GIUNTI DI DILATAZIONE TERMICA NELL’EDILIZIA

I giunti di deformazione sono interruzioni appositamente previste nelle strutture degli edifici, destinate a compensare le deformazioni derivanti da vari fattori: oscillazioni termiche, cedimenti del terreno, carichi sismici e ritiro dei materiali. Secondo la ДБН В.2.6-14-97 «Strutture di edifici e costruzioni. Rivestimenti di edifici e strutture», i principali tipi di giunti di deformazione includono:

1. Giunti di dilatazione termica: Compensano le deformazioni lineari che si verificano a causa della dilatazione o della contrazione dei materiali al variare della temperatura dell’aria e sotto l’effetto della radiazione solare. Dividono l’edificio in blocchi termici distinti, che possono dilatarsi e contrarsi liberamente senza creare tensioni eccessive. Le distanze tipiche tra i giunti di dilatazione termica per le strutture in calcestruzzo monolitico sono di 20-30 m, per quelle in cemento armato — di 40-60 m, mentre per le intelaiature metalliche possono raggiungere gli 80-100 m, a seconda del coefficiente di dilatazione lineare del metallo e dell’intervallo di temperatura di esercizio.

2. Giunti di assestamento: Dividono l’edificio in sezioni con rigidità diverse o che poggiano su terreni con capacità portante diversa, per evitare danni dovuti a un cedimento non uniforme delle fondazioni. Questi giunti attraversano tutte le strutture dell’edificio, comprese le fondazioni.

3. Giunti sismici: Garantiscono l’indipendenza dei singoli blocchi dell’edificio durante i terremoti, prevenendo l’urto reciproco delle parti adiacenti. La loro larghezza è determinata dal calcolo tenendo conto dei carichi sismici previsti.

4. Giunti di ritiro: Applicati prevalentemente nelle strutture in calcestruzzo monolitico per compensare le deformazioni di ritiro del calcestruzzo durante l’indurimento, il che previene la formazione di crepe. Ad esempio, nelle grandi solette industriali vengono spesso realizzati con un passo di 6-8 m.

La corretta determinazione del tipo, della posizione e della struttura dei giunti di deformazione è criticamente importante nella fase di progettazione per garantire la durabilità e l’esercizio sicuro dell’immobile. L’assenza o l’esecuzione non corretta di questi giunti può portare alla formazione di crepe, deformazioni e alla rottura degli elementi portanti, riducendo l’integrità strutturale dell’edificio e la sua vita utile. I progetti architettonici moderni, come quelli presentati sulla pagina dell’architetto, tengono sempre conto di questi aspetti.

La dilatazione termica è un fenomeno fisico fondamentale alla base della necessità di predisporre i giunti di dilatazione termica. Al variare della temperatura, la maggior parte dei materiali modifica le proprie dimensioni lineari: il riscaldamento provoca dilatazione, il raffreddamento – contrazione. Questa proprietà è caratterizzata dal coefficiente di dilatazione termica lineare (α), che indica quanto varia un’unità di lunghezza del materiale al variare della temperatura di 1 °C.

Valori di α per i materiali edili tipici:

• Calcestruzzo: α ≈ (7-12) x 10^-6 °C^-1. Ciò significa che un tratto di struttura in calcestruzzo lungo 1 metro, al variare della temperatura di 10 °C, cambierà la propria lunghezza di circa 0,07-0,12 mm.
• Acciaio: α ≈ 12 x 10^-6 °C^-1. L’acciaio ha un coefficiente di dilatazione vicino a quello del calcestruzzo, il che è un vantaggio nelle strutture in cemento armato, poiché minimizza le tensioni interne.
• Legno (lungo le fibre): α ≈ (3-5) x 10^-6 °C^-1. Il legno si dilata molto meno del calcestruzzo o dell’acciaio lungo le fibre, ma ha un coefficiente di dilatazione maggiore perpendicolarmente alle fibre, il che richiede una considerazione separata.
• Alluminio: α ≈ 23 x 10^-6 °C^-1. Un coefficiente significativamente maggiore, importante da considerare nei sistemi di facciata.

