Materiali e Progettazione di elementi costruttivi

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1 Materiali e Progettazione di elementi costruttivi Prof. Angela g. Leuzzi CHIUSURE ORIZZONTALI CHIUSURA ORIZZONTALE INFERIORE La chiusura orizzontale inferiore è l'unità tecnologica costituita dall'insieme degli elementi tecnici orizzontali e sub orizzontali aventi la funzione essenziale di separare gli spazi interni dell'organismo edilizio dal terreno. Le chiusure orizzontali inferiori si dividono in due classi di elementi tecnici: - solai a terra; - infissi orizzontali inferiori. I solai a terra sono definibili, secondo un criterio geometrico - funzionale, in relazione allo specifico ruolo di frontiera con il suolo. Tale ruolo implica determinate funzionalità indotte dalle condizioni d'uso degli spazi e dagli agenti esterni. In particolare i solai collocati controterra possono essere interessati dalla presenza di acqua in modo più o meno persistente. La tenuta all'acqua è quindi la funzione fondamentale a cui devono spesso assolvere i solai a terra tramite idonee soluzioni di impermeabilizzazione, eventualmente integrabili con opere di drenaggio del terreno.

2 Le funzioni fondamentali, tra quelle che la chiusura orizzontale inferiore può assolvere in relazione alle situazioni d'uso, sono: - resistere meccanicamente ai carichi propri e di esercizio; - non consentire il passaggio di vapore; - non consentire il passaggio dell'acqua; - isolare termicamente; - irradiare calore; - essere attrezzabile per impianti. Bisogna fare una distinzione, all interno delle chiusure orizzontali inferiori in pavimentazioni a terra e in solai a terra, specificando che solo questi ultimi sono dei veri e propri solai in quanto caratterizzati dalla presenza di strato portante o di elementi strutturali portanti.

3 Simboli grafici dei modelli funzionali delle chiusure orizzontali inferiori

4 Pavimentazioni a terra per suolo asciutto: - pavimentazione a terra semplice; - pavimentazione a terra termoisolata; - pavimentazione a terra termoisolata radiante; - pavimentazione a terra con intercapedine attrezzabile.

5 Pavimentazioni a terra per suolo umido: - pavimentazione a terra igroisolata; - pavimentazione a terra igrotermoisolata; - pavimentazione a terra igrotermoisolata radiante; - pavimentazione a terra igroisolata, con intercapedine attrezzabile.

6 Pavimentazioni a terra per suolo bagnato in assenza di pressione idrostatica: - pavimentazione a terra impermeabilizzata; - pavimentazione a terra impermeabilizzata e termoisolata; - pavimentazione a terra impermeabilizzata e termoisolata radiante; - pavimentazione a terra impermeabilizzata, con intercapedine attrezzabile.

7 Solai a terra per suolo asciutto: - solaio a terra semplice; - solaio a terra termoisolato (b e c); - solaio a terra termoisolato radiante.

8 Solai a terra per suolo umido: - solaio a terra ventilato; - solaio a terra ventilato e termoisolato; - solaio a terra ventilato e termoisolato radiante.

9 Solai a terra per suolo bagnato in assenza di pressione idrostatica: - solaio a terra impermeabilizzato; - solaio a terra impermeabilizzato e termoisolato; - solaio a terra impermeabilizzato e termoisolato radiante; - solaio ventilato; - solaio ventilato e termoisolato; - solaio ventilato e termoisolato radiante.

10 Solai a terra per suolo bagnato in presenza di pressione idrostatica: - solaio a terra in falda impermeabilizzato; - solaio a terra In faida impermeabilizzato e termoisolato; - solaio a terra in falda impermeabilizzato e termoisolato radiante; - solaio a terra in falda impermeabilizzato e termoisolato, con intercapedine attrezzabile.

11 Esempio di pavimentazione a terra semplice su suolo asciutto

12 Esempio di pavimentazione a terra termoisolata su suolo asciutto

13 Esempio di pavimentazione a terra termoisolata radiante su suolo asciutto

14 Esempio di pavimentazione a terra con intercapedine attrezzabile su suolo asciutto

15 Esempio di pavimentazione a terra igroisolata su suolo umido

16 Esempio di pavimentazione a terra igrotermoisolata su suolo umido

17 Esempio di pavimentazione a terra igrotermoisolata radiante su suolo umido

18 Esempio di pavimentazione a terra igroisolata con intercapedine attrezzabile su suolo umido

19 Esempio di pavimentazione a terra impermeabilizzata su suolo bagnato in assenza di pressione idrostatica

20 Esempio di pavimentazione a terra impermeabilizzata e termoisolata su suolo bagnato in assenza di pressione idrostatica

