Sull’effetto della lunghezza della campata sulla classe di resistenza al fuoco delle lastre in calcestruzzo post-tese

Perché il fuoco e la lunghezza della campata contano

Gli edifici moderni spesso si basano su solai in calcestruzzo sottili ed eleganti che possono coprire autorimesse, appartamenti o uffici open space senza molte colonne di sostegno. Queste grandi luci sono comode e gradevoli dal punto di vista estetico, ma possono risultare più vulnerabili in caso di incendio. Questo studio pone una domanda pratica: man mano che spingiamo le lastre a coprire campate maggiori, esse restano comunque sicure a sufficienza in un incendio serio per consentire l’evacuazione delle persone e il lavoro dei vigili del fuoco?

Solai sottili, acciaio nascosto e aumento del calore

Le lastre in calcestruzzo post-tese sembrano solai comuni, ma contengono cavi in acciaio ad alta resistenza, o tendini, che vengono tensionati per mantenere la lastra in una leggera curvatura. Poiché questo sistema è molto efficiente, le lastre possono essere rese più sottili pur sostenendo carichi quotidiani elevati. Tuttavia, in un incendio le lastre sottili si riscaldano più rapidamente e i tendini interrati sono particolarmente sensibili alle alte temperature. Quando questi tendini si surriscaldano, la loro resistenza cala rapidamente e la lastra può inflessionarsi o addirittura cedere. I codici di sicurezza antincendio cercano di prevenire ciò assegnando a ogni solaio una classe di resistenza al fuoco (FRR), solitamente espressa in minuti, ma quelle classificazioni si basano spesso su prove idealizzate che potrebbero non riflettere completamente gli edifici reali.

Testare solai virtuali in incendi realistici

I ricercatori hanno usato sofisticate simulazioni al computer per esplorare come la lunghezza della campata influisca sulle prestazioni in incendio. Hanno modellato lastre monodirezionali post-tese con tendini sconnessi che spaziavano 4, 6 e 8 metri, progettate per carichi residenziali tipici. Ogni lastra è stata esposta dal basso a una curva standard d’incendio di laboratorio e a quattro scenari di incendio più realistici, detti naturali, che includono fasi di riscaldamento e raffreddamento e tengono conto di fattori come carico di combustibile, ventilazione e intervento antincendio. I test virtuali hanno tracciato come le temperature si propagano nel calcestruzzo, quanto si scaldano i tendini e quanto si deformano, o inflessionano, le lastre nel tempo. Sono stati verificati diversi criteri di collasso, inclusa la temperatura dei tendini, l’inflessione complessiva e la rapidità con cui quell’inflessione aumentava.

Campate più lunghe, tempo di sopravvivenza più breve

Le simulazioni dipingono un quadro chiaro: all’aumentare della lunghezza della campata, il tempo in cui una lastra può resistere in sicurezza all’incendio diminuisce in modo chiaramente non lineare. Sotto la curva standard, le lastre più corte da 4 metri si avvicinavano quasi alle classificazioni previste dai codici, ma le lastre da 6 e 8 metri non raggiungevano i requisiti, soprattutto se giudicate in base a quanto rapidamente cominciavano ad inflessionarsi. Negli incendi naturali realistici le prestazioni risultavano ancora più preoccupanti. In tre dei quattro tipi di incendio naturale, le lastre più lunghe hanno perso una grande frazione della FRR attesa—circa il 40% in meno di tempo di resistenza per la lastra da 6 metri e quasi il 50% in meno per quella da 8 metri in alcuni casi. Nelle lastre corte il collasso tendeva a essere governato dal raggiungimento di una temperatura critica dei tendini. Nelle lastre lunghe, tuttavia, il problema principale era l’eccessiva e accelerante deformazione: iniziavano a flettersi troppo e troppo rapidamente, prima ancora che i tendini raggiungessero il limite di temperatura.

Curve d’incendio, copriferro e lacune del codice

Lo studio mette anche in evidenza le debolezze delle regole di progettazione vigenti. Le curve standard d’incendio come la ISO 834, che riscaldano in modo costante ma non prevedono un raffreddamento, spesso stimano tempi di sopravvivenza maggiori rispetto a profili di incendio più realistici che includono un picco e una fase di raffreddamento. Per le lastre post-tese studiate qui, affidarsi solo alla curva standard potrebbe dare un falso senso di sicurezza in alcuni scenari. Aumentare il copriferro che circonda i tendini da 30 a 40 millimetri ha effettivamente migliorato la resistenza al fuoco rallentando il trasferimento di calore, ma non tanto quanto assumono alcune norme—di gran lunga meno dei 30 minuti extra per centimetro implicati da taluni orientamenti. Complessivamente, i calcoli hanno mostrato che rispettare semplicemente i requisiti minimi di copriferro non garantisce che una lastra post-tesa a grande luce raggiunga effettivamente la classe di resistenza al fuoco prevista.

Uno strumento semplice per guidare luci più sicure

Sulla base dei risultati delle simulazioni, gli autori hanno proposto relazioni matematiche semplici che collegano lunghezza della campata e scenario d’incendio al tempo di resistenza al fuoco atteso per queste lastre. Quando hanno usato questo approccio per prevedere le prestazioni di una lastra da 10 metri e poi hanno modellato direttamente quella lastra, le classi di resistenza previste e simulate sono risultate molto vicine. Ciò suggerisce che il metodo può aiutare i progettisti a stimare rapidamente quanta resistenza al fuoco sia probabile per grandi luci e se siano necessari solai più spessi, rinforzi aggiuntivi o scenari d’incendio diversi nelle loro progettazioni basate sulle prestazioni.

Cosa significa per gli edifici reali

Per i non specialisti, il messaggio è semplice: i solai lunghi e sottili in calcestruzzo post-teso sono efficienti ma possono essere sorprendentemente vulnerabili in un incendio serio, specialmente in condizioni realistiche piuttosto che in curve di prova ideali. All’aumentare delle campate, i solai possono cedere non solo perché l’acciaio nascosto diventa troppo caldo, ma perché le lastre cominciano a inflessionarsi troppo e troppo in fretta. Lo studio suggerisce che i codici edilizi e le pratiche di progettazione dovrebbero prestare maggiore attenzione alla lunghezza della campata, a scenari d’incendio realistici e al comportamento per inflessione—non solo alla temperatura dell’acciaio—quando si assegnano le classi di resistenza al fuoco. Così facendo si può contribuire a garantire che gli spazi ariosi e privi di colonne che apprezziamo rimangano sicuri se dovesse scoppiare un incendio.

Citazione: Hajiheidari, R., Behnam, B. On the effect of span length on the fire resistance rating of post-tensioned concrete slabs. Sci Rep 16, 6254 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36325-4

Parole chiave: classe di resistenza al fuoco, lastre in calcestruzzo post-tese, solai a grande luce, sicurezza strutturale al fuoco, scenari di incendio naturali