Il nemico del tetto in legno si chiama convezione

Il trasporto del vapore per convezione rappresenta il principale fattore di rischio nei tetti in legno. A differenza della diffusione, che comporta flussi limitati e controllabili, la convezione può introdurre grandi quantità di umidità attraverso fessurazioni e discontinuità della stratigrafia. Questo fenomeno può causare condensa interstiziale, degrado del legno e perdita di prestazioni termiche. La soluzione consiste nella progettazione rigorosa della tenuta all’aria, nella continuità dei teli, nella corretta gestione dei nodi e nell’uso di freni al vapore adeguati, anche igrovariabili. Fondamentale garantire stratigrafie aperte al vapore e correttamente bilanciate.

Tetti in legno: come evitare i danni da convezione del vapore

CONSIGLIO NON RICHIESTO N. 12
I Consigli Non Richiesti è una rubrica a firma di Sergio Pesaresi. Una rubrica sottovoce che cerca di approfondire alcune tematiche importanti e problematiche per aiutare i progettisti a scegliere la strada migliore. Qui parliamo di tetti in legno che è diventata, forse, la soluzione più gettonata dai committenti e dai progettisti. Una buona e bella soluzione ma che richiede alcune accortezze, specie nei riguardi della convezione. Vediamo quali.

Il tetto in legno sta diventando, se non lo è già diventata, la modalità più utilizzata per la realizzazione delle coperture degli edifici, quelli nuovi o nella ristrutturazione di quelli esistenti, sia che essi siano realizzati con la struttura portante in CCA che con la struttura in legno (Xlam o telaio).

A mio modesto parere rimane una soluzione con un piacevole impatto estetico, che permette nel contempo un migliore comportamento statico e, soprattutto, sismico della struttura poiché favorisce la limitazione delle masse in gioco e comporta una distribuzione altimetrica delle masse più accorta e, infine, ha un basso impatto ambientale.

A fronte di tanti pregi riconosciuti un tetto in legno presenta alcuni aspetti critici che il progettista deve conoscere e, di conseguenza, risolvere dato che sono tutti risolvibili.

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Il trasporto di vapore per convezione

Uno dei nemici dei tetti in legno, forse il più agguerrito, subdolo e pericoloso, si chiama convezione o, più precisamente, trasporto di vapore per convezione. Vediamo di cosa si tratta.

Il vapore acqueo contenuto nell’aria all’interno del nostro edificio ha a disposizione tre meccanismi per farsi trasportare all’interno di un materiale o di una stratigrafia: la diffusione, la convezione e la capillarità.

Per l’argomento che stiamo trattando trascureremo il terzo meccanismo di trasporto.

Dunque diffusione e convezione.

Il trasporto del vapore per diffusione è innescato dal gradiente di pressione di vapore che si instaura fra le due facce dell’elemento costruttivo e che provoca lo spostamento dell’umidità dall’ambiente avente pressione maggiore a quello a pressione minore. Il verso è funzione del contenuto di umidità assoluta UA che tende all’equilibrio e quindi a spostarsi dall’ambiente con maggiore UA a quello con UA minore.

Attenzione: si parla di umidità assoluta UA e non di umidità relativa UR!

Per chiarire meglio propongo questo esempio: 

In inverno (a sinistra) abbiamo una temperatura esterna di 0°C con UR=80%. Questo comporta la presenza di un’umidità assoluta UA pari a 3,75 g/kg e una pressione di vapore Pvap=489 Pa.

All’interno la temperatura è pari a 20°C con l’UR del 65%. Pertanto l’umidità assoluta UA presente in casa è pari a 9,46 g/kg che determina una Pvap=1519 Pa.

Per quanto detto il gradiente di pressione parziale trasporterà il vapore dall’interno verso l’esterno perché sia la Pva che l’UA sono maggiori all’interno.

Vorrei fare notare che, invece, l’UR è maggiore all’esterno (80%) rispetto all’interno (65%) ma lo ribadisco, questo non comporta che il flusso di vapore si muova con verso dall’esterno all’interno.

In regime estivo ci troviamo con una temperatura esterna di 25°C e UR=70%, combinazione che comporta una quantità di UA=13,9 g/kg e una Pvap=2216 Pa. All’interno abbiamo la stessa situazione vista in inverno.

Per cui possiamo affermare che il flusso di vapore sarà invertito rispetto all’inverno e procederà dall’esterno (a causa della maggiore Pvap e UA) verso l’interno. Anche in questo caso non è significativa la differenza di UR interno-esterno.

