabile. È importante sottolineare che la qualità del trattamento deve essere controllata visivamente e strumentalmente, con registrazione della data di trattamento e del tipo di prodotto utilizzato.

Nel contesto delle moderne strutture in legno, in particolare quelle in legno lamellare e pannelli XLAM, caratterizzate da una notevole massività, il trattamento ignifugo svolge un ruolo chiave. Sebbene la massività stessa conferisca una certa resistenza al fuoco naturale grazie alla lenta carbonizzazione, i nodi di giunzione critici, dove la sezione si riduce o vengono utilizzati elementi metallici, diventano i più vulnerabili. Sono proprio queste zone a richiedere una protezione rafforzata, per soddisfare requisiti come REI 30, REI 45 o persino REI 60, che definiscono il tempo di mantenimento della capacità portante (R), dell’integrità (E) e della capacità di isolamento termico (I) in caso di incendio. L’applicazione di ignifughi in queste zone consente di raggiungere gli indicatori necessari, garantendo la sicurezza antincendio complessiva dell’edificio.

Gli ignifughi rappresentano un’ampia gamma di sostanze chimiche, suddivise secondo diversi criteri: composizione, meccanismo d’azione e metodo di applicazione. La classificazione principale per composizione include:

• Ignifughi salini: di solito soluzioni di sali di acido fosforico, borico, solforico. Sono economici, ma soggetti a dilavamento dall’acqua e possono causare corrosione degli elementi metallici. Il principio d’azione si basa sulla formazione di una pellicola incombustibile o sul rigonfiamento sotto l’effetto di alte temperature.
• Ignifughi non salini (organici): comprendono polifosfati di ammonio, amminoplasti, resine. Sono più resistenti al dilavamento, meno corrosivi, ma più costosi. Spesso hanno un effetto intumescente (rivestimenti intumescenti), che sotto il calore crea uno spesso strato spugnoso che protegge il legno dall’azione diretta della fiamma.
• Formulazioni combinate: combinano le proprietà degli ignifughi salini e organici per ottenere un effetto ottimale.

I meccanismi d’azione degli ignifughi sono molteplici:

1. Reazione chimica: alcuni ignifughi reagiscono con la cellulosa del legno alle alte temperature, formando composti incombustibili o catalizzando la formazione di uno strato carbonioso, che costituisce una barriera efficace contro la fiamma e la trasmissione del calore.
2. Barriera fisica: i rivestimenti intumescenti creano uno strato rigonfiante che agisce come isolante termico, mentre alcune formulazioni saline formano una pellicola vetrosa che blocca l’accesso dell’ossigeno alla superficie.
3. Rilascio di gas incombustibili: alcuni ignifughi, riscaldandosi, rilasciano gas incombustibili (ad esempio ammoniaca, anidride carbonica), che diluiscono la miscela di gas combustibili rilasciati dal legno e ne impediscono l’accensione.

La scelta dell’ignifugo dipende dalle condizioni di esercizio delle strutture, dalla classe di resistenza al fuoco richiesta e dal tipo di materiali legnosi. Ad esempio, per le strutture esterne o gli ambienti con umidità elevata è preferibile utilizzare ignifughi resistenti al dilavamento. Per i lavori interni, dove l’estetica è importante, esistono formulazioni trasparenti o tonalizzate che non alterano l’aspetto del legno. È importante prestare sempre attenzione alla certificazione del prodotto e alla sua conformità alla ДСТУ Б В.2.7-19:2009 in materia di efficacia ignifuga.

I nodi di fissaggio nelle strutture in legno, in particolare nelle case in legno lamellare o XLAM, sono i punti più vulnerabili dal punto di vista della sicurezza antincendio. Ciò è dovuto a diversi fattori: concentrazione di tensioni, utilizzo di elementi metallici, buoni conduttori di calore, e potenziale riduzione della sezione effettiva del legno nei punti di giunzione. Una corretta progettazione e trattamento di questi nodi è fondamentale per garantire la resistenza al fuoco complessiva dell’edificio.

