Esempio di progettazione dell'isolamento delle coperture continue

Come progettare l'isolamento di una copertura continua? Quale materiale utilizzare per lo strato di isolamento termico in relazione alla posa ed abbinamento alla membrana di tenuta? In questo articolo, un approfondimento sull'uso del polistirene espanso sinterizzato (EPS) nell'isolamento termico delle coperture continue.

impermeabilizzazione delle coperture


Per isolare bene un edificio e proteggerlo dagli agenti esterni bisogna partire dall’alto, dal tetto

Un’ottima soluzione per isolare è rappresentata dalle coperture continue, un sistema costituito da diversi strati che ha la funzione di assicurare la tenuta all’acqua.
Le coperture continue sono essenziali soprattutto nei tetti piani, cioè con un’inclinazione inferiore al 5%.

Tra gli strati che compongono una copertura continua figura anche l’isolante termico, un componente fondamentale per adempiere ai requisiti di contenimento dei consumi energetici richiesti dalle normative vigenti, ma anche per assicurare il comfort abitativo degli ambienti.

L’EPS, polistirene espanso sinterizzato, come verrà approfondito in questo articolo, rappresenta una delle soluzioni più indicate come strato di isolamento nelle coperture continue.
Le sue caratteristiche chimiche, fisiche e tecniche permettono ai progettisti di utilizzarlo nel pieno rispetto delle norme tecniche di riferimento per le coperture continue.
Grazie alla sua versatilità, inoltre, può essere realizzato in modo da avere caratteristiche differenti, per adattarsi a diverse applicazioni.

Progettare lo strato isolante delle coperture continue

Le coperture continue sono realizzate utilizzando membrane flessibili prefabbricate bituminose o sintetiche per realizzare lo strato di tenuta dei tetti piani e/o inclinati.
Rappresentano la tecnologia d’eccellenza per realizzare la tenuta ai fenomeni naturali atmosferici dei tetti piani.

Ogni tipologia di copertura viene progettata contemplando uno strato isolante, elemento obbligato da norme e leggi, nazionali ed europee.

Come si dice nel mondo dell’edilizia: “se il tetto è fatto a regola d’arte si è a metà dell’opera”.
Il modo di dire “a regola d’arte” è stato discusso per molto tempo nel campo delle coperture continue che hanno da sempre mostrato alcuni punti deboli relativi alla posa in opera.
Molto è stato fatto a livello normativo per permettere ai progettisti di avere a disposizione un riferimento adeguato, ma anche ai posatori ed ai collaudatori che hanno un compito fondamentale per far sì che il sistema di tenuta svolga la propria funzione.

AIPE è l’Associazione che rappresenta tutto il comparto industriale legato all’EPS, polistirene espanso sinterizzato, che trova una applicazione molto importante nell’isolamento termico di coperture piane e inclinate.
Tematica di fondamentale importanza è la scelta del materiale isolante idoneo per l’utilizzo previsto in relazione alla relativa posa ed abbinamento con la membrana di tenuta.

Se la posa in opera viene oggi effettuata con un operatore qualificato con norma UNI 11333, non si può dire altrettanto per la progettazione che dispone di un pacchetto normativo molto corposo, ma forse poco conosciuto e di conseguenza impiegato.
Compiere una corretta progettazione per realizzare coperture continue non è semplice ed è necessaria una buona conoscenza dei materiali da utilizzare.

I requisiti della copertura concorrono a determinare la scelta, da parte dei progettisti, della soluzione più favorevole rispetto ad un prefigurato quadro di sollecitazioni esterne e ad esigenze costruttive, formali ed economiche.

Insieme alla tenuta all'acqua, il comportamento termoigrometrico della copertura è peraltro uno dei requisiti più importanti per la durabilità e affidabilità dell'edificio e, nel caso della copertura continua, deve essere oggetto di particolare attenzione. 

Per le esigenze attuali, sia di benessere ambientale che di risparmio energetico, la funzione dell'isolante termico è fondamentale. Se si considerassero le complesse interazioni che nella copertura piana possono aver luogo fra l'isolante e l'acqua meteorica da una parte e il vapore acqueo proveniente dall'interno, è evidente che gli isolanti dovranno essere scelti con molta cura. Il Polistirene Espanso Sinterizzato ha dimostrato fin dalla sua apparizione sul mercato, più di 40 anni or sono, di esser una delle scelte preferite in questo campo. Naturalmente, date le elevate prestazioni richieste, è necessario disporre di un prodotto di qualità garantita.

