TEST DI RESISTENZA AL FUOCO DELLE CONNESSIONI STRUTTURALI IN ACCIAIO HILTI

La sicurezza antincendio nell’edilizia rappresenta un aspetto fondamentale dell’ingegneria strutturale. Le strutture in acciaio, pur offrendo un’elevata resistenza e durabilità, sono vulnerabili alle temperature estreme, le quali possono comprometterne l’integrità. A temperature elevate, l’acciaio subisce una riduzione della propria capacità portante, con conseguenti possibili cedimenti strutturali catastrofici. Per mitigare tali rischi, vengono adottati vari metodi di protezione antincendio, tra cui i sistemi di protezione passiva al fuoco, come rivestimenti intumescenti resistenti al fuoco e materiali isolanti.

Hilti ha ora testato il proprio sistema modulare MT installato su travi rivestite con sistemi di protezione passiva al fuoco al fine di valutarne gli effetti in termini di temperatura e resistenza al fuoco delle strutture in acciaio. Questo studio analizza la resistenza al fuoco di due componenti: la piastra di base Hilti MT-B-GXL S3 OC e il profilo scatolare Hilti MT-90 OC. Tali sistemi sono stati valutati in termini di capacità di resistere alle alte temperature e di mantenere la stabilità meccanica fino a 120 minuti durante l’esposizione al fuoco.

La prova di resistenza al fuoco è stata condotta in conformità alla norma europea EN 1363-1:2020 e ai principi della norma EN 13381-8, la quale definisce le modalità di valutazione delle prestazioni del prodotto in caso di incendio. La prova è stata eseguita nel novembre 2024 presso un laboratorio indipendente terzo. I provini sono stati esposti al fuoco su tre lati, monitorando la temperatura in più punti per valutare il comportamento termico dei materiali e delle connessioni.

La configurazione di prova comprendeva dieci travi corte in acciaio a sezione H, protette con sistemi di protezione al fuoco e dotate di connessioni Hilti. I campioni sono stati selezionati per rappresentare le massività dei profili più comunemente utilizzate nei progetti dell'Europa settentrionale e centrale.

L’obiettivo principale era determinare in che misura tali sistemi di connessione influenzino la resistenza al fuoco complessiva degli elementi strutturali in acciaio attraverso il trasferimento di calore. La prova è stata eseguita senza accreditamento secondo la norma EN ISO/IEC 17025, poiché non esiste un metodo standardizzato per valutare l’influenza specifica delle sottostrutture sulla resistenza al fuoco.

Il test ha incluso due sistemi di connessione:

1. Piastra base Hilti MT-B-GXL S3 OC fissata a una trave in acciaio HEB 260 mediante morsetti per travi MT-BC-GU M16 OC. Il sistema è costituito da una piastra base, un profilo scatolare (trave) e piastre di collegamento, assemblati mediante bulloni e angolari.

Figura 1: Configurazione originale della protezione al fuoco della piastra base MT-B-GXL S3 OC.

2. Profilo scatolare Hilti MT-90 OC (trave) fissato a una trave in acciaio HEA 300 mediante morsetti per travi MT-BC-GXL T OC. Quest’ultimo elemento comprende un meccanismo di fissaggio con cavallotto a U, una piastra di appoggio e ganasce di serraggio.

Figura 2: Configurazione originale della protezione al fuoco del profilo scatolare MT-90 OC.

Ogni sistema di connessione è stato sottoposto a diverse soluzioni di protezione al fuoco, tra cui:

• Isolamento in lana minerale a bassa densità (40 kg/m³): inserito in alcuni campioni per valutarne l’effetto isolante.

• Rivestimenti resistenti al fuoco: sono state testate due tipologie di rivestimento intumescente:

  • comune rivestimento a base solvente, utilizzato principalmente nell’Europa settentrionale;

  • comune rivestimento a base acqua, utilizzato principalmente nell’Europa centrale.

• Tutte le travi in acciaio sono state preparate mediante sabbiatura e applicazione di un primer in vista dell’applicazione del rivestimento intumescente.

• I sistemi MT sono stati rivestiti con Xilolo e sottoposti a levigatura manuale per garantire una buona adesione del rivestimento.

Entrambi i sistemi di connessione sono stati testati nei seguenti scenari, al fine di valutare gli effetti del trasferimento di calore sulla struttura primaria in acciaio:

1. Sistemi di connessione Hilti con lana minerale all'interno del profilo scatolare e rivestimento esterno sulla piastra di base o sul profilo scatolare a contatto con le travi protette mediante sistemi di protezione passiva al fuoco e con morsetti e dadi rivestiti.