Chiarito questo aspetto è necessario chiarirne un altro: il vapore nel trasporto per diffusione si muove in linea retta perpendicolarmente alle facce esterne, senza indugiare all’interno della stratigrafia. E si muove senza la presenza di aria. Questo è il particolare che differenzia questo meccanismo di trasporto da quello per convezione.

Per evitare che il vapore acqueo condensi all’interno della stratigrafia e determini la cosiddetta condensa interstiziale (che il DM 26/036/2015 Requisiti minimi impone di evitare) è necessario una progettazione che disponga correttamente la sequenza dei singoli strati, tenendo in debito conto i loro parametri termo-igrometrici.

Il meccanismo di trasporto del vapore per convezione, invece, è associato ai moti convettivi dell’aria che possono generarsi all’interno della stratigrafia: in sostanza l’aria (carica di vapore acqueo e quindi di umidità) penetra all’interno della stratigrafia attraverso capillarità, fessurazioni, crepe e lì dentro viene trasportata liberamente (pensiamo alle volute del fumo in aria) in tutti gli spazi vuoti quali intercapedini, cavedi e cavità e in questi trova il modo (per eccessiva concentrazione del vapore o per la presenza di un punto a temperatura di rugiada) di far condensare il vapore che contiene. L’umidità bagna così gli strati interni causando danni, più o meno gravi, che possono comportare lo scadimento della portanza strutturale, la diminuzione della resistenza termica (un materiale bagnato vede aumentare la propria conduttività λ) e le conseguenze tipiche di un muro bagnato (macchie, intonaci deteriorati, acqua sul pavimento…).

Se il meccanismo del trasporto del vapore per diffusione in una stratigrafia muraria (se ben progettato, ribadisco) comporta un movimento giornaliero di circa 2g/mq con il vantaggio di un parziale smaltimento dell’umidità interna e di un asciugatura stagionale dell’umidità interna, il meccanismo del trasporto del vapore per convezione (che comporta il movimento giornaliero di 2000 g/mq in una fessura di 2mm lunga un metro) è assolutamente da evitare perché perfidamente e subdolamente pericoloso: non è visibile e crea danni importanti. Sempre.

Pensiamo ad una copertura con struttura lignea che possa bagnarsi e rimanere bagnata nel tempo. Si formerebbe umidità con un tasso percentuale e una quantità via via maggiori di quelle ammissibili e accettabili dai materiali, esponendo gli elementi strutturali a degrado fisico e, quindi, meccanico. Il degrado strutturale porta, rapidamente e purtroppo in maniera imprevista e inaspettata, spesso al crollo della copertura stessa.

Come fare per evitare il trasporto per convezione all’interno della nostra stratigrafia? Il solo modo per evitare che si inneschi il trasporto per convezione è impedire all’aria di penetrare all’interno della stratigrafia, ossia predisporre la cosiddetta tenuta all’aria.

Il concetto di tenuta all’aria, concetto nuovo ma che stiamo imparando a conoscere e a progettare, è da applicare in qualsiasi punto interno del nostro edificio e in tutte le modalità di costruzione, sia per edifici tradizionali (CCA con tamponamenti in laterizio) che per edifici in legno.

In termini di tenuta all’aria la differenza sostanziale che intercorre fra una costruzione tradizionale e una in legno (o, nel nostro caso fra una copertura in latero-cemento e un tetto in legno) risiede nella modalità con la quale viene garantita: in una costruzione tradizionale l’intonaco interno ci fa da comoda ed efficiente tenuta all’aria mentre in un tetto in legno non utilizzando l’intonaco devo provvedere a predisporre uno strato funzionale apposito che non potrà essere posto all’intradosso del pacchetto di copertura se voglio mantenere in vista la struttura lignea.

La soluzione più utilizzata è quella che prevede di posare un telo al di sopra dell’assito e, quindi, al di sotto dell’isolamento termico. Curando le sovrapposizioni dei singoli teli e sigillando con gli appositi nastri si può creare una corretta tenuta all’aria: si impedisce in tal modo che l’aria carica i vapore possa penetrare all’interno della stratigrafia di copertura composta dai pannelli isolanti).

La prima attenzione da prendere è quella di sigillare ogni eventuale tubazione (appartenente all’impianto termico, elettrico o della ventilazione), canne fumarie e canne di esalazione che oltrepassino, forandolo, questo telo. Per assicurare la tenuta all’aria questi passaggi vanno sigillati sul perimetro con nastri o guarnizione adatte e certificate.