La differente successione delle stratificazioni comporta modelli di funzionamento anche molto diversi tra loro, oltre che procedimenti costruttivi più o meno complessi in relazione alla posa dei materiali e alle interrelazioni fra le parti costituenti; in ogni caso ciascuna di esse deve essere concepita in modo da assicurare il funzionamento di ogni singolo elemento e di tutta la copertura nel suo insieme onde soddisfare i requisiti ambientali e tecnologici richiesti in ogni situazione specifica. 

Prescrizioni per la progettazione e la costruzione di strati isolanti in EPS nelle coperture continue

La molteplicità delle soluzioni conformi in relazione ai diversi schemi funzionali, nonché la varietà dei prodotti utilizzabili per la realizzazione delle stratificazioni e la complessità dei meccanismi di interazione sia tra i componenti la copertura che tra la copertura e gli altri elementi tecnici e subsistemi edilizi, comportano prescrizioni progettuali e costruttive molto articolate.

In termini molto generali, si possono comunque evidenziare i seguenti aspetti per una corretta progettazione con l’EPS:

  1. L'analisi del tipo di supporto strutturale deve essere condotta con estrema cura in termini di esatta valutazione delle possibili deformazioni sotto carico.
    Dal momento che l'elemento di tenuta è di tipo continuo e molto spesso applicato in condizioni di aderenza o semiaderenza al supporto, è opportuno controllare accuratamente i possibili movimenti di tipo elastico o termico cui sono sottoposti gli elementi strutturali al fine di evitare rischi di fessurazioni.
    A tal proposito si osserva come la collocazione dello strato isolante al di sopra dell'elemento portante riduca decisamente i movimenti di origine termica; viceversa nel caso in cui l'elemento isolante viene posto all'intradosso dell’impalcato strutturale, tali movimenti possono assumere valori assai più rilevanti e produrre anomalie funzionali sia allo strato di tenuta, con conseguenti fenomeni di infiltrazione, sia agli elementi murari sottostanti.
  2. La pendenza della copertura, in generale deve essere compresa tra 1,5% e il 3% ed essere costruita con cura onde evitare ristagni idrici.
    Lo smaltimento idrico avviene lungo i compluvi attraverso il canale che si crea per l'intersezione delle geometrie, oppure lungo un canale di bordo in relazione alla conformazione delle falde.
  3. La barriera al vapore, qualora necessaria, deve essere applicata con continuità e risvoltata in corrispondenza dei bordi della copertura e dei dispositivi di attraversamento.
    La barriera al vapore può essere applicata in aderenza o in semiaderenza (incollaggio per punti o per strisce): nel primo caso è bene interporre uno strato di separazione tra barriera al vapore e supporto.
  4. L'EPS deve avere massa volumica sufficiente a resistere ai carichi permanenti e di esercizio senza subire deformazioni plastiche; in casi particolari si può tener presente il criterio secondo cui il carico permanente non superi 1/5 della sollecitazione al 10% di deformazione. Nei sistemi in cui l'EPS è applicato in aderenza allo strato di tenuta è necessario accertarsi che quest'ultimo resista ai tensionamenti di origine termica indotti dalle variazioni della temperatura esterna. Quando l'EPS è localizzato direttamente al di sotto della membrana impermeabile, può resistere al massimo alla temperatura di 80oC. Nei casi in cui si possono temere temperature più elevate, occorre prevedere un diverso manto di copertura.
  5. Il materiale da impiegare come strato di tenuta deve essere prescelto in modo che sia compatibile, dal punto di vista funzionale, chimico fisico e della tecnologia applicativa, con gli altri strati con cui è a contatto; in particolare le alte temperature relative ai processi di saldatura tra membrane o l'impiego di adesivi chimici o primer solventi richiedono il controllo della sua compatibilità con l'EPS ed eventualmente l'adozione di stratificazioni integrative di protezione oppure di prodotti idonei.

Analisi delle sollecitazioni esterne: l'effetto della temperatura

Le coperture sono soggette ad azioni multiple e complesse.
La neve, il vento, i carichi statici, i carichi dovuti alla posa e alla manutenzione sottopongono il manto di copertura ad azioni che sono oggi definiti da norme nazionali ed europee.
Un’azione molto particolare, ma oggi molto studiata, è l’azione del sole che provoca un innalzamento delle temperature del manto ed una caduta delle stesse in sua assenza.

