Strato di controllo del vapore: come scegliere la soluzione corretta nei sistemi impermeabili termoisolati

L’articolo analizza il ruolo dello strato di controllo della diffusione del vapore nei sistemi di copertura impermeabili termoisolati, chiarendo definizioni normative e differenze tra barriera e schermo al vapore. Viene evidenziato come l’uso improprio dei valori di resistenza al vapore µ, in particolare secondo UNI EN 13707, possa portare a errori di progettazione termoigrometrica. Attraverso esempi di calcolo del valore Sd, si mostra l’importanza di un corretto dimensionamento degli strati per evitare condensa interstiziale. Ne emerge un quadro operativo utile per progettisti, DL e applicatori.

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Sommario sintetico

• Differenza tra barriera, schermo e strato di controllo del vapore
• UNI EN 13707 e valore µ
• Calcolo Sd e corretto dimensionamento degli strati
• Verifiche termoigrometriche e comportamento dei supporti
• Finiture metalliche e rischio condensa nelle coperture

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Differenza tra barriera, schermo e strato di controllo del vapore

La Norma UNI 8178-2 definisce al punto 5.3.1. lo “strato di controllo della diffusione del vapore“, come segue:
“Strato avente la funzione di ridurre o disattivare la diffusione all'interno del sistema di copertura del vapore d'acqua per impedire il fenomeno della condensazione interstiziale”.

La Norma UNI 8089 definisce anche al punto 3.2.7. il “concetto” di “strato di barriera vapore”, come segue:
“Strato avente la funzione di impedire il passaggio del vapore d’acqua per controllare il fenomeno della condensa all’interno delle coperture”

La Norma UNI 8089 definisce anche al punto 3.2.15. il “concetto” di “strato di schermo al vapore”, come segue:
“Strato avente la funzione di ridurre il passaggio del vapore d’acqua per controllare il fenomeno della condensa all’interno della copertura”

Visto che le definizione di Barriera e Schermo al vapore nella normativa UNI 8089 sono del tutto identiche (e non si capisce perché!), per chiarire meglio questi “concetti” indichiamo anche le definizioni riportate nel Codice di pratica delle Impermeabilizzazioni.

Il Codice di Pratica delle impermeabilizzazioni, definisce (in modo sicuramente più chiaro) nel Cap. 1 al punto 3.1.4.1.lo “strato di barriera vapore” come segue:

“…strato idoneo a ridurre a livelli tali da non creare condensazione interstiziale e quindi limitare l’ingresso del vapore d’acqua all’interno dell’elemento o degli elementi termoisolanti del sistema di copertura, nell’ambito delle condizioni di progetto”                                                                                              

Il Codice di Pratica delle impermeabilizzazioni, definisce (ancora in modo sicuramente più chiaro) nel Cap. 1 al punto 3.1.4.2. lo “strato di schermo (freno) al vapore” come segue:

“…strato idoneo a limitare l’ingresso del vapore d’acqua all’interno dell’elemento o degli elementi termoisolanti, del sistema di copertura, nell’ambito delle condizioni di progetto”  

Nota: Barriera o Schermo vapore, come sopra indicato, sono a tutti gli effetti dei “concetti”, in quanto un particolare strato, in funzione del materiale dal quale è composto, può essere effettivamente considerato una “barriera al vapore d’acqua” solo in un certo sistema di copertura impermeabilizzato, mentre lo stesso strato può assumere solo la funzione di “schermo al vapore d’acqua” in un diverso sistema di copertura impermeabilizzato.

Un esempio pratico per meglio chiarire i concetti

In un sistema termoisolato (con pannelli in EPS o PIR), anche un semplice film di LDPE (spessore 30/100 di mm), posato su un supporto strutturale in calcestruzzo non alleggerito, (es. elementi prefabbricati), con elemento di tenuta in membrana sintetica di PVC (spessore 1,5 mm), può essere considerato quale funzionale strato di “barriera al vapore”.

In un sistema termoisolato (con pannelli in EPS o PIR), lo stesso strato di film di LDPE, posato su un supporto cementizio, con elemento di tenuta in doppio strato di membrane in bitume polimero da 4+4 mm, dal punto di vista funzionale potrà essere, al massimo, considerato soltanto come strato di “schermo al vapore” (quindi assolutamente insufficiente a impedire che avvengano fenomeni di condensazione all’interno dello strato termoisolante).

