Coperture continue: criteri di progettazione e resistenza all’estrazione del vento secondo UNI 11442-1:2015

Attraverso un caso applicativo si approfondisce la norma UNI 11442-1:2015 che affronta il tema dei sistemi di coperture di tipo continuo, eseguite con membrane flessibili definendo i criteri di progettazione nei riguardi della forza di estrazione del vento, e indicando le varie tipologie di fissaggi e i metodi di calcolo per stabilirne tipologia e quantità.


Seppure sul conto di Eolo vi siano versioni contrastanti sulla sua appartenenza o meno agli Dei dell’antica Grecia, stando a quanto riportato nei poemi omerici, Zeus dette al figlio di Poseidone e Arne l’incarico di controllare i venti; ricevuta tale incombenza il diligente Eolo li dirigeva e li liberava a suo piacimento, custodendoli dentro le caverne e dentro un otre a Lipari, una delle isole Eolie, nella quale risiedeva tra gli agi e le comodità della sua prestigiosa reggia.

In questi ultimi anni Eolo, forse annoiato o stanco di sferzare sempre gli stessi territori, ha deciso di allargare il suo raggio d’azione ed ha pensato di dedicare le sue attenzioni alla nostra penisola, colpendo ripetutamente “lo stivale” con forti raffiche di vento a cadenze piuttosto frequenti.

Senza andare troppo indietro nel tempo, è possibile rendersi conto come negli ultimi anni si siano intensificati gli allarmi causati da condizioni metereologiche che comportano forti raffiche di vento con velocità che sfiorano in taluni casi i 200 km/h in alta montagne ed i 100 km/h in pianura, come è successo nella provincia di Salerno nel 2019, nell’estate del 2020 in Veneto, nel novembre del 2021 in Sicilia e Sardegna poi e nei primi tre mesi di quest’anno, dove i forti venti hanno spazzato il centro-nord Italia causando l’abbattimento di migliaia di alberi ed ingenti danni a vetture ed edifici.

 

Effetti del passaggio di una tromba d’aria

Immagini 1,2,3,4: Effetti del passaggio di una tromba d’aria a Verona, 23 agosto 2020.

 

Il problema della resistenza alla forza di estrazione del vento dei sistemi impermeabili in copertura

Con l’intensificarsi di tali fenomeni metereologici ed i conseguenti danni al patrimonio immobiliare nazionale, il problema della resistenza alla forza di estrazione del vento in ambito di applicazioni di sistemi a cappotto ed applicazione di sistemi impermeabili in copertura, ha assunto carattere nazionale con l’emanazione di linee guida e normative specifiche, volte a determinare tramite un’analisi di calcolo predittiva, i criteri di dimensionamento e le modalità di fissaggio di tutti gli elementi isolanti o impermeabilizzanti applicati in edilizia.

L’ente normatore nazionale ha già da tempo emanato alcune normative specifiche in tale senso, sia per quanto riguarda il sistema di isolamento a cappotto (la UNI EN 1991-1-4:2005: Eurocodice 1 - Azioni sulle strutture - Parte 1-4: Azioni in generale - Azioni del vento) che i sistemi impermeabili (la UNI 11442-1:2015: Criteri per il progetto e l’esecuzione dei sistemi di copertura continua Parte 1: Resistenza al vento).


La norma UNI 11442-1:2015 sui sistemi di coperture continue con membrane flessibili

Limitando la nostra analisi e concentrando l’osservazione al solo comparto dell’impermeabilizzazione delle coperture edili, civili ed industriali, la norma emanata nel 2015 tratta la tematica dei sistemi di coperture di tipo continuo, eseguita con membrane flessibili ed indica i criteri di progettazione nei riguardi della forza di estrazione del vento, indicando le varie tipologie di fissaggi e sistemi di vincolo del pacchetto adibito ad isolamento termico e tenuta impermeabile e fornendo i metodi di calcolo per stabilirne tipologia e quantità.  

La norma è strutturata secondo la seguente procedura di calcolo:

  • Analisi territoriale e determinazione dell’azione del vento attraverso al stima della forza di sollevamento (espressa come pressione in N/m2);
  • Valutazione e scelta della tipologia di fissaggio tra le seguenti possibilità:
    • fissaggio meccanico puntuale;
    • fissaggio chimico o fisico;
    • stabilizzazione con zavorra o protezione pesante amovibile.  

Per la determinazione dell’azione del vento, la norma pone le basi del calcolo prevedendo un’azione orizzontale del vento e dividendo gli effetti in azioni normali (applicabili a strutture convenzionali) ed azioni tangenziali (applicabili limitatamente alle sole costruzioni di grandi dimensioni), considerando l’azione come positiva se la direzione del vento “spinge” verso l’interno (pressione) e negativa se “spinge” verso l’esterno (depressione).

 

Rappresentazione dell’azione del vento, pressione e depressione.

Immagine 5: Rappresentazione dell’azione del vento, pressione e depressione.