Inoltre la radiazione solare provoca un invecchiamento dei materiali, da tenersi in conto utilizzando opportunamente adeguati additivi.

Il materiale isolante posto al di sotto del manto è di conseguenza influenzato dagli andamenti della temperatura e di conseguenza della deformazione dimensionale e dei carichi agenti.

Le esperienze sperimentali evidenziano che l’escursione termica può essere molto importante superando in alcuni casi anche 80 °C. Per tali motivi oggi si utilizzano sempre più manti di colore chiaro e/o riflettenti in modo da mitigare il carico termico.

Oltre a tali considerazioni deve essere evidenziato che gli spessori dei materiali isolanti sono di molto aumentati e quindi tutto quanto sopra deve essere riportato nella situazione contingente.

Nel corso di questi anni sono stati effettuati diversi rilievi e controlli in cantieri dove il coibente è un pannello in EPS accoppiato a membrane bituminose, rilevando le seguenti temperature superficiali, ovviamente rilevate nei mesi estivi e nelle giornate più calde, dove la temperatura dell’aria è di 35/38 °C, l’eventuale presenza di brezza (lavaggio termico) influenza e riduce notevolmente la temperatura superficiale, contrariamente l’assenza di brezza aumenta la temperatura superficiale.

  • Membrana liscia nera >>> T. Sup. 75/85 °C
  • Membrana ardesiata grigio topo >>> T. Sup. 60/65 °C
  • Membrana di colore bianco (chiara) >>> T. Sup. 50/55 °C 

Le caratteristiche dell'EPS

Per affrontare in modo professionale le esigenze di un tetto piano devono essere conosciute le caratteristiche dell’EPS, ovvero compressione, deformazione e deformazioni in differenti diverse condizioni di temperatura.

Si riportano alcune tabelle che permettono di acquisire i dati necessari per una progettazione consapevole e coerente con le caratteristiche del materiale utilizzato.

Le temperature massime sopportabili dell’EPS dipendono, come per tutti i termoplastici, dalla durata e dall’intensità della sollecitazione. Senza sollecitazione e per breve periodo l’EPS sopporta temperature di 95°-100°C (p. es. all’atto dell’applicazione di una membrana bituminosa). Sotto un carico permanente la temperatura limite scende a 80-85°C.

Le prove di stabilità dimensionale considerate dalla norma ISO 4898, che indicano la deformazione massima ammissibile dopo un determinato periodo sotto carico ad una data temperatura, danno la possibilità di verificare l’idoneità di un EPS per determinate applicazioni. La seguente tabella riporta i valori di sollecitazione con differenti temperature e carichi, con una deformazione limite del 5%.

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Prove di stabilità dimensionale dell'EPS

A bassa temperatura, poiché il polistirene non subisce alcuna transizione di fase (cambiamento di struttura) in questo campo, le sue caratteristiche meccaniche possono considerarsi simili a quelle a temperatura ordinaria fino almeno -50 °C.

In modo generico è individuata la temperatura di non modificazione in 70°C.

Il coefficiente di dilatazione lineare dell’EPS è compreso fra 5 x 10-5 m/m. K e 7 x 10-5 m/m. K.

Il valore del modulo elastico dell’EPS permette di assorbire azioni puntuali come ad esempio il carico agente su di un tassello a causa della deformazione termica.

Questa caratteristica deve essere tenuta presente nel caso di applicazioni in cui l’isolante può raggiungere temperature elevate.

La ricerca di AIPE, caratteristiche dell'EPS da prove di laboratorio, per l'utilizzo in coperture continue

AIPE, per supportare tutte le tipologie previste dall’utilizzo dell’EPS nelle coperture continue, ha commissionato un pacchetto di prove sperimentali presso un laboratorio accreditato.

Sono stati sottoposti a prove specifiche polistireni espansi bianchi e a conducibilità migliorata, con spessori differenti e con rivestimenti realizzati con diversi materiali.

Le prove fanno riferimento a quattro procedure, di cui tre normate e una non normata:

  • Prove secondo UNI EN 1604 - Isolanti termici per edilizia – Determinazione della stabilità dimensionale in condizioni specificate di umidità e di temperatura 
  • Prove secondo UNI EN 1605 – Isolanti termici per edilizia – Determinazione della deformazione in condizioni specificate di carico di compressione e di temperatura
  • Prove secondo UNI EN 12430 – Determinazione del comportamento sotto carico concentrato
  • Prove di irraggiamento con pannello a lampade.