UNI EN 13707 e valore µ: rischio di errori nel calcolo termoigrometrico

A rendere più complesso il problema della scelta del prodotto a cui affidare il “controllo della diffusione del vapore” ci ha purtroppo anche pensato la Norma Armonizzata UNI EN 13707 (“Membrane flessibili per impermeabilizzazione - Membrane bituminose armate per l'impermeabilizzazione di coperture - Definizioni e caratteristiche”) che al punto 5.2.9. riguardo la "permeabilità al vapore acqueo" indica infatti quanto segue:

“se richiesto, il fattore di resistenza al vapore µ (mu) delle membrane bituminose rinforzate può essere determinato in conformità alla EN 1931, ma aggiunge: se il fattore µ non è determinato, può essere utilizzato un valore di 20.000 ai fini del calcolo.”

Questa ultima frase, se mal interpretata (come purtroppo spesso succede), può essere estremamente pericolosa, perché il Professionista incaricato di verificare la correttezza del calcolo termoigrometrico del sistema di copertura, potrebbe essere indotto, per le membrane che costituiscono l’elemento di tenuta (magari realizzato in doppio strato di membrane in bitume polimero in spessore totale 8 mm), a prendere in considerazione il valore del coefficiente di resistenza al vapore µ pari a 20.000, quando è indicato nella scheda tecnica del prodotto (vedere esempi sotto riportati nella figura 1).

La composizione chimica della mescola (polimeri, armature e cariche) delle membrane bituminose destinate ad essere utilizzate quali “strati di controllo del vapore” (dove µ è indicato normalmente pari a 80.000-100.000, quando non vi è all’interno una lamina di alluminio) è praticamente “identica” a quella utilizzata per strati destinati a comporre elementi di tenuta, quindi non si capisce quale “polverina magica” venga inserita in produzione, durante la lavorazione della mescola, per ottenere prodotti a cui viene poi attribuito µ = 20.000.

Questa indicazione di valore µ non correttamente compresa dai Professionisti, ma suggerita dalla suddetta Norma 13707, ha purtroppo convinto praticamente tutti i Produttori di membrane bituminose, ad indicare anche nelle schede tecniche delle loro membrane normalmente destinate ad essere usate come strati impermeabili dell’elemento di tenuta µ = 20.000 (valore ben 4 o 5 volte inferiore a quello che risulterebbe se venisse effettivamente testato.)

Sarebbe certamente meglio (e anche più chiaro per i Progettisti), attenersi alla seconda soluzione, ammessa anche dalla Norma 13707, che indica la possibilità di non inserire alcun valore di µ, per le membrane bituminose destinate a realizzare strati di elementi di tenuta di cui non sia stato verificato il fattore µ in conformità alla EN 1931.

In suddetto caso, da parte del Professionista potranno esser tranquillamente utilizzati i valori di resistenza al vapore riportati sulle specifiche tabelle che trattano l’argomento, dove normalmente il µ delle membrane in bitume polimero armate, viene correttamente indicato con un valore (prudenziale) di 80.000.

Altre norme di riferimento riguardanti lo strato di controllo del vapore
UNI EN 13970 “Membrane flessibili per impermeabilizzazione - Strati bituminosi per il controllo del vapore d'acqua - Definizioni e caratteristiche” – Norma per la marcatura CE come destinazione d’uso per gli strati di controllo del vapore.
UNI EN ISO 10456 “Materiali e prodotti per edilizia - Proprietà igrometriche - Valori tabulati di progetto e procedimenti per la determinazione dei valori termici dichiarati e di progetto” – In questa norma viene riportato il valore µ di 50.000 per il puro bitume non modificato con polimeri (riferimento tabella sotto riportata) e il valore (prudenziale) µ di 80.000 per le membrane in bitume modificato con polimeri.

