Laboratorio di Componenti e Sistemi Edilizi e Impiantistici - Appunti e riassunto lezioni

Le tipologie strutturali e le fondazioni

Le strutture a parete portante possono essere longitudinali e trasversali e, a differenza delle strutture con travi e pilastri, non sono presenti elementi puntuali ma elementi continui in entrambe le direzioni che trasmettono i carichi su tutta la superficie, generando un effetto scatola che rende impossibile la realizzazione di ambienti openspace.

Le strutture puntiformi sono costituite da telai di travi e pilastri, eventualmente irrigiditi da controventi per resistere alle sollecitazioni orizzontali, i quali portano i carichi. Il successo di questi tipi di struttura rispetto a quelli a parete portante è dovuto alla diffusione dell’acciaio e del calcestruzzo armato. Infatti, vengono distinti in strutture in calcestruzzo armato, ovvero gettate in opera o prefabbricate, in acciaio, ovvero realizzate in carpenteria metallica, e in legno, per lo più prefabbricate.

Il calcestruzzo è un materiale conglomerato composto da cemento, sabbia, ghiaia e acqua, che ha una buona resistenza a compressione ma una pessima resistenza a trazione, motivo per cui viene combinato con il ferro, in genere sotto forma di barre tonde nervate, e insieme garantiscono una buona resistenza meccanica complessiva.

Le fondazioni

Le fondazioni hanno lo scopo di trasferire al terreno i carichi dell’edificio. Il problema principale delle fondazioni sono i cedimenti differenziali, ovvero il cedimento della superficie sulla quale poggiano le fondazioni e per la quale si è obbligati ad abbattere l’edificio.

È quindi necessario studiare i diversi comportamenti del terreno alle sollecitazioni definendo quindi gli strati omogenei ai quali le fondazioni dovranno raggiungere. Le fondazioni possono essere dirette, ovvero si appoggiano su strati superficiali, o indirette, ovvero raggiungono strati profondi siccome quelli superficiali non garantiscono la portanza.

Le fondazioni dirette si distinguono in:

• Travi discontinue: plinti isolati non connessi tra loro dato che il terreno garantisce la loro stabilità.
• Travi continue: plinti collegati da un reticolo di travi o di cordoli e platee, ovvero grandi piastre armate che distribuiscono il carico su un terreno poco resistente. Quest’ultima soluzione è indicata quando gli strati omogenei sono molto profondi o quando sono necessari plinti troppo grandi. Nel caso delle platee si risolve in parte il problema dei cedimenti differenziali in quanto affinché accadano è necessario che l’intero spessore della fondazione ceda.
• Combinazione di travi continue e discontinue

Per le fondazioni indirette si impiegano pali infissi, o gettati in opera con l’armatura, in profonde buche generate da una trivella fino a raggiungere superfici di terreno migliori come rocce o ghiaie. È una soluzione applicata anche se si hanno superfici “buone” ma carichi dell’edificio elevati.

Le operazioni di reinterro si eseguono contro muri o fondazioni per riempire gli scavi e per ottenere il profilo desiderato del terreno in modo da compattarlo ed evitare cedimenti differenziali.

Elementi contro terra

La chiusura orizzontale inferiore è l’unità tecnologica che ha la funzione di separare gli spazi interni dell’organismo edilizio dal terreno sottostante. Le funzioni principali del solaio a terra sono la resistenza meccanica, la tenuta all’acqua e al vapore, l’isolamento termico e l’attrezzabilità per gli impianti.

Di fronte a un terreno con suolo umido o contenente gas radon, un gas altamente nocivo che alla lunga causa problemi alla salute dell’uomo, è utile che il solaio sia composto anche da uno strato ventilato in grado di scaricare il gas e l’umidità verso l’esterno. In passato questo strato veniva realizzato tramite muricci in mattone pieno distanziati e ogni tanto interrotti per permettere la ventilazione in tutta la superficie. Oggi i vespai aerati vengono realizzati tramite i cupolini, chiamati anche Iglù come l’azienda, ovvero delle sagome in plastica realizzate in varie dimensioni e facilmente adattabili in opera dove superiormente, insieme alla rete di ripartizione dei carichi chiamata caldana, viene gettata la soletta di base per la pavimentazione.

