Una fornace per costruzioni in legno sicure

In Svizzera le costruzioni in legno stanno vivendo una rinascita. I ricercatori dell'ETH del campus di Hönggerberg testano componenti in legno per la costruzione di edifici di tutte le dimensioni con un simulatore di incendio. Il forno realizzato su misura consente simulazioni di scenari di incendio realistici.

Non tutti gli incendi negli edifici si sviluppano allo stesso modo. Il materiale infiammabile prende fuoco, la temperatura aumenta e il fuoco cresce e si diffonde. Le dimensioni e le caratteristiche del compartimento, il carico di incendio, la temperatura e la concentrazione di ossigeno nella camera di combustione ne influenzano lo sviluppo.

L'ultima acquisizione dell'Istituto di ingegneria strutturale del Dipartimento di ingegneria civile, ambientale e geomatica dell'ETH di Zurigo ha lo scopo di mostrare come si comportano le strutture in legno in diversi scenari di incendio. Le conoscenze acquisite contribuiranno ad espandere le potenziali applicazioni del legno come materiale da costruzione sicuro e sostenibile.

Il forno sviluppato appositamente per le simulazioni di incendio, compresi i lavori di ristrutturazione dell'edificio, costa circa 2,5 milioni di franchi, ha un aspetto robusto e si trova nell'edificio del riscaldamento del campus di Hönggerberg. È costituito da un cubo metallico rinforzato con travi d'acciaio con una camera di combustione alta un metro, larga un metro e lunga quasi 1,7 metri.

Il simulatore di incendio è controllato da dieci bruciatori a gas fissati a metà uguali sui due lati lunghi. Possono riscaldare il forno fino a oltre 1.400 gradi Celsius. I test vengono registrati con diverse telecamere all'esterno della camera di combustione ed è possibile analizzare anche la composizione dei gas di combustione.

"Possiamo programmare la temperatura del forno esattamente a tre gradi e fare lo stesso con l'ossigeno nel forno", spiega orgoglioso Andrea Frangi. Durante il test anche i componenti in legno e altri comuni materiali da costruzione possono essere ingombrati fino a 50 tonnellate. Il professore di strutture in legno ha avviato l'acquisizione del simulatore di incendio ed è stato coinvolto nella definizione delle sue specifiche. "Il forno ci permette di simulare diversi scenari di incendio e di studiarne l'impatto sulle strutture in legno."

In Svizzera le costruzioni in legno sono in forte espansione e gli edifici crescono. A Regensdorf, Zugo, Winterthur e Zurigo sono attualmente previsti o già in costruzione grattacieli in legno con un'altezza compresa tra 75 e 108 metri. Se ciò sia possibile lo si deve anche a un lavoro di ricerca pluridecennale, come quello svolto dal gruppo di Frangi con il simulatore di incendio. Nuovi prodotti da costruzione e tecnologie per il collegamento di componenti in legno facilitano anche costruzioni sempre più grandi e insolite.

Prima del 2004 in Svizzera erano consentite solo costruzioni a due piani con struttura in legno. Dal 2005 la soglia è stata elevata a sei piani, e dal 2015 di fatto non esiste più un limite massimo. "I grattacieli previsti sono senza dubbio progetti di punta", afferma Frangi. "Tuttavia, il legno si è affermato da tempo come materiale da costruzione per edifici di media altezza e attrae per il suo buon rapporto qualità-prezzo, sostenibilità e sicurezza."

Quest’ultima cosa può sorprendere, ma mentre le travi in ​​acciaio possono deformarsi e di conseguenza diventare instabili in caso di incendio, le costruzioni in legno possono mantenere la loro integrità strutturale più a lungo.

La capacità portante di una trave di legno in caso di incendio è determinata fondamentalmente dalle sue dimensioni. Se la trave brucia, circa quattro centimetri all'ora, si trasformano da legna in carbonella sulle facce esposte al fuoco. Potenziali punti deboli sono gli elementi di collegamento e i dettagli costruttivi. Per espandere le potenziali applicazioni delle moderne costruzioni in legno, Andrea Frangi e il suo team desiderano studiare ulteriormente il comportamento alla combustione degli elementi strutturali in legno e dei collegamenti in condizioni realistiche. "Il settore edile è responsabile di gran parte delle emissioni dannose per il clima. Con la nostra ricerca possiamo contribuire a garantire che una quota ancora maggiore del legno, risorsa rinnovabile e a risparmio di CO2, venga utilizzata come materiale da costruzione", afferma Frangi.