21 Esempio di solaio a terra semplice su suolo asciutto

22 Esempio di solaio a terra termoisolato su suolo asciutto

23 Esempio di solaio a terra ventilato su suolo umido

24 Esempio di solaio a terra ventilato e termoisolato su suolo umido

25 Nodo tra pavimentazione a terra impermeabilizzata termoisolata radiante e parete perimetrale

26 I principali requisiti connotanti la classe delle chiusure orizzontali inferiori sono: - controllo della condensazione superficiale; - isolamento elettrico; - tenuta all'acqua. - controllo dell'assorbimento acustico; - controllo dell'orizzontalità e della planarità; - controllo della reazione al fuoco; - controllo della condensazione interstiziale; - controllo dell'inerzia termica estiva e invernale; - controllo della freccia massima; - isolamento termico; - resistenza al fuoco; - resistenza all'acqua; - resistenza meccanica; - tenuta al vapore.

27 CHIUSURA SUPERIORE Per chiusura superiore s'intende l'unità tecnologica che separa, in senso orizzontale, l'interno dell'edificio dall'esterno. Attraverso la regolazione dei flussi di materia ed energia, tale separazione realizza all'interno le condizioni necessarie allo svolgimento delle attività umane. I flussi luminosi, termici, sonori e gassosi attraversano gli strati funzionali e gli infissi della chiusura in modo tale che lo scambio sia controllabile. Le particolarità funzionali e formali della chiusura superiore, cioè la protezione dagli agenti atmosferici, la conclusione formale del volume e la definizione del rapporto fra cielo e terra nell edificio, ne determinano la specificità.

28 Le chiusure superiori possono essere suddivise in: copertura, classe che sopporta i carichi naturali e quelli dovuti all'utilizzo impedendo il passaggio di persone, animali e oggetti anche nei casi di shock meccanico; controlla il passaggio di sostanze liquide e gassose e il passaggio di energia termica fra interno ed esterno; infisso esterno orizzontale, classe che controlla il passaggio di persone, animali, oggetti, sostanze liquide e gassose e il passaggio di energia fra interno ed esterno.

29 La copertura può essere classificata in base alla morfologia, agli strati funzionali caratteristici, all'accessibilità e alla geometria. La classificazione morfologica riveste una particolare importanza. Questa differenzia le coperture in base alla loro continuità, cioè all'assenza di interruzioni nello strato di tenuta all'acqua, determinando due sottoclassi alle quali fanno riferimento i modelli funzionali: le coperture continue e le coperture discontinue. Coperture continue. Realizzano la tenuta all'acqua indipendentemente dalla pendenza della superficie della struttura. Coperture discontinue. Realizzano la tenuta all'acqua a condizione che la pendenza della struttura sia considerevole. La pendenza minima ammissibile è in funzione del materiale impiegato e delle condizioni ambientali.

30 La copertura può essere inoltre classificata in base agli strati funzionali caratteristici, in base all'accessibilità e in base alla geometria. In base agli strati funzionali: Coperture non isolate e non ventilate Coperture isolate e non ventilate Coperture ventilate e non isolate Coperture isolate e ventilate. In base all'accessibilità: - Copertura di classe A: accessibile esclusivamente per la sua manutenzione. - Copertura di classe B: accessibile per la sua manutenzione e per quella degli impianti su di essa installati. - Copertura di classe C: accessibile ai pedoni (carico 400 kg/m2) - Copertura di classe D: accessibile ai veicoli leggeri - Copertura di classe E: accessibile ai veicoli pesanti - Copertura di classe F: soddisfa le funzioni relative al giardino pensile (sollecitazioni meccaniche e chimiche).

31 In base alla geometria: Coperture planari orizzontali: la pendenza è inferiore a 1%. Coperture planari sub orizzontali: la pendenza varia da 1% a 5%. Coperture planari inclinate: la pendenza è superiore a 5%. Coperture curve: la superficie dell estradosso delle coperture presenta un andamento curvo che può essere regolare o irregolare. La copertura trasparente può essere cosi classificata: In base alla mobilità: fissa, apribile (infissi); In base alla continuità: vetrata continua strutturale, vetrata continua su montanti e traversi, a nastro, infisso verticale, cupolino, infisso inclinato su falda ecc. in base alla geometria: piana, a falda, a falde multiple, a volta, a cupola.

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33 Sulla base delle esigenze individuate, i requisiti relativi alla chiusura superiore consentono di definire la qualità richiesta per gli elementi tecnici. Da ciascuna classe di elementi tecnici ci si aspetta un livello prestazionale rispondente ai requisiti stabiliti. Benché i requisiti si riferiscano all'elemento tecnico nel suo complesso, esistono strati specifici incaricati di rispondere a uno o più requisiti.