È necessario predisporre un tubo per la ventilazione del solaio in modo che questo strato comunichi con l’esterno e soprattutto è importante che vengano previsti e predisposti gli impianti di scarico impiantistici.

In caso di terreni particolarmente umidi occorre porre una guaina tra la fondazione e lo strato di magrone, e anche tra il solaio e la parete verticale, definendo quindi uno strato di separazione che previene la risalita d’acqua. La guaina bituminosa bugnata protegge dall’acqua e, grazie alla sua forma definita dalle bugne, protegge anche dagli urti.

Queste guaine essendo a base bitume, se sono in rotoli, vengono posate a caldo da una fiamma libera che scioglie il materiale mentre questo viene steso in modo da incollarlo, mentre se sono liquide, vengono spalmate lungo l’intera superficie. Quest’ultima versione garantisce una minor resistenza siccome non si ha spessore.

In corrispondenza del plinto, ovvero nelle zone inferiori dell’edificio, è utile porre un tubo di drenaggio bucato e protetto da un filtro in grado di “assorbire” l’acqua e trasportarla via evitando la formazione di punti di ristagno.

Il vetro cellulare (Foamglass) è un tipo di isolante rigido, sotto forma di lastre che vengono posate a caldo, utile a isolare le pareti contro terra e le pavimentazioni in quanto è l’unico isolante che grazie alle sue proprietà impermeabili funge anche da strato di barriera al vapore.

In caso di protezione delle fondazioni, il vetro cellulare viene utilizzato anche come cassero. La tecnica di costruzione dei muri contro terra con casseri a perdere consiste in un getto in calcestruzzo armato all’interno di due pannelli in fibra di legno o polistirene i quali non vengono più rimossi ma costituiscono parte della parete, più specificamente lo strato isolante, e quindi possono essere intonacate.

Le strutture di elevazione

Il solaio è la frontiera di separazione tra gli elementi spaziali di un piano e quelli del piano successivo, supportando il carico e delimitando gli spazi. Le funzioni principali del solaio sono la resistenza meccanica, la tenuta all’acqua, l’isolamento termico e acustico, e l’attrezzabilità agli impianti.

Il solaio può essere poggiato su una muratura portante mediante i cordoli che hanno la funzione di distribuire uniformemente i carichi e in questo caso l’elemento viene gettato in opera interamente. Oltre alle travi che collegano i pilastri, vengono predisposti sul lato corto anche delle travi più piccole, chiamati travetti, in modo che l’impalcato distribuisca uniformemente il carico su travi e pilastri.

Le travi possono essere ribassate o in spessore; in quest’ultimo caso le travi vengono gettate sullo stesso tavolato piano utilizzato per realizzare il solaio in quanto lo scopo è quello di formare una superficie piana e quindi non si hanno vincoli al posizionamento delle partizioni interne. Le travi ribassate invece hanno una sezione a T di resistenza maggiore.

Ai solai in calcestruzzo vengono accompagnati elementi di alleggerimento, dette pignatte, che non hanno funzione portante ma solo quella di alleggerire il peso del solaio. Nelle cavità tra le pignatte, prima del getto in calcestruzzo, vengono posti dei ferri o dei travetti prefabbricati chiamati tralicci. Quindi il solaio in laterocemento è composto, oltre che dal calcestruzzo, anche da pignatte, da tralicci e dalla rete di distribuzione chiamata caldana.

I solai in predalles sono elementi prefabbricati in calcestruzzo armato alleggeriti con polistirene e alveolari. Questi vengono appoggiati sulla struttura in ca o in acciaio e vengono completati in cantiere da un getto in calcestruzzo collaborante su casseforme piane. Questo tipo di solaio viene realizzato in grandi dimensioni e peso per cui risulta difficile lavorare su singoli punti ma è una soluzione ottimale nel caso di garage siccome è in grado di coprire grandi luci.

Esistono solai ottenuti dalla combinazione del calcestruzzo con l’acciaio utilizzando una lamiera grecata inferiore che funge da cassero a perdere per il getto superiore collaborante.

