La prima cosa da chiarire è: aver superato i test di carico del vento per la marcatura CE non significa essere immuni da deformazioni. Perché il serramento posato non si trova nelle stesse condizioni della prova. La differenza sostanziale è che durante le prove la finestra è ancorata meccanicamente sui quattro lati, mentre una volta in opera non sempre è così. Gli effetti sono due: primo, la finestra si deforma e, secondo, queste deformazioni possono trasferirsi alla struttura che la ospita.
Il fissaggio meccanico: soluzione o problema?
Si potrebbe pensare: per evitare che il serramento si deformi, fisso il telaio sui quattro lati. Giusto, ma funziona solo se è ancorato meccanicamente – tramite viti, viti passanti con tasselli a espansione o zanche – a una struttura portante. Ovvero alla struttura muraria. Altrimenti, il fissaggio meccanico non serve a migliorare la resistenza al carico del vento. Anzi, porta con sé altri problemi.
Fissaggio a struttura portante: garantisce stabilità. Quando il serramento è fissato meccanicamente sui quattro lati a una struttura portante, quale la muratura, subisce una deformazione che rientra nei parametri della marcatura CE e che, cosa molto importante, non si trasferisce alla struttura circostante. L'unico accorgimento che bisogna adottare è quello di tenere conto del tipo di opera muraria al momento della posa, utilizzando adeguati fissaggi. Dunque il fissaggio meccanico opportunamente dimensionato assicura stabilità e resistenza.
Fissaggio a struttura non portante o mancato fissaggio: compromette l'intero sistema. Quando il lato superiore del telaio si trova ad esempio sotto una struttura per l'alloggiamento dei sistemi oscuranti, quale il cassonetto degli avvolgibili o dei frangisole, ha senso collegare i due elementi tramite viti? Dal punto di vista della tenuta all'aria e alla pioggia battente, la presenza di un vincolo meccanico tra il traverso del telaio e il traverso del cassonetto contribuisce sicuramente all'efficacia della sigillatura, mantenendo in costante contatto le due battute. Se si pensa però in questo modo di "stabilizzare" la struttura, non è così. Anzi. Le viti fissate a una struttura non portante come il cassonetto fanno da "ponte", trasferendo le eventuali deformazioni del serramento anche al cassonetto e all'intero sistema di posa. Attenzione perciò: se non si conosce appieno la capacità di deformarsi del proprio serramento, si potrebbero verificare deformazioni di elevata entità capaci di danneggiare permanentemente il serramento, inficiandone la tenuta all'aria. E queste deformazioni, trasferite attraverso il fissaggio meccanico dal serramento al sistema non portante, potrebbero danneggiare anche quest'ultimo: deformandolo, rompendolo oppure rovinando i rivestimenti superficiali della struttura alla quale è ancorato (per esempio l'intonacatura sul lato interno del cassonetto). Oltretutto, così, non è più applicabile il marchio CE.
Questi problemi si hanno in tutti i casi in cui si fissa il traverso superiore a un elemento non portante, cioè per esempio quando:
- il traverso superiore del serramento è ancorato al cassonetto per oscuranti
- si ha una parete finestrata (windows-wall), in cui i telai di più finestre sono fissati tra loro
- si ha un serramento a più ante con sopraluce.
Facciamo la prova
Al fine di comprendere quanto realmente pericolose possano essere le deformazioni da vento e che cosa si possa fare per migliorare la resistenza dei serramenti, Maico Technology ha avviato un progetto specifico, sviluppatosi in tre fasi:
- fase 1 - individuare i limiti di deformazione tramite calcolo analitico (secondo EN 1991-1-4)
- fase 2 - simulare al computer le deformazioni sull'elemento finito
- fase 3 - verificare le deformazioni su banco di prova.
Fase 1: fuori dai limiti
"Secondo i calcoli effettuati tramite metodo analitico, il nostro serramento campione, o meglio, il telaio in legno del nostro serramento, non può essere impiegato in nessun caso, perché supera sempre la deformazione massima ammissibile secondo le direttive TRLV 1", spiega Karlheinz Santer, ingegnere di Maico Technology e responsabile del progetto. Queste linee guida definiscono come ammissibile una deformazione/flessione del telaio inferiore alla lunghezza del lato non fissato diviso 200, in ogni caso inferiore a 15 mm. Ovvero:
flessione f < L/200 < 15 mm
"Il nostro serramento, largo 260 cm, subisce, con una pressione pari a 800 Pa (classe di resistenza al vento 2), una deformazione di 29,04 mm. Questo secondo il calcolo analitico (vedi tabella A). Il limite sarebbe di 13 mm (260/200). Utilizzando questo metodo di verifica, abbiamo ottenuto un risultato molto deludente" spiega l'ingegnere Karlheinz Santer. Perché? "Perché, per andare sul sicuro, il calcolo analitico, soprattutto per serramenti di larghezza notevole, tende a sottovalutarne la resistenza alla flessione. Inoltre non prende in considerazione il prodotto finito e assemblato, ma solo i singoli elementi (montanti e traversi). Del vetro, per esempio, non si parla. Invece la struttura vetro più telaio ha una maggiore rigidità rispetto al singolo elemento in legno", sottolinea Karlheinz Santer.