34 Il soddisfacimento dei requisiti derivati dalle esigenze degli utenti è garantito dalla scelta di strati; gli strati posti in opera possono essere continui o discontinui. Si possono distinguere strati principali e strati complementari. I primi hanno funzioni autonome e spesso contribuiscono direttamente al soddisfacimento di un requisito; la presenza degli strati complementari risponde invece essenzialmente a ragioni tecniche (legate a materiali e tecnologie), ausiliarie rispetto alla funzionalità della copertura. Gli strati principali hanno la funzione: - di tenuta all'acqua; - di barriera al vapore; - termoisolanti; - di isolamento acustico; - di assorbimento acustico; -portante. Gli strati complementari hanno la funzione: - di protezione; - di ventilazione; - di diffusione del vapore; - di collegamento; - di continuità e regolarizzazione; - di supporto; - di imprimitura; - di ripartizione dei carichi; - di pendenza; - di separazione o scorrimento; - drenante; - filtrante.

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39 COPERTURE CONTINUE Ciò che caratterizza la copertura continua è la presenza di uno strato di tenuta all'acqua che non presenta soluzioni di continuità ed è composto da materiali impermeabili che, posti all'esterno dell'elemento portante, garantiscono da soli una barriera alla penetrazione delle acque meteoriche. La scelta di questo tipo di copertura può essere determinata da ragioni compositive o di morfologia dell'edificio: non essendo lo strato di impermeabilizzazione vincolato a pendenze o morfologie specifiche è possibile la realizzazione di superfici curve o piane orizzontali o sub orizzontali. L'opzione per una copertura continua può anche nascere da ragioni funzionali: la superficie orizzontale consente infatti la creazione di tetti accessibili per il soggiorno e il transito di pedoni e veicoli, nonché di vere e proprie terrazze giardino. Nei climi di montagna è sconsigliato l'utilizzo di questo tipo di copertura sui tetti piani che, favorendo l'accumulo della neve, possono essere soggetti ai rischi conseguenti al sovraccarico e al gelo. Una leggera pendenza (anche dell 1%) permette il rapido deflusso delle acque meteoriche che, ristagnando sulla terrazza, potrebbero creare problemi di sovrappeso oltre che di accumulo di sporcizia. La pendenza è ottenuta tramite massetti in cls o cls alleggerito, realizzati al di sopra dello strato resistente, oppure direttamente grazie all'inclinazione dello stesso strato resistente in lamiera grecata, legno o latero -cemento.

40 COPERTURA CONTINUA ISOLATA l modello prevede l'inserimento di uno strato di isolamento termico tra l'elemento di tenuta e gli strati sottostanti. Lo strato è in genere costituito da pannelli a conducibilità termica ridotta che supportano direttamente il manto impermeabile. La copertura isolata contribuisce a soddisfare le esigenze di benessere igrotermico nella stagione fredda, limitando le dispersioni termiche, e collabora al mantenimento delle temperature interne nel periodo estivo, bloccando il flusso di calore entrante. Il modello permette, inoltre, un'efficace protezione dell'elemento portante dagli sbalzi termici, migliorandone la durabilità. La presenza del manto impermeabile all'estradosso della copertura, aumentando il rischio di condensa nell'isolante, rende necessaria la presenza di uno strato di barriera al vapore, o almeno di uno schermo, ed eventualmente di uno strato di diffusione del vapore.

41 Esempio di copertura continua isolata, non accessibile.

42 Esempio di copertura continua isolata, accessibile ai pedoni

43 COPERTURA CONTINUA ISOLATA ROVESCIA Anche questo modello inserisce uno strato di materiale isolante nella successione degli strati funzionali posizionato, contrariamente alla disposizione tradizionale (da cui la definizione di copertura "rovescia"), al di sopra del manto impermeabile. La presenza dello strato Isolante permette di soddisfare l'esigenza di benessere igrotermico in modo analogo al modello della copertura isolata. Le specificità della copertura rovescia nascono dal posizionamento esterno dei pannelli isolanti che, non coperti dallo strato di tenuta, permettono l'infiltrazione delle acque fino al manto impermeabile. Nel funzionamento estivo, la circolazione d'acqua al di sotto dell'isolante collabora al raffrescamento degli ambienti sottostanti. La stessa circolazione delle acque e il ristagno di umidità penalizzano peraltro il rendimento termico dell'isolante in inverno (coefficiente di conducibilità termica meno favorevole). Il modello può essere perciò preferito nei climi caldi, anche per la protezione che offre allo strato di impermeabilizzazione..