Trascurare questo fenomeno in strutture di grande superficie o lunghezza porta all’insorgere di tensioni interne significative. Se queste tensioni superano la resistenza a trazione del materiale, si formano crepe. Ad esempio, il calcestruzzo ha una bassa resistenza a trazione (solo circa il 10% della resistenza a compressione), il che lo rende particolarmente sensibile alle deformazioni termiche. Gli approcci esperti ai materiali edili tengono sempre conto delle loro proprietà fisiche, incluse le particolarità del legno.

Secondo la norma EN 1991-1-5 (Eurocodice 1: Azioni sulle strutture – Parte 1-5: Azioni generali – Azioni termiche), nella progettazione delle strutture è necessario tenere conto dei gradienti termici, delle temperature medie e dei loro valori estremi per la specifica regione climatica. Ciò consente di calcolare con precisione l’entità delle deformazioni e determinare il passo e la larghezza ottimali dei giunti di dilatazione termica, garantendo l’integrità strutturale e prevenendo tensioni indesiderate.

La progettazione dei giunti di dilatazione termica nelle strutture murarie è una delle fasi più importanti, che influisce direttamente sulla durabilità e sull’affidabilità operativa dell’edificio. Il compito principale è determinare la distanza ottimale tra i giunti (il loro passo) e scegliere la struttura del giunto adeguata, che garantisca la libera dilatazione e contrazione delle pareti senza rischio di danni.

Calcolo del passo dei giunti di dilatazione termica:

Il passo dei giunti di dilatazione termica (L) dipende da diversi fattori chiave:

• Il coefficiente di dilatazione termica lineare del materiale della parete (α).
• La differenza massima di temperatura (ΔT) a cui è soggetta la struttura durante l’anno. Per l’Ucraina, con il suo clima continentale, questa differenza può raggiungere i 60-80 °C (da -25°C a +35°C).
• Le tensioni di trazione ammissibili (σ_amm) per il materiale della parete.
• Il modulo di elasticità del materiale (E).

In forma semplificata, la lunghezza del tratto di parete senza giunto può essere calcolata con una formula che limita le deformazioni a un determinato valore ammissibile. Secondo la ДБН В.2.1-10-2009 «Basi e fondazioni delle strutture», per gli edifici multipiano costruiti su terreni omogenei, il passo dei giunti di dilatazione termica per le pareti esterne in mattoni di norma non supera i 40-50 metri, mentre per le pareti in cemento armato monolitico può essere aumentato fino a 60-70 metri. Per le facciate rivestite in gres porcellanato, il passo raccomandato dei giunti è di 6-12 metri, mentre per i pannelli metallici – di 15-20 metri.

Soluzioni costruttive per le pareti:

• Giunti passanti: Attraversano l’intero spessore della parete, incluso il rivestimento esterno e la finitura interna. Garantiscono la completa separazione dei tratti di parete.
• Riempimento dei giunti: Per le pareti esterne, i giunti vengono riempiti con materiali elastici e resistenti all’umidità, come sigillanti speciali (poliuretanici, siliconici), nastri in PSUL (nastro sigillante precompresso) o profili speciali in gomma EPDM. È importante garantire la barriera al vapore sul lato interno e l’impermeabilizzazione all’esterno.
• Armatura dei bordi dei giunti: Nei punti di realizzazione dei giunti è necessario prevedere un’armatura rinforzata dei bordi per prevenire scheggiature e rotture del materiale della parete.

Esempi di applicazione di queste tecnologie si possono vedere nei progetti Barn House, dove le grandi superfici di parete richiedono una pianificazione accurata.

Una gestione efficace delle deformazioni termiche non si limita alle pareti; è criticamente importante anche per solai e fondazioni, specialmente in edifici di grandi dimensioni o soggetti a significative oscillazioni termiche. L’integrazione dei giunti di deformazione in questi elementi richiede approcci specifici, tenendo conto della loro funzione di strutture orizzontali e portanti.

