Recentemente nelle coperture inclinate si riscontrano sempre più spesso danni alle membrane sottotetto già solo dopo solo pochi anni dalla loro posa in opera, nonostante il superamento di tutti i test di invecchiamento sul prodotto previsti dalla normativa Uni En 13859-1.
Purtroppo questo standard non è stato in grado di considerare alcuni dei fattori più significativi relativi al comportamento a lungo termine delle membrane, per il semplice fatto che all’epoca della sua introduzione, nel 2010, non erano ancora noti.
Il fattore più sottovalutato nel deterioramento delle membrane è risultato essere il movimento dell’aria che si sviluppa nella camera di ventilazione sotto il manto di copertura.
La normativa Uni En 13859-1 e test di invecchiamento
La normativa Uni En 13859-1 non solo specifica le caratteristiche tecniche più significative delle membrane sottotetto, ma anche i metodi di prova secondo cui queste vengono determinate. Ciò garantisce che i dati tecnici riportati nelle Dichiarazioni di Prestazione dei diversi prodotti siano confrontabili tra di loro.
Una delle questioni più delicate sulle normative dei prodotti destinati a resistere a lungo nel tempo è definire la procedura per determinare la caratteristica di durabilità dopo l’invecchiamento artificiale.
Questa, infatti, deve essere stabilita con un metodo di prova che sia standardizzato, ma anche specifico: deve considerare, infatti, i fattori di influenza più rilevanti sull’invecchiamento, i parametri e la durata più indicati per il prodotto in esame. Tutto ciò per simulare il naturale processo di invecchiamento in un lasso di tempo più breve possibile.
Al momento della stesura della normativa erano disponibili solo pochi risultati relativi al reale comportamento a lungo termine delle membrane sottotetto. Il test di invecchiamento artificiale presente nella versione del 2010, valido ancora oggi, simula il periodo, relativamente breve, prima della posa del manto di copertura considerando un’esposizione della membrana alla radiazione Uv (336 ore / 55MJ/ m²) e il ciclo di vita completo sotto la copertura mediante stoccaggio in forno (90 giorni a 70 gradi). Questi parametri non sono cambiati.
Nel corso degli anni è emerso però che non tutti i prodotti che superano questo test dimostrano, nella pratica, una resistenza all’invecchiamento a lungo termine sufficiente. In numerosi casi la membrana non era stata nemmeno esposta ad alcuna radiazione Uv essendo stata coperta immediatamente.
La radiazione Uv non può essere quindi considerata come la principale responsabile del degrado, ma la vera causa deve risiedere sotto la copertura del tetto. Inoltre, risulta evidente che il test di invecchiamento artificiale così come è concepito dalla normativa non è in grado di rappresentare il reale processo di degrado della membrana.
L’analisi di Dörken sul processo di invecchiamento delle membrane
Grazie alla sua decennale esperienza nello sviluppo di membrane per tetti inclinati, alcuni anni fa Dörken ha iniziato ad analizzare più nel dettaglio le condizioni ambientali che si verificano al di sotto dei manti di copertura e l’influenza che queste esercitano sul processo di invecchiamento delle membrane in diversi tetti realizzati in Germania.
Nella camera di ventilazione sottotetto, oltre alla temperatura e all’umidità, è stato monitorato anche il movimento dell’aria. Si è notato con regolarità che la velocità dell’aria aumenta con l’inizio della radiazione solare sulla superficie del tetto. Sono state registrate velocità dell’aria fino a 1 metro al secondo. Una delle cause dell’incremento della velocità dell’aria potrebbe quindi essere identificata nella radiazione solare, che innesca correnti termiche nella camera di ventilazione.
Tuttavia, è stato rilevato che velocità dell’aria comparabili si possono registrare anche nei giorni nuvolosi. In questo caso fanno da innesco le correnti che entrano direttamente nell’apertura in gronda ed escono al colmo, generando un effetto camino al di sopra della membrana.
Questi risultati relativi al movimento dell’aria al di sotto delle coperture non sono nuovi essendo già stati già descritti da Liersch nel 1986. Anche Holzforschung Austria ha recentemente affrontato il problema delle correnti termiche, indagandolo più nel dettaglio e mettendolo in relazione a vari fattori di influenza sui tetti inclinati.
Campagna di monitoraggio di membrane sottotetto
In seguito alla campagna di monitoraggio delle coperture sono stati sottoposti a stoccaggio in forno a 70 gradi e a diverse velocità dell’aria vari tipi di membrane sottotetto. Per un periodo di quasi due anni sono stati prelevati campioni a intervalli regolari ed è stata valutata l’impermeabilità rispetto alla pressione crescente di una colonna d’acqua (colonna d’acqua dinamica).
La colonna d’acqua dinamica, infatti, è risultata essere un metodo di prova significativo per visualizzare i segni dell’invecchiamento, in quanto i processi di degrado progressivo nei materiali sintetici sono accompagnati da una perdita di elasticità e resistenza allo strappo, generalmente nota come brittling, e possono essere riconosciuti nei film o nelle membrane grazie alla diminuzione della loro resistenza alla pressione di una colonna d’acqua.
In definitiva, l’impermeabilità è la caratteristica significativa del prodotto, che deve essere mantenuta entro una certa soglia per tutta la vita di un tetto. Il diagramma mostra il calo della resistenza alla colonna d’acqua nel tempo a tre diverse velocità dell’aria.