Figure 3, 4: MT-B-GXL S3 OC e MT-90 OC con lana minerale all'interno e rivestimento di protezione al fuoco applicato a tutti gli elementi, inclusi morsetti per travi, dadi e bulloni.

2. Sistemi di connessione Hilti senza rivestimento aggiuntivo di protezione al fuoco, installati su travi rivestite con sistemi di protezione passiva al fuoco.

Figure 5, 6: MT-B-GXL S3 OC e MT-90 OC senza rivestimento aggiuntivo di protezione al fuoco.

3. Sistemi di connessione Hilti con rivestimento di protezione al fuoco applicato esclusivamente alla piastra di base o al profilo scatolare, a contatto con travi protette mediante sistemi di protezione passiva al fuoco.

^{Figure 7, 8: MT-B-GXL S3 OC e MT-90 OC con rivestimento di protezione al fuoco sulla piastra base e sul profilo scatolare.}

Durante la prova sono state raccolte diverse osservazioni in merito al comportamento al fuoco dei sistemi di connessione e in particolare riguardo lo sviluppo delle temperature:

• Le temperature dell’acciaio variavano in funzione della presenza di rivestimenti protettivi e materiali isolanti.

• Si sono osservati aumenti significativi delle temperature nei campioni non rivestiti, i quali dopo 60 minuti hanno raggiunto valori di circa 100 °C superiori rispetto ai campioni protetti, confermando la necessità di misure di rivestimento.

• I campioni completamente rivestiti e isolati con lana minerale presentavano, in corrispondenza delle connessioni, temperature inferiori a quelle rilevate sulla trave.

• Il rivestimento protettivo di base, applicato esclusivamente alla piastra di base o al profilo scatolare, senza lana minerale e senza rivestimento di morsetti e dadi, ha mostrato una differenza di temperatura trascurabile, pari a circa l’1% rispetto alla trave.

  

  Figura 9: MT-B-GXL S3 OC dopo la prova al fuoco.

Poiché la configurazione 1, con lana minerale all’interno del profilo scatolare e rivestimento completo della piastra di base o del profilo scatolare, rappresenta una soluzione allo stato dell’arte, il risultato ottenuto è stato assunto come riferimento. Tale configurazione richiede ulteriori lavorazioni in cantiere, necessarie per garantire che tutti i componenti siano completamente rivestiti dopo l’installazione.

La configurazione 2, costituita invece da un sistema di supporto privo di rivestimento aggiuntivo di protezione al fuoco, rappresenta lo scenario più sfavorevole dal punto di vista del trasferimento di temperatura dalla struttura secondaria a quella primaria in acciaio.

La questione principale era quindi verificare se la configurazione 3 potesse rappresentare una soluzione efficace per la struttura primaria in acciaio rivestita, evitando sia l’applicazione di rivestimenti aggiuntivi sia l’inserimento di ulteriore lana minerale all’interno dei profili scatolari MT, operazioni che richiedono una preparazione aggiuntiva in cantiere.

I risultati delle prove hanno evidenziato differenze significative nella resistenza al fuoco tra le diverse strategie di protezione:

• I campioni con lana minerale all’interno del profilo e dadi rivestiti hanno mostrato un migliore comportamento termico, riducendo l’aumento di temperatura nei componenti in acciaio.

• I rivestimenti intumescenti hanno ritardato efficacemente la penetrazione del calore.

• Gli elementi di connessione non protetti, come bulloni e rondelle, hanno mostrato una maggiore vulnerabilità al rapido aumento della temperatura.

I risultati indicano che l’isolamento svolge un ruolo fondamentale nel mantenere temperature più basse all’interno degli elementi strutturali. Hilti ha valutato diversi prodotti ed è in grado di supportare, insieme ai propri partner, l’individuazione della soluzione più adeguata.

I risultati delle prove evidenziano l’importanza di strategie integrate di protezione al fuoco per le connessioni strutturali in acciaio. Le prove dimostrano che un’estensione cautelativa del rivestimento protettivo, realizzata fuori cantiere, è una soluzione adeguata e comporta variazioni trascurabili della temperatura della trave primaria.

Questo approccio consente di ottimizzare i flussi di lavoro, ridurre la gestione della vernice ancora umida in cantiere e contenere costi e tempi di lavorazione.

Studi futuri potrebbero analizzare materiali alternativi per la protezione al fuoco e valutarne la durabilità a lungo termine in condizioni reali di utilizzo. Questi risultati contribuiscono al continuo sviluppo di strutture in acciaio più sicure in ambienti a rischio incendio.

Per maggiori informazioni, rivolgiti agli esperti Hilti e scopri gli altri altricoli dedicati a questo tema.