Il sistema di impermeabilizzazione e di drenaggio nelle coperture a verde

Perché questo articolo inizia con il termine “sistema”? Perché ogni elemento e, in particolare, gli elementi di una copertura a verde devono essere progettati come facenti parti di un sistema complesso qual è quello di una copertura a verde.

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Il sistema di impermeabilizzazione di una copertura a verde

Iniziamo dal sistema di impermeabilizzazione:

l’elemento di tenuta all’acqua posizionato sotto lo strato colturale presenta le seguenti particolarità:

  • è protetto rispetto all’azione dei raggi UV (a meno di lunghi tempi di esposizione durante la fase di esecuzione dell’opera);
  • è normalmente protetto rispetto all’azione termica, soprattutto con elevati spessori di strato colturale;
  • è protetto rispetto all’azione di urti dovuti alla grandine;
  • può essere soggetto ad agenti biologici e ai microorganismi, presenti nello strato colturale e in quello di vegetazione;
  • può essere soggetto ad agenti chimici presenti nello strato colturale.

Requisiti e caratteristiche dell'elemento di tenuta all'acqua posizionato sotto lo strato colturale

Quali sono le “richieste” che devono essere definite?

Certamente il requisito di tenuta all’acqua è totalmente in carico all’elemento di impermeabilizzazione e questo tipo di richiesta viene semplicemente assolto dal fatto che è presenta un norma, la EN 1928 che, sostanzialmente, è una norma “passa/non passa”. Tutte le membrane vengono testate a 50 kPa o 60 kPa, che è un valore di molto superiore alle normali richiesta di tenuta.

Sostanzialmente, nulla di problematico e di discrimine nella scelta di una tipologia di membrana rispetto all’altra.

L’ulteriore necessario requisito di resistenza all’azione delle radici viene demandato sempre alla membrana impermeabilizzante. Anch’esso è del tipo “passa/non passa” ed è regolata dalla norma EN 13948.

Si ricorda che massetti in calcestruzzo, teli in polietilene o simili, non assumono tale funzioni, essendo o disgregabili o superabili dalle stesse radici.

La definizione delle caratteristiche dell’elemento di tenuta, tuttavia, non finisce qui.

E’ necessario definire:

  • la flessibilità a freddo (EN 1109/EN 495-5) prima e dopo invecchiamento che si misura in gradi centigradi. Questa caratteristica è essenziale in termini di vita utile della membrana. Più la differenza fra i risultati della prova a tempo zero e quella dopo invecchiamento sono simili, maggiore sarà la propensione della membrana ad avere una vita utile elevata. Normalmente una differenza di 5°C è considerata buona. Sempre normalmente, la flessibilità a freddo prima dell’invecchiamento consigliata è la seguente:

- per membrane bituminose platomeriche, -20 °C;
- per membrane bituminose elastomeriche, -25 °C;
- per membrane sintetiche, -35°C.

  • la resistenza al punzonamento statico (EN 12730, metodo A), 20 kg;

Abbiamo finito il percorso progettuale? No!

Un’altra serie di ulteriori attenzioni devono essere poste in essere. In particolare:

  • la direzione di posa dell’elemento di tenuta rispetto all’elemento termoisolante (se presente). E’ essenziale che le direzioni di posa non siano parallele in quanto si verrebbero a sommare le mobilità dimensionali dei due materiali che potrebbero dare luogo a tensioni e lesioni dell’elemento di tenuta.
  • la giustapposizione fra i teli della membrana impermeabile (se in doppio strato). Non si devono posare le membrane in modo incrociato ma esse devono essere sovrapposte, sfalsandole di circa mezza larghezza dei teli. La sovrapposizione laterale (che dipende dalla tipologia delle membrana) è di circa 10 cm e quella di testa di circa 15 cm.
  • la definizione dell’altezza dei risvolti verticali. In corrispondenza di eventuali soglie, vi devono essere almeno 2 cm mentre sul perimetro e su ulteriori risvolti (ad esempio in corrispondenza di lucernari) di almeno 15 cm, sempre rispetto alla quota finita dello strato colturale.
  • la progettazione dei dettagli costruttivi. Oltre ai classici dettagli in corrispondenza di soglie o simili, le particolarità sono le seguenti:

- pozzetti. I pozzetti di ispezione dei bocchettoni di scarico delle acque meteoriche devono permettere un facile accesso per l’ispezione degli stessi e, quindi, essere raggiungibili senza dovere rimuovere il terreno. Giungeranno quindi al filo superiore dello stesso. Essi dovranno essere muniti di una serie di aperture poste sul fondo, per permettere il passaggio di acqua fino al bocchettone. È interessante fare notare che, chiaramente, deve passare solo l’acqua ma non particelle di terreno o simile. Per ottenere questa prestazione è necessario che le aperture siano protette mediante un elemento filtrante, normalmente costituito mediante un geosintetico non tessuto, il tutto per evitare l’ingresso di particelle di terreno all’interno del bocchettone, con conseguente possibile occlusione;