I solai interamente a secco si basano sulla stratificazione di elementi leggeri che insieme collaborano per la prestazione complessiva con l’obiettivo di ridurre il peso e accelerare la messa in opera, infatti il peso di un solaio a secco risulta essere 1/10 rispetto a uno tradizionale in laterocemento.

Le chiusure orizzontali superiori

Le coperture sono gli elementi che delimitano superiormente l’ambiente interno da quello esterno proteggendo l’edificio dagli agenti atmosferici. Le coperture vengono distinte in:

• Coperture continue: la tenuta all’acqua è indipendente dalla pendenza e dalla forma della superficie in quanto è composto da materiali impermeabili che fungono da barriera alla penetrazione dell’acqua meteorica, questo permette la realizzazione di superfici curve o piane. In queste coperture anche una minima pendenza dell’1% del massetto, dello strato portante o dei pannelli isolanti, garantisce il rapido deflusso delle acque meteoriche, inoltre, è necessario porre particolare attenzione nei punti singolari, quali soglie e giunti, dove occorre risvoltare l’elemento impermeabile per almeno 15cm al di sopra del piano orizzontale.
• Coperture discontinue: la tenuta all’acqua è data dalla pendenza della struttura che ne consente il rapido deflusso e impedisce che ci siano infiltrazioni in caso di assenza dello strato di tenuta. La morfologia di queste coperture si distingue in coperture inclinate a displuvio, ovvero verso l’esterno, e a compluvio, ovvero verso l’interno, e in entrambi i casi si portano le acque meteoriche verso i canali di evacuazione chiamati pluviali, questi sono dimensionati per permettere un deflusso di acqua ammissibile. Per prevenire l’otturazione, vengono realizzati i troppopieno.

Altre classificazioni sono definite dagli strati funzionali, i quali determinano il comportamento termoigrometrico, coperture isolate e ventilate o non, e dall’accessibilità, infatti gli strati determinano anche la resistenza della copertura al passaggio di determinati gradi di peso. Diversi sono i requisiti che devono essere rispettati nella realizzazione di una copertura, tra cui la sicurezza, intesa come il comportamento meccanico e fisico, il benessere, inteso come la tenuta all’acqua e l’isolamento termico, o la gestione, riferendosi quindi ai problemi legati alla manutenzione.

Questi requisiti vengono garantiti sia dalla scelta degli strati che dalla loro posizione rispetto l’un l’altro, gli strati sono:

• Barriera al vapore: evita la migrazione del vapore nei casi in cui potrebbe condensare e determinati strati se bagnati non sono più in grado di svolgere la loro funzione, come nel caso dell’isolante termico. In questo è importante anche la posizione della barriera al vapore che deve essere posto sul lato caldo dell’isolante. Le barriere al vapore si distinguono in sintetici, realizzati tipo in polietilene, e bituminosi, prodotti tramite una combinazione di composto di bitume e finitura di tessuto non tessuto. Il freno al vapore rallenta la migrazione del vapore anziché bloccarla come la barriera al vapore. La posa può avvenire a freddo con apposite colle o a caldo con appositi strumenti. La traspirabilità al vapore è definita dal valore di che indica quanto un materiale è permeabile rispetto = 40, all’aria, ad esempio nel caso del legno quindi è 40 volte più ermetico dell’aria. Nel = caso delle guaine invece il potere di traspirazione è espresso con il valore di in quanto anche lo spessore è un fattore importante.
• Strato di tenuta all’acqua: strato sempre presente che evita l’ingresso dell’acqua nell’edificio proteggendo anche gli altri strati, questo tipicamente è soggetto a diversi problemi come il freddo, il punzonamento statico o la crescita delle radici nel caso di tetto giardino per cui deve essere protetto.
• Strato termoisolante e fonoisolante: isola termicamente l’ambiente interno da quello esterno garantendo comfort acustico e la sua densità deve essere coerente con l’accessibilità della copertura. La sua posizione definisce l’uniformità di isolamento termico e quindi la presenza o meno di ponti termici e condensa interstiziale.
• Strato portante: struttura resistente continua che supporta il carico superiore composto dai vari strati funzionali della copertura.
• Strato di rivestimento: elemento di finitura che protegge la copertura dalle sollecitazioni dell’ambiente esterno.
• Strato di ventilazione: intercapedine che evita il ristagno di umidità, che in estate blocca parte del calore in ingresso nell’edificio e in inverno asporta il vapore acqueo in uscita.