I nodi critici tipici comprendono:

• Nodi di giunzione tra pareti e solai: queste giunzioni utilizzano spesso piastre metalliche, ancoraggi o bulloni. Il metallo si riscalda rapidamente, trasmettendo il calore in profondità nel legno, il che accelera la pirolisi e la perdita della capacità portante. In questi punti è fondamentale l’avvolgimento aggiuntivo degli elementi metallici con materiali incombustibili o la loro profonda impregnazione con ignifughi.
• Nodi delle capriate e di fissaggio della trave di gronda: nelle strutture del tetto, in particolare nei punti di giunzione tra le capriate e la trave di gronda e nei nodi di colmo, si utilizzano anch’essi fissaggi metallici. Un incendio che si propaga alla copertura può portare rapidamente al cedimento di questi nodi e, di conseguenza, al crollo del tetto. Una protezione ignifuga aggiuntiva, ad esempio mediante applicazione superficiale intensiva di ignifughi o l’uso di pannelli ignifughi, è obbligatoria. Nel montaggio del tetto occorre tenere conto di tutti questi aspetti già nella fase di progettazione.
• Nodi di giunzione tra colonne e travi: nei sistemi Fachwerk o post-and-beam, dove colonne e travi formano il telaio portante, le giunzioni sono spesso realizzate mediante staffe metalliche, perni o intagli. La protezione di queste zone è un compito prioritario, poiché il loro cedimento può provocare un crollo a cascata della struttura. Lo standard europeo EN 1995-1-2 (Eurocodice 5, Parte 1-2 ‘Progettazione delle strutture in legno. Progettazione strutturale contro l’incendio’) fornisce metodi dettagliati per il calcolo della resistenza al fuoco di tali nodi, tenendo conto della riduzione della sezione del legno e dell’influenza dei fissaggi metallici.

Per una protezione efficace dei nodi è necessario effettuare una loro valutazione completa in fase di progettazione, tenendo conto dei carichi, del tipo di legno, del tipo di giunzione e della classe di resistenza al fuoco richiesta. In pratica, ciò significa non solo scegliere l’ignifugo corretto, ma anche rispettare con precisione la tecnologia di applicazione, nonché l’eventuale adozione di misure costruttive di protezione ignifuga, come il rivestimento con cartongesso o pannelli ignifughi speciali.

L’efficacia del trattamento ignifugo dipende in gran parte dalla tecnologia di applicazione correttamente scelta. Esistono due approcci principali: il trattamento superficiale e l’impregnazione profonda. Ciascuno di essi presenta vantaggi, svantaggi e ambiti di applicazione propri.

Trattamento superficiale

Questo metodo prevede l’applicazione di formulazioni ignifughe sulla superficie esterna degli elementi in legno. Può essere eseguito mediante:

• Verniciatura o spalmatura: il metodo più semplice e diffuso, che non richiede attrezzature speciali. L’ignifugo viene applicato con pennello, rullo o spruzzatore. È importante garantire una copertura uniforme e rispettare la resa del materiale indicata dal produttore (generalmente 300–600 g/m² per raggiungere il gruppo di efficacia I o II). Lo svantaggio è una minore durabilità e la tendenza al dilavamento se la formulazione non è resistente all’acqua.
• Immersione: gli elementi in legno vengono immersi in una vasca contenente l’ignifugo per un certo periodo. Questo metodo garantisce una penetrazione migliore rispetto alla verniciatura, ma richiede vasche di dimensioni adeguate.

Il trattamento superficiale è adatto per strutture o elementi già montati, non soggetti a un’intensa esposizione all’umidità. Consente di aumentare rapidamente la sicurezza antincendio, ma richiede il rinnovo periodico dello strato protettivo, generalmente ogni 3–5 anni, a seconda del tipo di ignifugo e delle condizioni di esercizio.