- fasce di ghiaia perimetrali. In corrispondenza delle zone perimetrali è consigliabile introdurre fasce di ghiaia sia per aumentare la zavorra (a contrastare l’azione del vento) sia per permettere un più facile drenaggio ove su queste zone insistano pareti perimetrali soprastanti;

- cordoli di perimetrazione di zone pavimentate. È utile che essi abbiano una zona sottostante permeabile all’acqua per permettere lo scorrimento di quest’ultima evitando una difficile configurazione del sistema delle pendenze;

- La compartimentazione idrica della copertura. È un elemento essenziale al fine di evitare eventuali migrazioni orizzontali di acqua al di sotto dell’elemento di tenuta in caso di infiltrazioni. La ricerca del punto esatto della zona di infiltrazione deve essere il più possibile facile a evitare lo spostamento di grandi volumi di terreno e la rimozione di vegetazione. I sistemi di compartimentazione sono, sostanzialmente, due:

- la compartimentazione continua, possibile se la membrana venisse posata in aderenza (ad esempio, sfiammata);

- la compartimentazione per settori. In questo caso è necessario suddividere la copertura in settori stagni mediante elementi verticali a tenuta che colleghino fra di loro lo strato al quale appartiene l’elemento di tenuta e lo strato di controllo alla diffusione del vapore (se presente) o l’elemento portante. In ogni caso le superfici dei settori possono variare dai 100 m2 fino al valore massimo di 300 m2 per una copertura a verde di difficoltosa rimozione; per quanto riguardar le coperture di facile rimozione, devono essere orientativamente di 500 m2. In caso di particolari criticità, quali presenza di massetto di calcestruzzo soprastante, spessori elevati di strato colturale, destinazioni d’uso pregiate degli ambiento sottostanti la copertura, difficoltà di raggiungimento della copertura difficoltà nello spostamento dei materiali, tipologie di utenza o valutazione dei costi/benefici, consiglino l’attivazione di condizioni tali da rendere praticabili eventuali ispezioni diagnostiche poco onerose o uno sviluppo limitato del degrado in occasione di infiltrazioni, è necessario ridurre la superficie del compartimento rispetto ai valori indicati.

Definite le principali caratteristiche delle membrane e i dettagli, è poi necessario scegliere le tipologie da utilizzare.

Visto che tali membrane non saranno manutenibili, la scelta deve indirizzarsi verso prodotti che possano essere i migliori disponibili.

Impermeabilizzazione coperture a verde: le tipologie di membrane da utilizzare

Le tipologie di membrane sono le seguenti:

Le tipologie di materiale maggiormente utilizzate sono:

  • membrane flessibili bitume polimero elastomeriche; sono caratterizzate dalla presenza di un polimero elastomerico, l’SBS, che conferisce, in particolare, flessibilità a basse temperature; si possono posare in monostrato o pluristrato. Sono armate con armature di vario tipo, meglio composite, a secondo dell’uso. In genere si adottano spessori di 4 mm; per una copertura a verde, a favore di sicurezza, si adottano in doppio strato;
  • membrane flessibili bitume polimero plastomeriche; sono caratterizzate dalla presenza di un polimero plastomerico, l’APP, che conferisce, in particolare, stabilità di forma ad alte temperature; si possono posare in monostrato o pluristrato. Sono armate con armature di vario tipo, meglio composite, a secondo dell’uso. In genere si adottano spessori di 4 mm; per una copertura a verde, a favore di sicurezza, si adottano in doppio strato;
  • membrane flessibili sintetiche, PVC. Sono armate, con armature di vario tipo a secondo dell’uso. In genere si adottano spessori di almeno 1.5 mm.
  • membrane flessibili sintetiche, poliolefine. Possono o meno essere armate con armature di vario tipo a secondo dell’uso. In genere si adottano spessori di almeno 1.5 mm.

Una particolare cura deve essere adottata durante la fase di posa:

  • controllo visivo: a saldatura ultimata l’operatore verifica la perfetta esecuzione delle saldature, con particolare cura devono essere controllati i giunti incrociati, le saldature in corrispondenza dei dettagli e dei particolari (angoli, bocchettoni, bordo del tetto, ecc.);
  • controllo meccanico: dopo il completo raffreddamento, tutte le saldature devono essere sottoposte a un controllo meccanico per tutto il loro sviluppo. A tale scopo si utilizza un cacciavite con spigoli arrotondati o uno specifico attrezzo a uncino esercitando una leggera pressione sulla saldatura. Il controllo meccanico permette di riscontrare eventuali discontinuità nella saldatura.