44 Esempio di copertura continua isolata rovescia, accessibile solo per la manutenzione

45 Esempio di copertura continua isolata rovescia, accessibile ai pedoni

46 COPERTURA CONTINUA ISOLATA E VENTILATA Il modello del cosiddetto tetto freddo, tradizionalmente riferito alle coperture discontinue, può essere applicato alle coperture continue tramite l'inserimento, nella stratificazione funzionale, di uno strato di ventilazione. Lo strato, che non deve presentare soluzioni di continuità, è collocato tra l'isolamento termico e il manto impermeabile ed è direttamente in comunicazione con l'esterno.

47 Esempio di copertura continua isolata e ventilata, accessibile solo per la manutenzione

48 COPERTURA CONTINUA NON ISOLATA L'applicazione del modello della copertura continua senza uno strato isolante è oggi molto rara e riservata ai grandi spazi aperti pubblici (tribune, mercati) o a destinazione industriale (magazzini, hangar), per i quali non è necessario uno specifico controllo delle temperature interne.

49 Esempio di copertura continua non isolata, accessibile solo per la manutenzione

50 Esempio di copertura continua non isolata, accessibile ai pedoni

51 COPERTURA DISCONTINUA Le coperture discontinue sono caratterizzate dalle soluzioni di continuità dell'elemento di tenuta all'acqua e richiedono, per funzionare, una pendenza minima del piano di posa che dipende dai componenti adottati e dal clima. I modelli funzionali appartenenti alla sottoclasse delle coperture discontinue permettono la realizzazione di coperture a falde inclinate; la loro stratificazione garantisce il comfort del sottotetto e un'elevata protezione termica dell'edificio.

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54 COPERTURA DISCONTINUA ISOLATA Questo modello funzionale è caratterizzato dalla presenza dello strato di isolamento termico che viene inserito fra l'elemento di tenuta e gli strati sottostanti. L'interesse del modello risiede essenzialmente nel risparmio energetico che è possibile conseguire e nella possibilità di abitare il sottotetto. Lo strato di isolamento termico deve essere posizionato oltre lo strato resistente in modo tale da proteggere quest'ultimo dagli sbalzi termici, da sfruttarne l'inerzia termica e da diminuire il rischio di condense interne. L'isolante termico utilizzato non dovrà deformarsi a causa dell'umidità contenuta nell'aria.

55 Esempio di copertura discontinua isolata

56 COPERTURA DISCONTINUA ISOLATA E VENTILATA Il modella funzionale è caratterizzato dalla presenza degli strati di ventilazione e di isolamento termico, che consentono il controllo del comportamento igrotermico e della trasmissione del calore. Queste caratteristiche rendono il modello particolarmente adatto alla realizzazione di sottoetti abitati e ai climi caratterizzati da forti escursioni termiche. In queste particolari condizioni si ottiene un sensibile aumento del comfort, termico e igrotermico, rispetto ai modelli privi di ventilazione. Lo strato di ventilazione, compreso fra lo strato di tenuta e l'isolante termico, è di profondità costante e privo di soluzioni di continuità. AI fine di evitare l'impiego dello strato di tenuta all'aria, che potrebbe ostacolare la diffusione del vapore, l'isolante termico dovrà svolgere questa funzione. Durante l'inverno lo strato di ventilazione consente l'uscita del vapore proveniente dall'interno attraverso le apposite aperture. Durante l'estate la ventilazione contribuisce a disperdere il calore accumulato dalla copertura. Impedendo il verificarsi di condensazioni interne, il dispositivo di ventilazione aumenta il livello di comfort igrotermico. L'isolamento termico viene applicato fra la struttura resistente e lo strato di ventilazione. In questo modo vengono protetti dagli sbalzi termici la struttura portante e l'ambiente interno, viene utilizzata l'inerzia termica dell'elemento resistente e diminuito il rischio di condense interne. La circolazione d'aria evita l'adozione della barriera al vapore, che sarà prevista solo in caso di ambienti a igrometria interna particolarmente elevata o in caso di ventilazione debole.

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58 Esempio di copertura discontinua isolata e ventilata

59 COPERTURA DISCONTINUA VENTILATA Questo modello funzionale è caratterizzato dallo strato di ventilazione che consente il controllo del comportamento igrotermico. Non controlla la trasmissione del calore anche se, durante il periodo estivo, la ventilazione migliora il comfort termico. La sua utilizzazione riguarda le coperture separate dall'edificio e quelle di spazi privi della chiusura verticale. Riguarda inoltre gli edifici, prevalentemente industriali e commerciali, in cui le condizioni climatiche e l'utilizzazione dello spazio non richiedano l'isolamento termico. Il modello è costituito dallo strato di tenuta e dallo strato di ventilazione; quest'ultimo è delimitato inferiormente da uno strato di tenuta all'aria permeabile al vapore. Il modello prevede l'adozione di supporti sia continui che discontinui.