Coperture continue

Coperture accessibili solo per manutenzione: devono resistere a sollecitazioni limitate quindi non è necessario che ci siano protezioni pesanti, infatti una soluzione può essere quella di usare membrane autoprotette, come le membrane bituminose con scaglie di ardesia, e per evitare le sollecitazioni dovute alle dilatazioni differenziali, tra membrana e supporto, inserire uno strato di separazione.

Anche la ghiaia può essere uno strato di protezione in quanto svolge la funzione di zavorra contro il sollevamento causato dal vento e in questo caso non è necessario l’incollaggio della membrana ma potrebbe essere soggetta a danneggiamento se la ghiaia dovesse avere forme irregolari.

Coperture accessibili ai pedoni: la membrana impermeabile e lo strato isolante devono garantire la resistenza meccanica adeguata ai carichi distribuiti e concentrati. Tipicamente sui tetti orizzontali con pendenze dell’1% si usano come rivestimento dei quadrotti prefabbricati in calcestruzzo, ma anche in legno, che poggiano su sostegni sintetici puntuali equidistanziati. Nel caso di pendenze maggiori il rivestimento è dato da quadrotti autobloccanti allettati su sabbia oppure pavimentazioni tradizionali su malta.

Coperture accessibili ai veicoli: La soluzione adottata per veicoli leggeri e veicoli pesanti è la medesima distinguendo solamente la scelta del materiale isolante e la resistenza del massetto armato. Lo strato di ripartizione del carico viene separata dalla membrana impermeabile tramite fogli in polietilene.

Coperture a giardino: la resistenza meccanica dell’isolante dipende dalla quantità di terreno, che varia da pochi centimetri, nel caso di vegetazione estensiva, a circa un metro, nel caso di vegetazione intensiva e presenza di piccoli alberi. La membrana impermeabile deve essere protetta dal punzonamento delle radici tramite appositi strati come getti in calcestruzzo o specifiche membrane. Per garantire il deflusso delle acque piovane in eccesso è necessario che ci sia uno strato di drenaggio e una pendenza minima dell’1%.

Il vantaggio principale dei tetti giardino riguarda il comfort estivo in quanto la massa di terreno rimane fresca anche in estate riducendo quindi il calore interno. Esiste un sistema in plastica per tetti verdi che consiste in elementi plastici tipicamente neri che sostituiscono lo strato di drenaggio in ghiaia, infatti sono in grado di assorbire l’acqua garantendone uno stoccaggio ed evitando così problemi legati alla manutenzione.

Il tetto giardino si distingue in verde pensile estensivo, solitamente identificato come tetto verde, caratterizzato da pesi e spessori ridotti (10-15cm e 90-110kg/mq) e necessitano di poca manutenzione, e verde pensile intensivo leggero, caratterizzato da spessore di circa 25cm o più e pesi saturi d’acqua di circa 190-215kg/mq.

La copertura continua isolata rovescia è un modello che prevede la disposizione dello strato isolante al di sopra della membrana impermeabile in modo che la membrana sia protetta dalle sollecitazioni meccaniche a dagli sbalzi termici restando a temperature simili a quelle dello strato portante. Lo strato di tenuta all’acqua in questo caso svolge anche la funzione di barriera al vapore ed è necessario che l’isolante abbia un basso assorbimento d’acqua e non sia idrofilo.

La copertura continua isolata e ventilata, detta anche tetto freddo, prevede uno strato di ventilazione tra l’isolante e la membrana impermeabile in modo da ridurre il calore in estate prima che raggiunga gli strati interni della copertura e ridurre il vapore acqueo in inverno. In questo caso è necessario un supporto continuo sul quale si poggia la membrana impermeabile.

Le membrane bitume-polimero sono ottenute dall’aggiunta di polimeri alla miscela a base di catrame che ne migliora il comportamento meccanico.