Fizica acoperișului

Ca plic de clădire, acoperișul este expus la o serie de factori strâns legați de procesele care au loc atât în ​​exteriorul clădirii, cât și în interiorul acesteia. Acești factori includ, în special:

• precipitare;
• vânt;
• radiatie solara;
• variații de temperatură;
• vaporii de apă conținuți în aerul interior al clădirii;
• substanțe agresive chimic în aer;
• activitate vitală a insectelor și microorganismelor;
• sarcini mecanice.

Precipitare

Funcția de protejare a clădirii împotriva precipitațiilor atmosferice este atribuită elementului de sus al acoperișului – acoperișul. Pentru a scurge apa de ploaie, suprafața acoperișului este înclinată. Sarcina acoperișului este de a nu lăsa apa în straturile subiacente.

Materialele moi pentru acoperișuri care formează un covor sigilat continuu pe suprafața acoperișului (role și materiale mastic, membrane polimerice) fac o treabă bună cu această sarcină. Când folosiți alte materiale, precipitațiile atmosferice cu pante mici ale acoperișului, în special în condiții meteorologice nefavorabile (ploaie sau zăpadă, însoțite de vânturi puternice) pot pătrunde sub acoperirea acoperișului. În astfel de cazuri, sub acoperiș este amenajat un strat suplimentar de impermeabilizare, care este a doua linie de protecție împotriva precipitațiilor atmosferice..

O sarcină importantă este organizarea sistemului de drenare – intern sau extern.

Zăpada pune o sarcină statică suplimentară pe acoperiș (sarcină de zăpadă). Poate fi destul de mare, așa că trebuie să se țină cont de calculul sarcinii totale pe structura acoperișului. Această sarcină depinde de panta acoperișului. În zonele cu zăpadă, panta este de obicei făcută mai mult, astfel încât zăpada să nu mai stea pe acoperiș. În același timp, pe acoperișurile înclinate, se recomandă instalarea elementelor de reținere a zăpezii, care să nu permită căderea zăpezii ca o avalanșă, periclitând astfel sănătatea trecătorilor, deformând adesea fațada clădirii și dezactivând sistemul de drenare extern..

fig.1

Una dintre problemele semnificative din zonele cu zăpadă este formarea de gheață și icicule pe acoperișuri. Gheața devine adesea o barieră care împiedică apa să intre în jgheab, pâlnie de apă sau pur și simplu să curgă în jos. Când utilizați acoperișuri non-ermetice (acoperișuri metalice, toate tipurile de șindrilă), apa poate pătrunde pe acoperiș, formând scurgeri. Mecanismul formării gheții și metodele de combatere a acestui fenomen sunt discutate în detaliu în secțiunea Sisteme antigel pentru acoperișuri..

Vânt

Fluxurile de vânt, care întâlnesc un obstacol sub forma unei clădiri pe parcurs, ocolesc-o, ca urmare, în jurul clădirii se formează zone de presiune pozitivă și negativă (Fig. 2).

fig.2

Mărimea presiunii negative rezultate care exercită o acțiune de rupere pe acoperiș depinde de mulți factori. Cel mai nefavorabil în această privință este vântul care suflă clădirea la un unghi de 45⁰. Planul de acoperiș al clădirii, care arată distribuția presiunii negative pe direcția vântului de 450, este prezentat în Fig. 3.

fig.3

Forța de rupere a vântului poate fi suficientă pentru a deteriora acoperișul (balonare, ruperea unei părți a acoperirilor etc.). Crește mai ales atunci când presiunea crește în interiorul clădirii (sub baza acoperișului) datorită pătrunderii aerului prin ușile deschise și ferestrele din partea subterană sau prin fisuri în structură. În acest caz, forța de rupere a vântului este determinată de două componente: atât presiune negativă deasupra acoperișului, cât și presiune pozitivă în interiorul clădirii. Prin urmare, pentru a elimina riscul de deteriorare a acoperișului, baza acestuia este realizată cât mai strâns (Fig. 4). Fixarea mecanică suplimentară a materialului de acoperiș la bază se face adesea..

fig.4

Parapetii sunt folosiți pentru a reduce presiunea negativă. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere că acestea nu numai că pot scădea, ci și crește presiunea negativă. Dacă parapetii sunt prea mici, presiunea negativă poate fi chiar mai mare decât fără ei..

Radiatie solara

Diferite materiale pentru acoperișuri au o sensibilitate diferită la radiațiile solare. Așadar, de exemplu, radiațiile solare nu au efect practic asupra plăcilor ceramice și nisipului, precum și asupra acoperișurilor metalice fără acoperiri polimerice aplicate acestora..