Solai:

• Solai monolitici in cemento armato: Nelle grandi solette monolitiche di solaio, i giunti di dilatazione termica vengono realizzati in modo analogo alle pareti, dividendo la soletta in blocchi distinti. Ciò previene la formazione di crepe dovute al ritiro del calcestruzzo durante l’indurimento e alle variazioni termiche durante l’esercizio. Il passo dei giunti per i solai monolitici è generalmente di 30-50 metri, ma può essere corretto a seconda del tipo di armatura e dell’intervallo termico. È importante garantire che l’armatura sia interrotta sulla linea del giunto, e che il giunto stesso sia riempito con materiale elastico, che conservi le proprie proprietà sotto deformazioni cicliche.
• Solai prefabbricati: Nei sistemi di solette prefabbricate in cemento armato, i giunti di dilatazione termica sono più raramente passanti, poiché i singoli elementi hanno già una certa mobilità. Tuttavia, negli edifici a grandi pannelli, dove i solai hanno una grande superficie, possono insorgere tensioni significative che richiedono compensazione. In questo caso, la compensazione può essere garantita da collegamenti elastici tra le solette o da elementi di deformazione speciali, posizionati nei giunti tra i pannelli.

Fondazioni:

Per la maggior parte degli edifici, i giunti di dilatazione termica nelle fondazioni coincidono con i giunti di assestamento, oppure non vengono affatto realizzati, poiché la temperatura del terreno sotto la fondazione è relativamente stabile e non soggetta a variazioni brusche che causano deformazioni significative. Tuttavia, nei casi in cui la fondazione ha dimensioni lineari significative (oltre 80-100 metri) o è parte di grandi strutture industriali con un regime termico particolare, la progettazione di giunti di dilatazione termica nella platea di fondazione o nelle fondazioni a nastro diventa necessaria. In questi casi, il giunto deve attraversare l’intero spessore della fondazione, e il suo riempimento deve essere impermeabile e durevole, poiché si trova a contatto con il terreno. I sistemi di drenaggio, spesso installati attorno alla fondazione, come descritto sulla pagina sul drenaggio, possono anch’essi richiedere un coordinamento con la posizione dei giunti di dilatazione termica.

È importante che tutti i giunti di deformazione siano concepiti come un sistema unico, che garantisca il funzionamento ininterrotto dell’intera struttura.

L’edilizia moderna si affida sempre più alle tecnologie di modellazione informativa degli edifici (BIM) per aumentare l’efficienza della progettazione, della costruzione e dell’esercizio. Nel contesto dei giunti di dilatazione termica, il BIM svolge un ruolo decisivo, consentendo agli ingegneri progettisti di modellare con precisione le deformazioni termiche, prevedere il comportamento delle strutture e ottimizzare il posizionamento di questi elementi critici.

Vantaggi chiave del BIM per i giunti di dilatazione termica:

1. Modellazione precisa delle deformazioni: Le piattaforme BIM consentono di integrare le proprietà fisiche dei materiali (come i coefficienti di dilatazione termica) e i dati climatici (intervalli di temperatura) direttamente nel modello virtuale. Moduli analitici specializzati possono simulare la dilatazione e la contrazione degli elementi strutturali durante il ciclo annuale, visualizzando le potenziali zone ad alta tensione dove è necessario predisporre i giunti.
2. Ottimizzazione del posizionamento e del passo dei giunti: Sulla base dei risultati della modellazione, gli ingegneri possono determinare il passo e la larghezza ottimali dei giunti di dilatazione termica. Invece di utilizzare valori normativi generalizzati, il BIM consente di applicare dati specifici del progetto, garantendo una soluzione più economica e precisa. Ciò permette di evitare giunti in eccesso, che possono aumentare il costo della costruzione e richiedere manutenzione aggiuntiva, oppure la loro carenza, che porta a rotture.
3. Coordinamento e individuazione delle collisioni: I giunti di dilatazione termica spesso si intersecano con gli impianti tecnologici (tubazioni, cavi elettrici) ed elementi architettonici. Il modello BIM consente di individuare potenziali collisioni nelle prime fasi della progettazione, garantendo la loro corretta integrazione e il passaggio attraverso il giunto nel rispetto dei giochi e degli elementi di compensazione necessari. Ciò riguarda, in particolare, anche i sistemi di ventilazione.
4. Visualizzazione e comunicazione: I modelli 3D con giunti di dilatazione termica chiaramente indicati migliorano la comunicazione tra tutti i partecipanti al progetto – architetti, ingegneri, costruttori. Ciò aiuta a evitare errori nella fase di costruzione e a garantire l’esecuzione precisa delle soluzioni progettuali.
5. Documentazione e supporto del ciclo di vita: Il modello BIM funge da unica fonte di informazioni sull’edificio, inclusi i dettagli e le specifiche dei giunti di dilatazione termica. Ciò semplifica la gestione dell’immobile durante l’esercizio, le riparazioni e la manutenzione.

L’uso del BIM nella progettazione dei giunti di dilatazione termica non è semplicemente un vantaggio, ma una necessità per progetti edilizi complessi e su larga scala, che ne garantisce la durabilità e l’integrità strutturale.

La scelta dei materiali e delle tecnologie corretti per il riempimento dei giunti di dilatazione termica è tanto importante quanto la loro corretta progettazione. Un riempimento inefficace può vanificare tutti gli sforzi di calcolo, portando all’infiltrazione di umidità, alla perdita di isolamento termico e al danneggiamento delle strutture. Il requisito principale per il materiale di riempimento è la capacità di sopportare deformazioni cicliche di dilatazione e contrazione senza perdere le proprie proprietà fisico-meccaniche.

Tipi di materiali per il riempimento dei giunti:

• Sigillanti:
  • Sigillanti poliuretanici: Altamente elastici, hanno un’eccellente adesione alla maggior parte dei materiali edili (calcestruzzo, metallo, legno), resistenti ai raggi UV e agli agenti atmosferici. Possono sopportare deformazioni fino al 25-50% della larghezza iniziale del giunto. Secondo la norma EN ISO 11600, i sigillanti sono classificati per tipo (F – per facciate, G – per vetrate) e livello di capacità di deformazione (ad esempio, F-25LM indica un sigillante per facciate a basso modulo elastico, capace di una deformazione di ±25%).
  • Sigillanti siliconici: Molto elastici, resistenti alle alte e basse temperature, chimicamente inerti. Spesso utilizzati per lavori esterni dove è richiesta un’elevata durabilità. Tuttavia, alcuni tipi di silicone possono avere un’adesione limitata ai materiali porosi senza primer.
  • Sigillanti acrilici: Meno elastici rispetto ai poliuretanici, ma più economici e adatti per lavori interni o giunti con deformazioni minime.
• Compensatori e profili: Profili speciali in gomma EPDM, elastomero termoplastico o metallo con inserti elastici. Vengono installati nei giunti e garantiscono una protezione affidabile dall’umidità, mantenendo al contempo la capacità di grandi deformazioni. Utilizzati per giunti di grande larghezza (da 30 mm in su) o dove è richiesta un’elevata durabilità e resistenza meccanica.
• Cordoli di supporto (backer rod): Generalmente realizzati in polietilene espanso. Vengono installati in profondità nel giunto prima dell’applicazione del sigillante per formare il corretto profilo del giunto e prevenire l’adesione del sigillante al fondo del giunto, il che gli consente di lavorare solo sulle pareti laterali, garantendo la massima elasticità.
• Nastri sigillanti precompressi (PSUL): Nastri con base in poliuretano espanso impregnato, che dopo il disimballaggio si espandono, riempiendo il giunto. Garantiscono permeabilità al vapore e protezione dal vento e dalla pioggia.