Non vengono riportati i risultati puntuali di tutte le prove effettuate, in quanto sono di riferimento per le schede tecniche delle aziende che producono i manufatti necessari per realizzare le applicazioni.

Si riportano invece le tipologie dei materiali sottoposti a prova in modo da permettere ai progettisti di interagire direttamente con l’Associazione nel caso in cui vi sia la necessità di approfondire alcuni aspetti specifici.

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I materiali isolanti non sono tutti uguali. La scelta corretta per l'utilizzo previsto

Una fase importante della progettazione è rappresentata dalla scelta dei materiali da utilizzare nell’opera da realizzare. Non si sono superati ancora gli stereotipi che vengono trascinati dalle abitudini e dalle tradizioni, l’edilizia presenta una forte inerzia e i cambiamenti sono normalmente scanditi dalle imposizioni legislative. Gli ultimi anni presentano però un’attenzione sempre più spiccata all’innovazione e alla qualità.

Merito probabilmente delle norme, della costante e continua formazione da parte di enti terzi non coinvolti in una attività commerciale diretta e della marcatura CE, i progettisti approfondiscono le argomentazioni che li coinvolgono per la responsabilità diretta e per le ricadute possibili. La scelta dei materiali, a parte le questioni estetiche e di costo, rappresenta un’attività complessa che vede il coinvolgimento delle prestazioni, della posa in opera e l’interazione con il contesto costruttivo.

L’attenzione viene rivolta ai materiali isolanti che oggi rappresentano uno degli elementi demarcanti in molte situazioni.

La scelta oggi viene effettuata non solo canalizzando le caratteristiche prestazionali, ma sempre più gli aspetti ambientali e dell’economia circolare che il materiale evidenzia.

Inoltre in un’analisi dell’attuale situazione vengono identificati materiali differenti che coesistono in un unico edificio, questo dovuto al fatto che i materiali non sono tutti uguali ed equivalenti.

Si deve anche sottolineare che ogni materiale presenta caratteristiche specifiche come ad esempio l’EPS, che con un solo polimero e tecnologia, viene prodotto in numero elevato di tipologie.

Solo la semplice analisi della norma di prodotto permette di riassumere le variabili più importanti:

  • EPS: per applicazioni sotto carico agente esterno
  • EPS S: per applicazioni senza carico agente esterno
  • EPS SD: per applicazioni senza carico agente esterno con proprietà acustiche
  • EPS T: per applicazione a pavimento
  • MULTISTRATO: prodotti realizzati con più strati dello stesso materiale
  • COMPOSITO: prodotti con rivestimenti e/o finiture parte sopra al materiale
  • FORME PREVISTE: blocchi, lastre, rotoli, geometrie su misura
  • PROPRIETA’ TERMICHE: prodotti con e senza additivi per il miglioramento delle proprietà termiche
  • REAZIONE AL FUOCO: prodotti con e senza additivi autoestinguenti
  • TIPI: da EPS 30 a EPS 500 definiti mediante la resistenza a compressione in KPa con deformazione al 10%

Ogni tipo presenta differenti valori di assorbimento all’acqua, permeabilità al vapore, resistenza alla flessione al taglio. 

La reazione al fuoco viene inoltre determinata con la presenza dei rivestimenti o finiture presentando classi differenti dal materiale nudo.

Certamente ogni materiale evidenzia caratteristiche peculiari, ma altrettanto vero è che uniformare la scelta con un unico materiale assolve ad un obbligo ormai inderogabile: la gestione ambientale della demolizione dell’edificio.

Oggi la demolizione, o più semplicemente la manutenzione, è quasi più impegnativa della costruzione.

Tutti insieme appassionatamente non paga più.

La demolizione selettiva è entrata negli appalti e prevederne le modalità è un obbligo per i CAM – GPP.

La costante richiesta da parte dei progettisti è la comparazione prestazionale e la conseguente definizione materica, ma questo approccio non sempre è possibile.

Alcune volte è invece attuabile per esempio quando si confrontano i materiali per applicazione e per le azioni applicate. 

AIPE dispone di molta documentazione a disposizione di tutti i progettisti a seguito di semplice richiesta.

>>> Per maggiori informazioni vista il sito di AIPE oppure scrivi a aipe@epsass.it