 

Nota importante
In tutti i casi, per evitare errori interpretativi e per ottenere comunque i migliori risultati riguardo la riduzione della condensa all’interno degli elementi e strati posti all’estradosso del sistema di copertura, si consiglia di utilizzare sempre, come barriera vapore, membrane in bitume polimero con inserita in spessore una lamina di alluminio, il cui µ è normalmente indicato ≥ 1.000.000

Esempio di calcolo pratico del valore Sd e corretto dimensionamento degli strati

Prima di procedere con un esempio pratico di calcolo, ricordiamo due definizioni:

• Fattore µ: Coefficiente di resistenza al passaggio del vapore.
  Indica di quanto la resistenza al passaggio di vapore di un materiale è superiore a quella dell’aria a parità di spessore e di temperatura. (Aria: µ = 1)
• Sd = µ x d (dove d è lo spessore di materiale preso in esame espresso in metri): Spessore equivalente d’aria (valore espresso in m). Spessore di uno strato d’aria avente la stessa resistenza al vapore dello strato di materiale in esame.

Procediamo quindi con il calcolo del valore Sd:

• Sd (teorico) dell’elemento di tenuta in doppio strato di membrane bituminose (spessore 4+4 mm) con valori µ secondo indicazioni di norma EN 13707

Sd: 20.000 x 0,008 m = 160 m

• Sd (reale) dell’elemento di tenuta in doppio strato di membrane bituminose (spessore 4+4 mm) con valori µ testati

Sd: 80.000 x 0,008 m = 640 m

• Sd (reale) dello strato di controllo del vapore in membrana bituminosa senza lamina di alluminio interna (spessore 3 mm) con valore µ testato

Sd: 100.000 x 0,003 m = 300 m

Come si può notare dal calcolo precedentemente effettuato, il valore Sd reale di un elemento di tenuta, realizzato in doppio strato di membrane di bituminose, utilizzando un coefficiente di resistenza al passaggio del vapore µ ricavato da test (secondo EN 1931), è pari a 640 metri quindi, lo strato impermeabile così costituito è veramente poco permeabile al vapore.

Se come strato di controllo del vapore venisse “erroneamente” considerata una membrana bituminosa tradizionale avente spessore 3 mm, con lo stesso coefficiente di resistenza al passaggio del vapore µ ricavato da test, questa avrebbe valore Sd reale pari a 300 metri, quindi quasi due volte inferiore a quello dell’elemento di tenuta.

Questo vuol dire che l’aria calda e l’umidità che riescono ad attraversare lo strato di controllo del vapore rimarranno in gran parte intrappolate all’interno del sistema termoisolato di copertura, con il rischio di condensare sotto lo strato impermeabile (vedi Figura 1 e 3).

Se invece per l’elemento di tenuta si utilizzasse il coefficiente di resistenza al passaggio del vapore µ indicato nella norma UNI EN 13707 si otterrebbe un valore Sd pari a 160 metri, quindi nettamente inferiore a quello dello strato di controllo del vapore innescando un errore nella progettazione e nel dimensionamento degli strati (barriera al vapore sottodimensionata).

Proprio per questo motivo, ripetiamo ancora, è sempre consigliabile utilizzare come strato di controllo del vapore membrane bituminose con armatura composita accoppiata a lamina/foglio di alluminio aventi coefficiente di resistenza al passaggio del vapore µ ≥ 1.000.000 (vedere nota importante).

• Sd (reale) dello strato di controllo del vapore in membrana bituminosa con lamina di alluminio interna (spessore 3 mm) con valore µ testato

Sd: 1.000.000 x 0,003 m = 3000 m

Utilizzando questo tipo di membrane il loro valore Sd è nettamente superiore a quello dell’elemento di tenuta garantendo la funzionalità termoigrometrica del sistema impermeabile di copertura (vedi Figura 4).

Come già precedentemente indicato, è fondamentale considerare come barriere al vapore solo i prodotti che hanno marcatura CE per quella specifica destinazione d’uso secondo la UNI EN 13970, per i quali è necessario indicare il fattore µ.

Per membrane bituminose il valore µ consigliato è ≥ 80.000 ed è importante che sia tutelativo.

Nella norma UNI EN ISO 10456 (tabella 3) il bitume puro viene indicato con un valore µ di 50.000.

Le membrane bituminose sono costituite da bitume e polimeri e hanno una armatura interna, quindi, possono raggiungere valori di resistenza al passaggio del vapore µ superiori rispetto al valore raggiunto dal semplice bitume. Infatti, nelle membrane bituminose che si trovano sul mercato e che possono essere utilizzate sia come elemento di tenuta idraulica sia come strato di controllo del vapore e che quindi sono sottoposte a test secondo UNI EN 1931, si riscontrano valori µ più elevati (come abbiamo precedentemente già visto: maggiori e/o uguali a 80.000).