Tecnologia di montaggio:

1. Preparazione del giunto: Le superfici del giunto devono essere pulite, asciutte, prive di polvere e grasso. Se necessario, si applica un primer per migliorare l’adesione.

2. Installazione del cordolo di supporto: Il cordolo viene installato alla profondità necessaria per formare la sezione richiesta del sigillante (la profondità del sigillante deve essere circa la metà della larghezza, ma non inferiore a 6 mm e non superiore a 12 mm).

3. Applicazione del sigillante: Il sigillante viene applicato uniformemente con una pistola, riempiendo tutto lo spazio sopra il cordolo. Successivamente la superficie viene levigata con una spatola.

4. Montaggio dei profili: I profili metallici o elastomerici vengono installati secondo le istruzioni del produttore, generalmente fissati meccanicamente ai bordi del giunto.

La scelta corretta e l’applicazione di qualità di questi materiali sono criticamente importanti per garantire la durabilità e la funzionalità dei giunti di dilatazione termica.

Una comprensione approfondita dei nodi costruttivi dei giunti di dilatazione termica è la chiave della loro efficacia. Ogni nodo deve essere progettato in modo da garantire il libero movimento degli elementi, mantenendo al contempo tenuta, estetica e conformità alla capacità portante. Esaminiamo gli aspetti chiave e gli esempi tipici.

Requisiti generali per i nodi costruttivi:

• Mobilità: Il nodo deve garantire il movimento orizzontale senza ostacoli degli elementi entro i limiti delle deformazioni di calcolo (ΔL = α × L × ΔT).
• Tenuta: Deve essere garantita la completa tenuta all’acqua e all’aria del giunto, per prevenire l’infiltrazione di umidità, il congelamento e le perdite di energia termica. Ciò è particolarmente importante per le pareti esterne e le coperture.
• Estetica: Il giunto deve essere realizzato con cura e integrato nel design generale dell’edificio.
• Durabilità: I materiali utilizzati devono avere una lunga durata di servizio ed essere resistenti ai fattori ambientali aggressivi.
• Resistenza al fuoco: In alcuni casi, a seconda della categoria dell’edificio, i giunti di deformazione possono richiedere il riempimento con materiali resistenti al fuoco per prevenire la propagazione delle fiamme (secondo la EN 13501-2 «Fire classification of construction products and building elements»).

Esempi tipici di nodi:

1. Giunto di dilatazione termica in una parete esterna (struttura multistrato):

• Strato esterno (rivestimento): Si utilizzano spesso profili elastici in gomma EPDM o sigillanti siliconici, applicati sul cordolo di supporto.
• Strato intermedio (isolante): Il giunto attraversa l’isolante, che può essere tagliato e riempito con materiale elastico, non igroscopico (ad esempio, lana minerale o polistirene espanso speciale a densità limitata).
• Strato interno (parete portante): Viene riempito con sigillante poliuretanico e cordolo di supporto, garantendo la tenuta al vapore dall’interno.
• È obbligatorio un vuoto passante per la completa separazione della struttura.

2. Giunto di dilatazione termica in una pavimentazione in calcestruzzo monolitico:

• Il giunto viene tagliato con un disco dopo l’indurimento del calcestruzzo (a una profondità di 1/3 dello spessore della soletta) oppure formato mediante la cassaforma.
• I bordi del giunto vengono rinforzati con angolari metallici o profili speciali per la protezione dai danni meccanici.
• Viene riempito con sigillante poliuretanico elastico o cordoli/profili speciali che compensano i movimenti.
• Nelle pavimentazioni industriali si utilizzano spesso compensatori di deformazione speciali con elementi per il trasferimento del carico (spinotti o piastre scorrevoli), che consentono spostamenti verticali.