Impregnazione profonda

Questo metodo garantisce la massima penetrazione dell’ignifugo in profondità nel legno, aumentando notevolmente la durabilità e l’efficacia della protezione. Il metodo principale è:

• Impregnazione in autoclave: il legno viene collocato in camere ermetiche (autoclavi), dove, mediante vuoto e sovrapressione, la soluzione ignifuga viene forzata nei pori del materiale. Questo metodo consente di raggiungere una penetrazione fino a 10–25 mm e anche oltre, rendendo il legno difficilmente combustibile per tutta la durata di esercizio della struttura. L’impregnazione sotto pressione garantisce un’elevata resistenza al dilavamento e ai danni meccanici. Tuttavia, questo metodo è di tipo industriale e viene applicato nella fase di produzione di segati o elementi finiti, come i pannelli XLAM o gli elementi in legno lamellare.

La scelta della tecnologia dipende dal progetto, dai requisiti di resistenza al fuoco e dalle possibilità finanziarie. Per i nodi critici, dove è necessaria una protezione duratura e affidabile, si preferisce l’impregnazione profonda. Tuttavia, i nodi già montati in cantiere vengono spesso trattati con metodi superficiali, rispettando rigorose regole di applicazione per raggiungere la massima efficacia e minimizzare gli errori tipici in fase di costruzione.

In Ucraina, i requisiti di sicurezza antincendio degli edifici, comprese le strutture in legno, sono disciplinati da una serie di documenti normativi, tra cui il principale è la ДБН В.1.1-7:2016 ‘Sicurezza antincendio degli oggetti di costruzione’. Questo standard stabilisce le classi di resistenza al fuoco delle strutture edilizie, i metodi di prova e i requisiti per i prodotti ignifughi.

Secondo la ДБН, per le strutture in legno vengono definiti i seguenti indicatori di resistenza al fuoco:

• R (capacità portante): il tempo durante il quale la struttura mantiene la sua funzione portante sotto l’azione del fuoco.
• E (integrità): il tempo durante il quale la struttura mantiene la sua integrità, cioè non si formano fori passanti o fessure attraverso cui i prodotti della combustione possono penetrare in ambienti non protetti.
• I (capacità di isolamento termico): il tempo durante il quale la struttura mantiene la sua capacità di isolamento termico, cioè la temperatura sulla superficie non riscaldata non supera i valori ammissibili, prevenendo l’accensione dei materiali sull’altro lato della struttura.

Le classi di resistenza al fuoco sono indicate come REI con un valore numerico (ad esempio, REI 30, REI 45, REI 60), che indica il tempo minimo (in minuti) durante il quale la struttura deve soddisfare questi tre criteri. Per gli elementi in legno utilizzati come strutture portanti o di tamponamento, questi indicatori sono di importanza critica. Ad esempio, per gli edifici di III grado di resistenza al fuoco, gli elementi portanti in legno devono avere una classe di resistenza al fuoco non inferiore a R 45. Senza un adeguato trattamento ignifugo e misure costruttive, raggiungere tali indicatori per i nodi in legno è un compito estremamente complesso.

La ДБН stabilisce inoltre requisiti per i materiali ignifughi, che devono possedere i relativi certificati di conformità ed essere testati secondo la ДСТУ Б В.2.7-19-95 (ISO 834:1975) o la ДСТУ Б В.1.1-13. Le norme di resa degli ignifughi, così come la periodicità del controllo dello stato della protezione ignifuga, sono obbligatorie. I progettisti, nella progettazione degli edifici, devono indicare chiaramente la classe di resistenza al fuoco necessaria per ogni elemento, nonché motivare i metodi di protezione ignifuga scelti, tenendo conto delle specificità dei nodi di fissaggio. Il rispetto di queste norme è garanzia di un esercizio sicuro e duraturo degli edifici in legno in Ucraina.