Vanno poi previste le cosiddette guarnizioni punto-chiodo da posizionare in corrispondenza di ogni vite o di ogni chiodo che, per motivi strutturali, debba oltrepassate e, quindi, forare il telo.

Sono guarnizioni che una volta schiacciate dalla compressione della vite, si dilatano e vanno a chiudere il foro creato dal chiodo o vite.  

Un’ulteriore attenzione va posta in fase di progetto, prima, e durante la realizzazione, poi, al corretto collegamento della tenuta all’aria della copertura con la tenuta all’aria verticale predisposta internamente in corrispondenza dell’innesto della falda con il muro perimetrale.

Il problema da risolvere è dovuto al fatto che la tenuta all’aria del muro verticale (supponiamo che sia affidata all’intonaco interno) e il telo di tenuta posato in copertura non possono “incontrarsi”.

Il telo di tenuta di copertura è infatti posto al di sopra dell’assito. Come fare?

Ci viene in aiuto la figura seguente.

Il telo di tenuta all’aria (in rosso nello schema) viene risvoltato sulla parete esterna fino a sovrapporsi all’intonaco.

Sembrerebbe facile ma in realtà lo schema nasconde un piccolo mistero: dove è finito lo sbalzo della trave che deve realizzare il cornicione? Ad inserirlo andrebbe a interrompere il telo di tenuta rendendolo così inefficace.

Ancora una volta ci viene in aiuto la figura seguente:

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FAQ tecniche - Convezione e controllo del vapore nei tetti in legno | Ingenio

Cos’è il trasporto di vapore per convezione nella fisica dell’edificio?

Il trasporto per convezione è il movimento di aria umida attraverso discontinuità della stratigrafia (fessure, giunti, attraversamenti impiantistici). A differenza della diffusione, coinvolge flussi d’aria e può trasportare quantità elevate di vapore, con dinamiche non prevedibili e difficilmente controllabili in assenza di tenuta all’aria.

Qual è la differenza tra diffusione e convezione del vapore?

La diffusione è un fenomeno lento governato dal gradiente di pressione di vapore e comporta flussi tipicamente dell’ordine di pochi grammi/m² giorno. La convezione, invece, può movimentare anche migliaia di grammi/m² giorno attraverso microfessure, risultando il meccanismo dominante nei fenomeni di degrado igrometrico.

Perché la convezione rappresenta un rischio critico nei tetti in legno?

Il legno è sensibile all’umidità: un aumento prolungato del contenuto idrico può ridurre le prestazioni meccaniche, favorire attacchi biologici e compromettere la durabilità. La convezione può introdurre rapidamente grandi quantità di umidità nella stratigrafia, innescando condensa interstiziale e degrado strutturale.

Come si progetta correttamente la tenuta all’aria in copertura?

La tenuta all’aria si ottiene mediante uno strato continuo, generalmente un telo posizionato sul lato interno dell’isolamento, con giunti nastrati e continuità garantita su tutta la superficie. È fondamentale la progettazione esecutiva dei dettagli e il controllo in fase di posa.

Come si risolve il nodo tetto-parete per garantire la continuità della tenuta?

La continuità tra tenuta all’aria orizzontale (copertura) e verticale (pareti) è un nodo critico. La soluzione prevede il risvolto del telo sulla parete e la connessione con lo strato di tenuta verticale (intonaco o membrana). Particolare attenzione va posta alla progettazione del cornicione, spesso risolta con il sistema del falso puntone.

Come si dimensionano i freni al vapore nella stratigrafia di copertura?

Il corretto bilanciamento si ottiene con un freno al vapore più resistente lato interno (sd indicativo 2–5 m) e più aperto lato esterno (sd 0,2–0,5 m). Questo consente la migrazione controllata del vapore verso l’esterno evitando accumuli interni.

Quando è necessario utilizzare un freno al vapore igrovariabile?

In condizioni con inversione stagionale del flusso di vapore (tipiche del clima temperato), è preferibile utilizzare membrane igrovariabili che modificano il valore sd in funzione di temperatura e umidità, favorendo l’asciugatura estiva verso l’interno.

Perché è sconsigliato l’uso di barriere al vapore su entrambi i lati?

L’adozione di barriere al vapore ad alta resistenza (sd > 100 m) su entrambi i lati impedisce l’asciugatura della stratigrafia. In presenza di umidità residua o infiltrazioni accidentali, si rischia l’accumulo permanente di acqua con conseguente degrado dei materiali.