 

Il calcolo analitico della pressione del vento si ottiene con la seguente formula:

p = qb Ce Cp Cd

in cui si moltiplicano i seguenti parametri:

  • qb = pressione cinetica di riferimento 
  • Ce = coefficiente di esposizione 
  • Cp = coefficiente di forma
  • Cd = coefficiente dinamico

ottenibili dalle tabelle riportate nei seguenti riferimenti normativi e legislativi:

  • D.M. 17 gennaio 2018 – Nuove Norme Tecniche per le costruzioni (NTC)
  • Circolare 11 febbraio 2019 n. 7
  • UNI EN 1991-1-4:2010 Eurocodici

 

Esempio applicativo

Per meglio comprendere i passaggi del procedimento di calcolo, vediamo un esempio applicativo.

Ipotizziamo di dover progettare una copertura piana impermeabilizzata con membrane flessibili, per un capannone in zona industriale a Milano, l’edificio ha un bordo rialzato di 20 cm sul perimetro della copertura, delle finestrature di superficie inferiore ad 1/3 del totale e le dimensioni seguenti:

  • Altezza = h =  8 m
  • Larghezza = La = 30 m
  • Lunghezza = Lu = 60 m

copertura piana impermeabilizzata con membrane flessibili

Per la velocità di riferimento del vento ci si riferirà alla tabella contenuta nella  NTC 2018, nel caso oggetto dell’esempio la zona dell’edificio ricade in zona 1 a cui corrispondono i seguenti valori:

 

la velocità di riferimento del vento nella tabella contenuta nella  NTC 2018

Immagine 6: Estratto dalle NTC 2018.

 

Per il calcolo della pressione di riferimento qb, si utilizzerà la seguente formula:

qb = 1/2 r Vb2 

  • Vb = velocità di riferimento del vento ricavata dalla tabella precedente = 25 m/s
  • r = densità dell’aria, assunta convenzionalmente come costante e pari a 1,25 kg/m3

qb = 390,7 N/m2

A questo punto si determina, sempre per via tabellare, il coefficiente di esposizione, necessario a contestualizzare il calcolo in base alla rugosità del terreno, che potrebbe influenzare la velocità del vento ed all’altezza del punto considerato.

 

coperture-trombe-aria-6.jpg

Immagine 7: Estratto dalle NTC 2018.

 

In base alla classe appena determinata, alla quota sul livello del mare ed alla distanza dalla costa, tramite tabelle delle NTC 2018 da cui identificare il coefficiente di topografia (sempre = 1 per zone pianeggianti, collinari o montuose) sarà possibile ottenere il coefficiente di esposizione (di cui si omette il calcolo per non appesantire troppo la trattazione):

Ce = 1,632

Per calcolare il coefficiente di forma si dovrà fare riferimento alla Circolare del’11.02.2019 da cui selezionare i coefficienti di pressione esterna ed interna, Cpi e Cpe validi per coperture piane con aperture < 1/3 Stotale: 

Cp = Cpe + Cpi = -0,6 

L’ultimo coefficiente da determinare è quello dinamico, Cd, che può essere assunto pari a 1 nelle tipologie costruttive ricorrenti, quali edifici di forma regolare non eccedenti gli 80 m di altezza ed i capannoni industriali, oppure ricavato mediante analisi specifiche o facendo riferimento ai grafici di seguito riportati.

 

 calcolo del coefficiente dinamico

Immagine 8: Estratto dalla Circolare 11 febbraio 2019.

 

Una volta calcolata la pressione di riferimento e stabiliti tutti i coefficienti, sarà possibile determinare la pressione del vento sulla copertura con la relazione iniziale: 

p = qb Ce Cp Cd = - 382,6 N/m2

da cui si evince che la copertura è sottoposta ad una forza di estrazione o sollevamento (depressione) rappresentata dal segno negativo, pari a circa 382 Newton per ogni metro quadrato.

La distribuzione dell’azione del vento non è però uniforme su tutta la copertura, in corrispondenza delle zone perimetrali e negli angoli ad esempio, la sollecitazione risulta superiore anche di 3 volte, rispetto alle zone centrali, per tale ragione gli Eurocodici suddividono le zone di una copertura in diverse aree grafiche su cui andare a valutare la pressione puntuale.

coperture-trombe-aria-7.jpg

Immagine 9: Estratto da Eurocodice.

Nota la forza di estrazione/sollevamento esercitata dal vento nelle varie porzioni della copertura, si procederà al dimensionamento di ciascun sistema di fissaggio, scegliendo tra le seguenti tipologie:

  • fissaggio meccanico (tassellii)
  • fissaggio chimico (collanti o materiali fusi tipo bitume)
  • zavorra o protezione pesante

Tipologie di fissaggi meccanici per coperture effettuate con membrane flessibili.

Immagine 10: Tipologie di fissaggi meccanici per coperture effettuate con membrane flessibili.

 ....l'articolo continua.

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