Uno degli aspetti importanti da considerare nella scelta e nell’applicazione degli ignifughi è la loro potenziale influenza sulle proprietà fisico-meccaniche del legno e sulla durabilità complessiva delle strutture. Esiste un mito diffuso secondo cui il trattamento ignifugo può ridurre significativamente la resistenza del legno. Tuttavia, gli ignifughi moderni di qualità sono sviluppati in modo da minimizzare tali effetti negativi.

La maggior parte degli ignifughi salini, soprattutto in caso di impregnazione profonda, può aumentare leggermente l’igroscopicità del legno, il che, in determinate condizioni, può portare a una variazione della sua umidità e, di conseguenza, a una lieve riduzione della resistenza. Tuttavia, questa riduzione di norma non supera il 5-10% e viene presa in considerazione nei calcoli progettuali. È importante evitare l’uso di ignifughi contenenti acidi o basi forti, poiché possono causare la degradazione della cellulosa e della lignina, che influisce direttamente sulla capacità portante del materiale. Le formulazioni moderne, conformi alla ДСТУ Б В.2.7-19:2009, sono sottoposte a un rigoroso controllo di neutralità chimica.

Per quanto riguarda la durabilità, il fattore chiave è la resistenza dell’ignifugo al dilavamento. Gli ignifughi salini che non hanno subito un’ulteriore fissazione possono dilavarsi gradualmente dal legno per effetto delle precipitazioni atmosferiche o della condensa, in particolare nei nodi non ermetici. Ciò comporta una riduzione della loro efficacia nel tempo e richiede il rinnovo periodico della protezione. Gli ignifughi non salini e fissanti, in particolare quelli applicati mediante impregnazione in autoclave, garantiscono una protezione a lungo termine, che può conservarsi per 20-30 anni e oltre senza una significativa riduzione delle proprietà ignifughe.

Inoltre, occorre considerare l’influenza degli ignifughi sulla resistenza alla corrosione dei fissaggi metallici nei nodi. Alcune formulazioni saline possono accelerare la corrosione dell’acciaio. Pertanto, per i nodi con elementi metallici si raccomanda di utilizzare ignifughi a bassa attività corrosiva o di impiegare fissaggi metallici protetti (zincati, in acciaio inossidabile). Garantire un’adeguata ventilazione nei nodi riduce inoltre il rischio di corrosione e dilavamento. Tutti questi aspetti sottolineano la necessità di un approccio integrato alla scelta e all’applicazione degli ignifughi, e non solo l’attenzione alla sicurezza antincendio.

Una protezione antincendio efficace delle strutture in legno inizia nella fase di progettazione. Gli approcci moderni richiedono l’integrazione del trattamento ignifugo e di altre misure antincendio nel concetto generale dell’edificio, spesso mediante l’uso delle tecnologie di modellazione informativa degli edifici (BIM). Il BIM consente non solo di visualizzare le strutture, ma anche di gestire le informazioni sui materiali, le loro proprietà e i requisiti di trattamento.

L’integrazione della protezione antincendio nel modello BIM comprende:

• Impostazione dei parametri di resistenza al fuoco: per ogni elemento e nodo in legno del modello è possibile impostare la classe di resistenza al fuoco necessaria (ad esempio, REI 45), il tipo di legno e le sue caratteristiche. Ciò consente di controllare automaticamente la conformità del progetto ai requisiti normativi della ДБН В.1.1-7:2016.
• Definizione della zona e del metodo di trattamento: nel modello BIM è possibile indicare graficamente le aree che necessitano di trattamento ignifugo, specificare il tipo di ignifugo (ad esempio, salino di gruppo I o intumescente) e il metodo di applicazione (applicazione superficiale, impregnazione profonda). Ciò riduce al minimo i rischi di errore in cantiere e semplifica il controllo qualità.
• Calcolo dei costi e delle risorse: sulla base delle informazioni presenti nel modello è possibile calcolare automaticamente la quantità necessaria di ignifugo per le diverse zone, il costo dei lavori e i tempi di esecuzione. Ciò aiuta a ottimizzare il budget del progetto ed evitare costi imprevisti.
• Dettaglio dei nodi: nel modello BIM è possibile creare modelli 3D dettagliati dei nodi di fissaggio critici, tenendo conto degli strati di protezione ignifuga, il che consente a ingegneri e installatori di comprendere chiaramente la sequenza dei lavori e i requisiti dei materiali. Ciò è particolarmente importante per le giunzioni complesse, dove l’interazione tra legno, metallo e rivestimenti ignifughi è cruciale.