Come campione è stato scelto un prodotto standard, che nelle condizioni reali in opera aveva già perso la sua funzione di impermeabilità dopo tre anni (W1, altezza della colonna d’acqua di 200 mm per 2 h). La curva rossa indica l’esposizione della membrana al calore senza movimento d’aria, in conformità alle condizioni della Uni En 13859-1 (2010), più precisamente con una velocità dell’aria trascurabile (<0,05 m/s). Le conseguenze del processo di invecchiamento sono ancora più evidenti dopo 70 settimane. Il prodotto non è più in grado di sopportare la pressione della colonna d’acqua come quando era nuovo, resistendo a pressioni sempre minori a causa dell’inizio del processo di invecchiamento. Dopo circa due anni di invecchiamento artificiale testato secondo le norme attuali il prodotto è completamente deteriorato. Installato in opera, ha una durata effettiva di soli tre anni.
Quando durante il periodo di invecchiamento artificiale la velocità dell’aria viene aumentata a soli 0,3 m/s (velocità massima dell’aria disponibile nei forni per i test di invecchiamento), risulta subito evidente l’enorme influenza del movimento dell’aria sulla funzionalità del prodotto (curva verde). Il deterioramento inizia dopo soli sei mesi in camera di invecchiamento e porta alla perdita di impermeabilità del prodotto dopo circa un anno.
Da qui risultano evidenti i limiti della prova di invecchiamento artificiale: un anno di prova per dimostrare una durata reale in opera di tre anni, il che, estrapolato per una durata del tetto di 25 anni, porterebbe a una durata del test di almeno otto anni, ovvero un periodo inaccettabile.
Test di resistenza a lungo termine
Per risolvere questo problema, in collaborazione con il produttore leader di forni industriali, è stato sviluppato un forno per il test di invecchiamento con una velocità media dell’aria di 5 metri al secondo, generando un movimento significativamente più impetuoso rispetto ai forni commerciali standard.
Dopo un periodo tra le sei e le otto settimane il campione selezionato presenta già i segni del processo di invecchiamento (curva blu del diagramma). Il deterioramento di un prodotto che si degrada dopo tre anni di utilizzo in opera è già evidente dopo questo breve periodo. Lo stesso risultato potrebbe essere raggiunto solo dopo due anni con il test previsto dalle attuali normative.
Che cosa dire, però, per prodotti che risultano non conformi dopo dieci o 15 anni? Quanto tempo dovrebbe durare in questo caso il test per dimostrare la resistenza all’invecchiamento? Ci può aiutare la regola del tre: se tre anni di durata in opera corrispondono a sei-otto settimane di invecchiamento artificiale, è necessario un test di invecchiamento di 64 settimane per simulare con un ottimo margine di sicurezza il comportamento reale a 25 anni. Questo è ancora un periodo di tempo considerevole, ma accettabile.
Questo test di resistenza a lungo termine legato al movimento dell’aria nelle camere di ventilazione delle coperture è stato ora inserito da Dörken in un documento di validazione europea (Ead) come parametro supplementare della durabilità dopo l’invecchiamento artificiale.
Il test è già disponibile presso un laboratorio di prova indipendente per offrire a tutti i produttori di membrane l’opportunità di dimostrare ai propri clienti la resistenza all’invecchiamento dei loro prodotti.
È auspicabile che nella futura rielaborazione della normativa si tenga conto del movimento dell’aria, finora del tutto sottovalutato, come fattore di influenza significativo nel processo di invecchiamento delle membrane sottotetto, diventando così un elemento indispensabile per la prova di durabilità dopo invecchiamento artificiale.
Membrane sottotetto e ossidazione
I polimeri che compongono i materiali in fogli o lastre sono soggetti a un processo di ossidazione di intensità variabile.
Un processo di ossidazione comune, per esempio, è la formazione di ruggine sui componenti in ferro. Anche l’espressione «bruciare calorie» nel corpo umano è un processo di ossidazione che coinvolge l’ossigeno inalato. Durante l’attività sportiva una respirazione più veloce accelera ulteriormente il processo di ossidazione, favorendo la disgregazione delle cellule adipose. Anche nelle stufe la legna si ossida più o meno velocemente secondo la quantità d’aria presente, che può essere regolata tramite una valvola.
Più aria è immessa, più veloce sarà il processo di ossidazione. Questo semplice principio vale anche per le membrane sottotetto.
Cosa significa tutto questo per l’utilizzo e lo sviluppo delle membrane sottotetto? Eliminare il principio della ventilazione dei tetti inclinati chiudendo le aperture in gronda e al colmo potrebbe sembrare una scelta logica. Tuttavia questa risulterebbe la soluzione peggiore, poiché comporterebbe problemi ancora più seri.
In futuro i produttori di membrane sottotetto, invece, per sviluppare prodotti resistenti all’invecchiamento dovranno prendere in seria considerazione il movimento dell’aria nella camera di ventilazione come un fattore di influenza decisivo.
Grazie alle nuove conoscenze scientifiche sulle interazioni dell’aria, alla selezione di materie prime e additivi adatti, come gli stabilizzanti, è possibile proporre prodotti in grado di resistere a lungo nelle condizioni reali. Questi prodotti sono già oggi disponibili sul mercato.