Il sistema di drenaggio delle coperture a verde

L’elemento di drenaggio fa parte di un sistema più complesso che deve garantire la capacità drenante, cioè, per definizione, l’attitudine della copertura a consentire il drenaggio di acqua di origine naturale o artificiale.

Infatti, il sistema deve possedere un’adeguata permeabilità verticale per allontanare la quantità d’acqua infiltrata sulla base delle caratteristiche climatiche del sito, delle proprietà idrauliche del sistema e della morfologia della copertura.

La permeabilità verticale deve essere espressa in mm/min secondo la UNI EN 1097-6, con riferimento all’intero sistema o allo strato più critico del sistema utilizzato (considerando eventuali strati prevegetati, strato colturale e il filtro). La permeabilità deve essere 5 volte maggiore o uguale all’intensità di pioggia critica considerata a progetto.

Si ricorda che ai fini di un corretto funzionamento idraulico l’elemento filtrante deve presentare un’apertura caratteristica dei pori O90 tra 0,10 mm e 0,20 mm (determinabile secondo UNI EN ISO 12956) e almeno 10 volte più permeabile dello strato colturale.

La capacità drenante longitudinale a 20 kPa di compressione degli elementi drenanti prefabbricati deve essere ricavata secondo quanto indicato nella UNI EN ISO 12958. La capacità drenante dei drenaggi realizzati con materiale granulare sfuso va calcolata secondo quanto indicato nella UNI 11235. In entrambi i casi la capacità drenante deve essere espressa con riferimento a 1 m di fronte drenante e unità di misura l/(m×s).

Il sistema di drenaggio delle coperture a verde è caratterizzato da un elemento, l’elemento drenante che ha come caratteristica principale la portata idraulica, che deve essere tale da evitare la formazione di battenti idrici agenti sull’elemento di tenuta, in normali condizioni d’uso.

Le tipologie di elemento drenante correntemente utilizzate sono:

  • aggregati granulari (naturali o artificiali);
  • elementi prefabbricati (elementi preformati, geosintetici).

In alcuni casi l’elemento drenante svolge anche la funzione di accumulo idrico: quindi esso deve assolvere anche alle caratteristiche richieste per la sopra citata funzione.

Progettazione dell’elemento drenante in elementi prefabbricati

La scelta deve cadere sull’elemento che, soggetto al carico σv e per il gradiente i garantisce una portata idraulica Q1 maggiore o uguale a Q di progetto.

Se i non fosse indicato nei diagrammi e/o nei prospetti di caratterizzazione del geosintetico, è possibile determinare la portata idraulica corrispondente del prodotto con la formula empirica:

con:

formula-calcolo-portata-idraulica-elemento-drenante.JPG

Qi1         portata idraulica del prodotto tratta dal diagramma/dalla tabella e relativa al gradiente i1, immediatamente superiore al gradiente "i" richiesto;

Q            portata idraulica del prodotto relativa al gradiente “i” e determinata con la formula empirica.

Per quanto riguarda gli elementi preformati si deve fare riferimento alle schede tecniche di prodotto.

Per la scelta dell’elemento drenante è necessario, inoltre, determinare:

  • capacità drenante sotto i carichi d’esercizio, secondo UNI EN ISO 12958;
  • effetto punzone: la conformazione dell’elemento preformato deve essere tale da evitare concentrazioni di carichi punzonanti sullo strato sottostante.

Devono essere verificati gli effetti provocati da carichi concentrati dell’elemento drenante (per esempio per sua conformazione geometrica) sugli elementi sottostanti, al fine di evitare il loro punzonamento o la loro eccessiva deformazione.

Per elementi conformati come pannelli, materassini, lastre e simili, le caratteristiche ai fini della corretta funzionalità sono espresse nel prospetto seguente.

progettazione-elemento-drenante-coperture-verdi_caratteristiche.JPG

Come si può comprendere tutti gli elementi sopra indicati non possono, come detto, essere progettati singolarmente in quanto interagiscono con molti altri elementi del sistema: vi sono interazioni meccaniche, interazioni chimiche o fisico-chimiche, interazioni fisiche e termofisiche che devono portare necessariamente all’adozione di cosiddetti “strati secondari” atti a controllare tali interazioni, dando funzionalità e durabilità al sistema. Il corretto riferimento a tale scopo è la UNI 8178-2, di recente emanazione.