Il progetto delle coperture

Il progetto delle coperture

L'assenza di una fase progettuale nell'ambito delle coperture può provocare una scorretta analisi delle esigenze e dei requisiti prestazionali e dunque una scorretta composizione della copertura. Per far fronte a questo problema si devono seguire passo per passo tutte le fasi del processo di progettazione.

Fasi del processo di progettazione

• Definizione delle condizioni al contorno (destinazione d'uso della copertura, geometria, destinazione d'uso e requisiti ambientali dell'ambiente confinato, condizioni climatiche)
• Progetto dei requisiti
• Progetto della tipologia e schema funzionale
• Progetto degli elementi primari
• Progetto degli strati secondari
• Progetto della compartimentazione e del sistema di smaltimento delle acque meteoriche

Per quanto riguarda lo studio delle condizioni al contorno si deve definire:

• Individuazione della destinazione d'uso delle coperture (non pedonabile, pedonabile, carrabile, a verde)
• Individuazione della geometria (piana, a falda)
• Destinazione d'uso e requisiti ambientali dell'ambiente confinato (temperatura operante, livello sonoro, umidità relativa)
• Condizioni climatiche (temperature, ventosità, umidità)

Requisiti fondamentali

I requisiti che devono essere rispettati assolutamente sono: resistenza meccanica ai carichi statici e dinamici, comportamento in fase di incendio (reazione al fuoco e resistenza al fuoco), resistenza agli agenti chimici, biologici e radiativi, resistenza al gelo, resistenza agli urti, tenuta all'acqua, permeabilità all'aria, isolamento termico, controllo del rischio di condensazione interstiziale, isolamento acustico e contenimento dei consumi energetici.

Resistenza meccanica ai carichi statici e dinamici

Si tratta di un requisito della classe "sicurezza" definito per legge. I valori variano a seconda della destinazione d'uso della copertura, della tecnologia utilizzata e delle condizioni climatiche e del sito quali neve, vento, sisma ecc. Gli elementi che vengono presi in considerazione per l'analisi sono: elemento portante, elemento termoisolante, strato di ripartizione dei carichi, strato di finitura.

La destinazione d'uso comporta uno specifico carico variabile, definito per legge. Le condizioni climatiche comportano uno specifico carico variabile, definito per legge e calcolabile in funzione del sito, della geometria dell'edificio e della copertura. Si deve sempre tenere conto che i carichi presenti in copertura vengono trasmessi all'elemento portante tramite il pacchetto degli strati ed elementi della copertura che, quindi, essi devono essere in grado di assolvere a questo compito.

In particolare gli elementi particolarmente sensibili sono l'elemento termoisolante, lo strato di distribuzione dei carichi e lo strato di finitura. Il progettista deve:

• Calcolare le azioni specifiche dovute alla destinazione d'uso, alla neve, al vento e al sisma ed effettuare il dimensionamento dell'elemento portante
• Individuare, per tutti gli elementi e gli strati soggetti all'azione del vento, le modalità di vincolo al fine di evitare dislocazione e deformazioni eccessive, dimensionando, di conseguenza, il sistema degli ancoraggi (chimici o meccanici) o zavorramenti
• Verificare, per tutti gli strati, che i carichi statici e dinamici non provochino dislocazioni o deformazioni locali eccessive sugli strati ed elementi sottostanti, dimensionando o specificando le caratteristiche meccaniche di ogni singolo elemento/strato

Riferimenti normativi: Decreto ministeriale 10/01/2008 e UNI 11442 – Criteri per il progetto della resistenza al vento di coperture continue.

Dati progettuali in uscita: Combinazione delle azioni SLU e SLE e deformazioni massime (in genere agli SLE, caratteristica) sia dell'elemento portante, in termini di freccia, che di altri elementi ritenuti importanti, in termini di riduzione di spessore (es. elemento termoisolante) o di efficienza (es. lamiere per elementi di tenuta).

Neve

Molto importante è il carico da neve sulle coperture che può provocare gravi problemi. Sono utilizzati dei dispositivi paraneve che hanno lo scopo e la funzione di frenare la caduta di blocchi di neve in modo che la loro caduta non rappresenti un pericolo per le persone e per le cose; proteggere il canale di gronda dalla spinta dei blocchi di neve e impedire l'accumulo di neve nelle gronde.

Criteri di posa

• Le tegole paraneve devono essere fissate al listello di supporto mediante opportuno ancoraggio e devono essere distribuite sulla falda a scacchiera o in file parallele alla linea di gronda tenendo presente della pendenza della falda; della zona geografica o microclima locale e l'altitudine sul livello del mare alla quale si trova il fabbricato.

Vento

Il vento rappresenta un altro fattore che deve essere preso in considerazione durante l'analisi. Le regioni italiane sono catalogate in gruppi ad ognuno dei quali è collegato una rispettiva velocità media del vento che va da 31 m/s a 25 m/s. Quando definisco questo valore devono anche tenere conto dell'altitudine a cui mi trovo. Valuto sia la pressione del vento, sia la pressione cinetica di riferimento data da due espressioni diverse:

• Espressione del vento P=q c c cb e p d b²
• Espressione cinetica di riferimento q : 1/2 pv (p: densità dell'aria / v: velocità del vento)

Il coefficiente di esposizione del vento dipende dall'altezza Z sul suolo del punto considerato, dalla topografia del terreno e dalla categoria di esposizione del sito ove sorge la costruzione. In assenza di analisi specifiche che tengano in conto la direzione di provenienza del vento e l'effettiva scabrezza e topografia del terreno che circonda la costruzione, per altezze sul suolo non maggiore di Z=200m.