Fase 2: la simulazione
"Visti i risultati deludenti del calcolo con metodo analitico, abbiamo deciso di approfondire la questione, e abbiamo chiesto al TIS Innovation Park di Bolzano (centro studi per l'innovazione tecnologica) di simulare la deformazione del nostro serramento, considerando anche gli altri ele- menti che incidono sulla resistenza al vento", spiega Karlheinz Santer.
Grazie alla simulazione effettuata dal TIS sono stati definiti dei valori indicativi che corrispondono alle probabili deformazioni del serramento. Questo ha reso possibile ridimensionare il risultato negativo del calcolo analitico. "Nello specifico, si può notare come vi sia una grande differenza tra un serramento con traverso superiore libero di muoversi e uno con traverso fisso, ovvero ancorato saldamente alle due estremità
a una struttura portante", sottolinea Karlheinz Santer.
"Quando il traverso è libero (che è poi la situazione considerata dal calcolo analitico) la deformazione rilevata tramite programma di simulazione raggiunge i 29,04 mm; quando lo stesso traverso è fissato, la deformazione si riduce a un quarto, ovvero a 7,26 mm (vedi disegno sottostante). Una finestra in condizioni reali, ovvero completa di tutti gli elementi incluso vetro e falso telaio, inserita in un sistema di posa e magari ancorata meccanicamente reagisce quindi più probabilmente con una deformazione a metà strada tra questi due valori, ovvero tra 29,04 mm e 7,26 mm".
Fase 3: il banco di prova
Per verificare e tarare i risultati ottenuti prima dal calcolo analitico e poi dalla simulazione, Maico Technology ha deciso di fare una prova, cioè di sottoporre il serramento campione a un test di resi- stenza al carico del vento sul banco di prova.
Sono state testate due situazioni di posa:
A. POSA SENZA FISSAGGIO MECCANICO, quindi con traverso libero di muoversi. Con il telaio svincolato da qualsiasi struttura portante, sono state osservate:
- una flessione importante del telaio all'applicazione della pressione
- una notevole deformazione permanente del telaio.
B. POSA CON FISSAGGIO A STRUTTURA NON PORTANTE, tipo cassonetto. Mentre da un lato il serramento guadagna in rigidità, essendo fissato con le viti al cassonetto, dall'altro la flessione si trasferisce anche all'elemento al quale è ancorato il telaio, quindi al cassonetto stesso. In breve, la prova ha evidenziato che:
- una pressione di 800 Pa (classe 2) provoca una flessione che rientra nei limiti delle direttive TRLV
- una pressione di 1200 Pa (classe 3) genera una deformazione tale da non essere più ammissibile
- una pressione di 1600 Pa (classe 4) provoca danni anche al cassonetto, facendo crepare l'intonaco interno di rivestimento.
Conclusioni
"I dati reali delle deformazioni registrate in laboratorio sul nostro campione ci hanno permesso di tarare i risultati della simulazione (fase 2) e del calcolo analitico (fase 1). Confrontando i valori della fase 1 con i risultati del test è stato ottenuto un fattore di correzione pari a 2, che ci ha permesso di elaborare la tabella B. Significa che per il nostro campione le deformazioni misurate su banco di prova risultano inferiori alla metà di quelle calcolate. Naturalmente, questo risultato vale esclusivamente per questo campione, e in questa coonfigurazione di posa", conclude Karlheinz Santer.
Grazie alla "deformazione professionale" è stato possibile conoscere meglio come si comporta il serramento campione sotto l'azione del vento. Arrivando a una conclusione: bisogna cono- scere bene il proprio serramento e i suoi limiti. Solo sapendo quali sono le condizioni alle quali non garantisce più tenuta e stabilità, si può avere la certezza di non provocare danni non solo al serramento, ma all'intero sistema finestra. Se sai dove sei, sai dove puoi arrivare e quando fermarti. Sapendo che le deformazioni sono pericolose per il sistema, e sapendo che il tuo serramento avrà uno o più lati privi di fissaggio meccanico, puoi fare in modo di evitare danni maggiori – aumentando lo spessore del telaio, rinforzandolo, modificando le misure.
Articolo tratto dalla rivista Tecnogramma, Maico Technology, n° 33 (febbraio 2015)