Proprio per questo motivo, nella realizzazione di verifiche termoigrometriche, consigliamo di utilizzare valori µ sempre prudenziali, sia per lo strato di controllo del vapore che per l’elemento di tenuta idraulico.

Le verifiche termiche e l’uso corretto dei valori sono estremamente importanti nelle coperture con supporti che possono assorbire o intrappolare al loro interno acqua o vapore (vedi Figura 5 e Figura 6), in quanto in corso di montaggio, possono già incamerare acqua meteorica che verrà poi ceduta in corso d’esercizio (Approfondisci QUI in questo altro articolo).

La finitura metallica delle membrane bituminose nei sistemi di copertura

Fino ad alcuni anni fa il problema della condensa all’interno dei solai e nei sistemi impermeabili era poco conosciuto (anche perché fino agli anni ‘90 l’isolamento delle coperture era quasi un “optional”) e comunque veniva realizzato spesso senza tenere conto di spessori, tipologie d’isolanti termici e inserimento di corretti strati di controllo del vapore.

In quel periodo, che possiamo dire di transizione ed evoluzione delle coperture impermeabilizzate, i Progettisti per motivi di carattere estetico e pensando di realizzare una copertura bella e contemporaneamente estremamente durevole, prevedevano, come secondo strato impermeabile, membrane con finitura in lamina metallica goffrata (normalmente alluminio colorato o riflettente o rame o eccezionalmente acciaio inox).

Queste finiture ovviamente (finalmente dopo alcuni anni di problemi l’abbiamo capito tutti!) fungevano in qualche modo da “barriera al vapore contraria”, impedendo qualsiasi dispersione di vapore acqueo presente nel sistema impermeabile verso l’esterno (vedi Figura 7).

 

Quando non era previsto alcun isolamento termico, come spesso succedeva negli anni ‘80, il sistema impermeabile con finitura metallica, incollato a fiamma direttamente sul supporto cementizio, se correttamente progettato e applicato, più o meno funzionava e durava anche nel tempo, in quanto sulla superficie cementizia d’adesione, mai perfettamente liscia, veniva a crearsi un minimo di drenaggio orizzontale di vapore.

Purtroppo, quando il sistema impermeabile veniva invece posato su uno strato termoisolante, anche di minimo spessore (magari oltretutto privo al suo intradosso di un elemento di controllo del vapore, come allora purtroppo si usava) potevano crearsi problemi di distacco e delaminazione della finitura in lamina metallica goffrata, in corrispondenza delle giunzioni (vedi Figura 8), anche con formazioni di bolle sulla superficie corrente, che facilmente potevano rompersi durante il pedonamento manutentivo o in occasione di grandinate.

Gli Applicatori più preparati, allo scopo di creare sotto l’elemento di tenuta, rivestito con finitura metallica, uno strato di drenaggio del vapore, posizionavano sulla parte corrente del piano di posa cementizio (non termoisolato) una membrana multiforata (escludendone la presenza lungo i perimetri della copertura per almeno 50 cm, in maniera tale da garantire la perfetta aderenza della membrana in adiacenza ai risvolti verticali).

Il primo strato impermeabile, durante la fase di sfiammatura, aderiva pertanto solo puntualmente al piano di posa cementizio (vedi Figura 9), permettendo, la formazione di uno strato di semiaderenza controllata con funzione di strato di drenaggio di vapore.

I Progettisti davvero più esperti e prudenti prevedevano anche il collegamento dello strato di drenaggio del vapore a caminetti di ventilazione naturale, posizionati uno ogni circa 50 m².

Per fortuna, anche se in ritardo, finalmente abbiamo capito e l’hanno capito (forse) anche i Progettisti, che questi sistemi impermeabili, con membrane a vista con finitura metallica, possono essere ancora usati, sempre per motivi di carattere estetico, meglio solo posati su superfici cementizie, ma devono essere progettati in modo estremamente corretto e prudente e applicati dai cosiddetti “Operai Maestri Applicatori” che ormai si sono purtroppo quasi estinti.

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