Esistono 5 classi di appartenenza I, II, III, IV e V. Il coefficiente di esposizione è indicato con la lettera C. Nelle zone di discontinuità della forma esterna della costruzione, possono insorgere fenomeni locali di separazione di scia e distacco dei vortici, tali da incrementare sensibilmente il valore assoluto del coefficiente di pressione. Si deve fare riferimento alla UNI EN 1991-1-4. In assenza di specifiche valutazioni, tali fenomeni potranno essere considerati attribuendo al coefficiente di pressione esterna un valore C_pe = - 1,8.

A seconda della geometria della copertura si ha una differente suddivisione dei campi di copertura.

Note importanti

L'azione del vento è presente su tutti gli elementi della copertura. In particolare è necessario evitare che essi vengano dislocati. È quindi necessario progettare ogni interfaccia fra gli elementi in maniera tale che essi possano sopportare l'azione del vento e trasmetterla fino all'elemento resistenza, cioè quello portante. Per le coperture continue il calcolo viene fatto seguendo quanto scritto all'interno della norma UNI 11442.

UNI 11442

Le tipologie di vincolo rispetto all'azione del vento sono tre: vincolo meccanico, vincolo per zavorramento, vincolo per adesione.

• Sistema generale di vincolo di copertura: sistema costituito da tutti gli elementi che concorrono a fare in modo che tutta la copertura nel suo complesso, possa resistere all'azione di vento di progetto.
• Sistema di vincolo meccanico: sistema che permette di contrastare l'azione del vento tramite fissaggi puntuali o lineari vincolati a un supporto resistente all'azione del vento (a esempio elemento portante, strato di pendenza). Esso è generalmente composto da un'asta di fissaggio con o senza tassello e da una placchetta o un manicotto. Il sistema di vincolo meccanico può essere o di tipo passante attraverso l'elemento di tenuta o di tipo non passante a induzione. Il sistema di vincolo per induzione è ottenuto mediante adesione per saldatura della membrana impermeabilizzante alla superficie superiore della placchetta di fissaggio, opportunamente trattata e vincolata all'elemento portante.
• Sistema di vincolo per zavorramento: sistema che permette di contrastare l'azione del vento tramite l'azione della forza peso dovuta a uno strato di zavorra.
• Sistema di vincolo per adesione: sistema che permette di contrastare l'azione del vento tramite l'interazione chimica o fisica fra gli elementi sovrapposti.

Le tipologie di materiale generalmente utilizzato per i fissaggi meccanici puntuali possono essere ad esempio, le seguenti: acciaio al carbonio, acciaio inossidabile (matricola 1.4301 o superiore – vedere norma UNI EN 10088-3); nylon con asta in acciaio, polipropilene, poliammide.

Il vincolo deve essere progettato in modo tale da avere la capacità di resistere alle sollecitazioni dinamiche causate dall'azione del vento, senza rotture del sistema che possono riguardare:

• Elementi di fissaggio puntuale o lineare: mediante rottura dell'asta di fissaggio (per trazione assiale, dovuta al superamento della relativa resistenza di rottura del materiale - per taglio, dovuta al superamento della resistenza di rottura del materiale – per flessione, dovuta al superamento della relativa resistenza di rottura del materiale – per compressione, dovuta al superamento della relativa resistenza di rottura del materiale). Mediante rottura/distacco della placchetta/manicotto dall'asta del fissaggio per rottura della placchetta/manicotto, dovuta ai vari meccanismi.
• Il collegamento tra i fissaggi puntuali o lineare e l'elemento portante o, in genere, l'elemento di contrasto all'azione del vento (ad esempio l'elemento di supporto): mediante il distacco dell'asta di fissaggio dall'elemento portante/elemento di contrasto: per estrazione della sola asta del fissaggio, dovuta al superamento del contratto del valore pull-out oppure per svitamento del fissaggio dovuto ad azione pulsante del vento sulla membrana.
• La giunzione tra membrane a causa dell'apertura del giunto di sovrapposizione tra membrane.
• La membrana: per rottura della membrana attorno alla placchetta (sbottonamento); per distacco della membrana impermeabilizzante della placchetta e per lacerazione della membrana in corrispondenza del fissaggio.

Metodo di calcolo base del numero di fissaggi per vincolo meccanico dell'elemento di tenuta

Il numero di fissaggi per unità di superficie è determinabile secondo la seguente formula:

N = F / W_{w adm}

Dove F è l'azione del vento di progetto per unità di superficie, generalmente valutata in N/m², e W_{w adm} è il valore della resistenza all'azione del vento del sistema composto dalla membrana, dal fissaggio e dal supporto, individuabile secondo quanto indicato al punto precedente.