3. Giunto di dilatazione termica nella copertura:

• Sulle coperture di grande superficie, i giunti vengono tagliati attraverso tutti gli strati (barriera al vapore, isolante, impermeabilizzazione).
• Si utilizzano elementi di compensazione speciali in materiali elastici, che garantiscono la tenuta all’acqua in caso di deformazioni significative.
• Si applicano spesso profili di deformazione in EPDM o nastri bituminoso-polimerici, resistenti ai raggi UV e agli sbalzi di temperatura. Maggiori informazioni sul montaggio del tetto sono disponibili a questa pagina.

Ogni nodo richiede un calcolo ingegneristico accurato e la scelta di materiali conformi alle specifiche condizioni di esercizio e ai requisiti normativi.

In Ucraina, la progettazione e la realizzazione dei giunti di dilatazione termica sono disciplinate da una serie di norme e standard edilizi (ДБН), adattati alle condizioni climatiche e alle specificità della pratica costruttiva della regione. Sebbene le normative ucraine non forniscano sempre requisiti dettagliati per materiali e nodi come gli Eurocodici europei (ad esempio, EN 1991-1-5), esse stabiliscono principi generali e distanze massime ammissibili tra i giunti di deformazione per diversi tipi di strutture.

Normative ucraine chiave:

• ДБН В.2.6-98:2009 «Strutture di edifici e costruzioni. Coperture e tetti»: Disciplina i requisiti per i giunti di deformazione nelle strutture di copertura, in particolare per le coperture piane di grande superficie.
• ДБН В.2.6-ХХХ:2018 «Strutture di edifici e costruzioni. Strutture in calcestruzzo e cemento armato. Disposizioni generali» (o versione aggiornata): Contiene i requisiti generali per la progettazione di elementi in calcestruzzo e cemento armato, incluse le questioni delle deformazioni termiche e la necessità di predisporre giunti nelle grandi masse.
• ДБН В.2.1-10-2009 «Basi e fondazioni delle strutture»: Indica la necessità di tenere conto delle deformazioni causate da effetti termici nella progettazione delle fondazioni, sebbene non disciplini direttamente la realizzazione di giunti di dilatazione termica in esse, tranne nei casi di platee di fondazione di lunghezza significativa.

Particolarità della pratica ucraina:

• Condizioni climatiche: L’Ucraina è caratterizzata da significative oscillazioni stagionali di temperatura (da -25°C a +35°C e oltre), il che richiede un calcolo accurato della larghezza dei giunti di dilatazione termica per compensare le deformazioni.
• Materiali: Sul mercato ucraino sono ampiamente disponibili sigillanti, nastri sigillanti e profili nazionali e di importazione, conformi agli standard di qualità europei (EN, ISO) e utilizzabili per la realizzazione di giunti di dilatazione termica. È importante scegliere materiali certificati, dotati di protocolli di prova su elasticità, adesione e durabilità.
• Progettazione: Nella documentazione progettuale vengono obbligatoriamente indicati i punti di posizionamento dei giunti di deformazione, le loro dimensioni, il tipo di riempimento e i nodi costruttivi dettagliati. L’uso di moderni sistemi software per il calcolo delle strutture e la modellazione BIM consente di tenere conto dei dati climatici specifici ucraini e dei requisiti normativi.
• Esecuzione dei lavori: La qualità del montaggio dei giunti di dilatazione termica dipende in modo critico dalla qualifica degli esecutori. Una preparazione errata della superficie, il mancato rispetto della tecnologia di applicazione del sigillante o l’installazione dei profili possono portare alla rapida rottura del giunto e alla sua inefficacia. Per questo motivo, la supervisione tecnica e il controllo della qualità dei lavori rivestono grande importanza. Alcuni costruttori, come l’azienda di costruzioni KOLEO, pongono l’accento sul rispetto di standard elevati.

Nonostante le differenze nel livello di dettaglio, i principi di base della progettazione e dell’esecuzione dei giunti di dilatazione termica in Ucraina corrispondono agli standard mondiali, volti a garantire l’affidabilità e la durabilità delle strutture edilizie.