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61 Esempio di copertura discontinua ventilata

62 COPERTURA DISCONTINUA NON ISOLATA L'utilizzazione di questo modello è limitata alla copertura dei depositi e degli edifici industriali in cui non sia prevista la permanenza di persone. Il modello, essendo privo dello strato di isolamento termico e dello strato di ventilazione, non controlla il comportamento igrotermico e la trasmissione di calore della copertura; protegge invece l'ambiente sottostante dalla pioggia e dalla neve e, anche se non dotato dello specifico strato di tenuta all'aria, funziona da barriera al vento.

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64 Esempio di copertura discontinua non isolata

65 LA COPERTURA TRASPARENTE La trasparenza alla radiazione luminosa definisce questo modello funzionale sulla cui base l'elemento tecnico, trasparente, protegge lo spazio interno dagli agenti atmosferici. Questa circostanza funzionale e formale determina una condizione di chiusura dello spazio interno del tutto particolare, dove lo spazio è riparato dagli agenti atmosferici e presenta una luminosità simile a quella esterna. Infatti, sia la luce zenitale che il rapporto visivo coni il cielo si riferiscono idealmente agli spazi aperti. L'involucro trasparente, che nella maggior parte dei casi è chiuso, costituisce un elemento di captazione della radiazione luminosa e attraverso l'effetto serra riscalda l'ambiente interno. Dopo aver verificato l'applicabilità del modello sulla base dei criteri generali (latitudine, clima, esposizione), occorre tenere conto dell'effetto serra sul bilancio termico generale, in modo tale da definire meglio l'alternativa tecnica. Dal punto di vista del comfort termoigrometrico si deve prestare particolare attenzione al clima della zona; occorre, per esempio, evitare di realizzare queste coperture nei climi particolarmente caldi. L'effetto serra e le condizioni climatiche potrebbero essere tali da rendere molto onerosa e complessa l'impiantistica necessaria per ottenere il desiderato comfort. In tutti i casi, il consistente apporto di calore di una coperture trasparente deve essere gestito, per esempio, attraverso il recupero del calore e la sua utilizzazione per quelle parti dell'edificio che, essendo esposte al nord, richiedono un ulteriore contributo termico.

66 SISTEMA A MONTANTI E TRAVERSI Questa alternativa, la più diffusa, prevede un sistema di montanti e traversi sui quali vengono montate le vetrocamere, trasparenti. Un sistema di guarnizioni e di canali di drenaggio assicura la tenuta all'acqua della copertura. Le coperture trasparenti possono essere autoportanti nel caso di una falda di lunghezza non superiore a 6 metri; negli altri casi necessitano di una struttura portante, solitamente metallica. AI fine di conservare la piena trasparenza della copertura, la progettazione della struttura deve avere come obiettivo formale un limitato impatto visivo, perseguibile anche contenendo la sezione degli elementi. La schermatura delle coperture può essere realizzata attraverso schermi esterni o interni. Benché gli schermi esterni siano particolarmente efficienti, le difficoltà di manutenzione ne condizionano l'applicazione. È quindi più comune l applicazione di schermi frangisole interni: più facilmente raggiungibili e protetti dagli agenti atmosferici. Gli schermi, metallici o polimerici, possono essere dotati di dispositivi di avvolgimento (schermi flessibili) e di orientamento (schermi rigidi).

67 VETRATE STUTTURALI APPOGGIATE Questa alternativa tecnica, meno diffusa di quella realizzata con montanti e traversi, prevede una struttura portante sulla quale vengono appoggiate le lastre di vetro usando dispositivi di fissaggio puntiformi. Con lo stesso sistema le lastre possono essere sospese attraverso la struttura portante; in questo caso le connessioni risultano esposte agli agenti atmosferici. Le lastre vengono unite mediante un sigillante siliconico, compatibile con il vetro e i film in esso contenuti, al quale è affidata la tenuta all'acqua della copertura. Di solito vengono utilizzate lastre singole; è tuttavia possibile applicare speciali vetrocamere adatte al particolare sistema di fissaggio. Queste ultime, composte da un vetro temperato esterno e da un vetro stratificato interno, offrono un isolamento termico superiore, ma presentano una notevole complessità tecnica e un costo maggiore.

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