Un approccio integrato, realizzato tramite il BIM, consente non solo di aumentare la sicurezza antincendio dell’edificio, ma anche di ottimizzare l’intero ciclo di vita dell’edificio, dalla progettazione all’esercizio. Ciò aiuta anche a evitare gli errori tipici legati alla trascuratezza dei dettagli della protezione antincendio, che possono avere conseguenze catastrofiche. Tenere conto di questi aspetti nelle fasi iniziali della progettazione è garanzia di una costruzione di successo e sicura degli edifici in legno.

Esaminiamo un esempio pratico di garanzia della resistenza al fuoco per un edificio residenziale plurifamiliare nella regione dei Carpazi, costruito con pannelli XLAM. Per questo edificio è stato stabilito un requisito di resistenza al fuoco delle strutture portanti non inferiore a REI 45. Particolare attenzione è stata dedicata ai nodi di giunzione tra i pannelli XLAM delle pareti e i solai e le pareti esterne.

Dati di partenza:

• Struttura: pareti e solai in pannelli XLAM di spessore 140 mm.
• Nodi di fissaggio: le giunzioni dei pannelli XLAM sono realizzate mediante viti autofilettanti di grande diametro e piastre di ancoraggio metalliche.
• Regione: Carpazi – caratterizzata da umidità elevata, che richiede l’uso di ignifughi resistenti al dilavamento.
• Requisito: REI 45 per tutti gli elementi portanti.

Soluzione e tecnologia di trattamento:

1. Scelta dell’ignifugo: è stato selezionato un ignifugo intumescente di gruppo di efficacia II, resistente al dilavamento, che riscaldandosi forma uno strato termoisolante rigonfiante. Questo tipo di ignifugo è ideale per i nodi, poiché non ne altera la geometria in condizioni normali, ma agisce attivamente in caso di incendio. La resa era di 700 g/m² per raggiungere lo spessore necessario dello strato protettivo.
2. Trattamento dei nodi in fabbrica: nella fase di produzione dei pannelli XLAM, le zone adiacenti ai nodi (circa 200 mm dal bordo) sono state trattate con impregnazione profonda sotto pressione con un ignifugo salino di gruppo I. Ciò ha garantito un livello di protezione di base contro la pirolisi nelle fasi iniziali dell’incendio.
3. Trattamento finale in cantiere: dopo il montaggio di tutti i pannelli XLAM e la formazione dei nodi, tutti i fissaggi metallici visibili e le superfici in legno adiacenti (a una distanza di 100 mm) sono stati trattati ulteriormente con ignifugo intumescente mediante verniciatura in due strati. Ciò ha garantito uno strato esterno di protezione, che si espande alle alte temperature, sigillando le fessure e proteggendo gli elementi metallici da un rapido riscaldamento.
4. Controllo qualità: dopo l’essiccazione, la qualità del rivestimento è stata verificata visivamente per uniformità e assenza di lacune. Sono state effettuate misurazioni a campione dello spessore dello strato di ignifugo, nonché un controllo visivo per la corrosione degli elementi metallici, aspetto importante secondo la ДБН В.1.1-7:2016.

Risultato: grazie all’approccio combinato (impregnazione profonda in fabbrica e trattamento superficiale intumescente in cantiere), è stato possibile raggiungere la classe di resistenza al fuoco REI 45 per tutti i nodi critici, come confermato da prove certificate su campioni analoghi ai nodi di progetto.