Materialele pe bază de bitum sunt foarte sensibile la radiațiile solare: expunerea la radiații ultraviolete accelerează procesul de îmbătrânire. De aceea, de regulă, au un strat protector superior de pansament mineral. Pentru a proteja materialele moderne împotriva îmbătrânirii, în compoziția bitumului sunt introduși aditivi speciali (modificatori).

O serie de materiale, sub influența radiațiilor ultraviolete, își pierd culoarea originală (decolorată) în timp. Acoperișurile metalice cu anumite tipuri de acoperiri polimerice sunt deosebit de sensibile la această radiație..

Energia solară radiantă, care cade pe acoperiș, este parțial absorbită de materialele de acoperiș. În același timp, straturile superioare ale acoperișului pot fi încălzite în mod semnificativ (uneori până la 100 ° C), ceea ce afectează și comportamentul acestora. Deci, de exemplu, materialele pe bază de bitum se înmoaie la temperaturi suficient de ridicate și, în unele cazuri, pot aluneca de pe suprafețele înclinate ale acoperișului. Materiale pentru acoperișuri sensibile la căldură și metal, cu unele tipuri de acoperiri. Prin urmare, atunci când alegeți un material pentru acoperișuri pentru utilizarea în regiunile sudice, trebuie să vă asigurați că acesta are o rezistență suficientă la căldură..

Variații de temperatură

Ca plic de clădire, acoperișul funcționează într-un regim de temperatură destul de sever, suferind variații de temperatură atât spațiale, cât și temporale. De regulă, suprafața inferioară (tavanul) are o temperatură apropiată de cea a încăperii. În același timp, temperatura suprafeței exterioare variază într-un interval destul de larg – de la valori negative foarte semnificative (într-o noapte de iarnă, înghețată) până la valori apropiate de 100 0 0 (într-o zi de vară, însorită). Temperatura suprafeței exterioare a acoperișului poate fi în același timp neuniformă datorită iluminării inegale a soarelui din diferitele părți ale acestuia..

Dar, după cum știți, toate materialele sunt supuse întinderii termice și compresiei într-un grad sau altul. Prin urmare, pentru a evita deformarea și distrugerea, este foarte important ca materialele care operează într-o singură structură să aibă coeficienți similari de expansiune termică. Pentru a crește rezistența acoperișului la sarcini termice, se folosesc și o serie de soluții tehnice. În special, în acoperișurile plate, pentru a limita efectul mișcărilor orizontale și al eforturilor interne excesive, se pun noduri speciale de deformare.

Un pericol grav pentru aproape toate materialele pentru acoperișuri (cu excepția acoperirilor metalice) este reprezentat de temperaturile frecvente, uneori zilnice, de la plus la minus. Aceasta tinde să apară în zone cu ierni blânde și umede. Prin urmare, în astfel de zone climatice, este necesar să se acorde o atenție deosebită unei caracteristici atât de importante pentru materialele de acoperiș precum absorbția apei. Cu absorbție ridicată a apei, umiditatea la temperaturi pozitive pătrunde și se acumulează în porii materialului, iar la temperaturi negative, acesta îngheață și, extinzându-se, deformează însăși structura materialului. Rezultatul este o distrugere progresivă a materialului, ceea ce duce la formarea fisurilor.

Acoperișul nu trebuie să fie rezistent numai la variații semnificative de temperatură, ci și să protejeze în mod fiabil interiorul clădirii de acestea, protejându-l de frig în timpul iernii și de căldură vara. Rolul barierei termice în structura acoperișului aparține stratului izolant. Pentru ca materialul termoizolant să-și poată îndeplini funcția, acesta trebuie să fie cât mai uscat. Cu o creștere a umidității cu doar 5%, capacitatea de izolare termică a materialului este aproape la jumătate.

Vapor de apă

Vaporii de apă sunt generați constant în interiorul clădirii ca urmare a activităților umane (gătit, spălat, scăldat, spălat podele etc.). Umiditatea este deosebit de ridicată în clădirile nou construite sau renovate. În procesul de difuzie și transfer convectiv, vaporii de apă crește și, răcindu-se la o temperatură sub punctul de rouă, se condensează în spațiul de sub acoperiș (Fig. 5). Cantitatea de umiditate generată este mai mare, cu atât este mai mare diferența de temperaturi în afara și în interiorul clădirii, prin urmare, în timpul iernii, umiditatea se acumulează destul de intens în spațiul de sub acoperiș.

fig. 5

Umiditatea are un efect negativ atât pe structurile de acoperiș din lemn cât și pe cele metalice. Cu un exces, începe să se scurgă în interior, formând scurgeri pe tavan. Cele mai neplăcute consecințe sunt acumularea de umiditate în materialul termoizolant, care, așa cum am menționat deja, reduce brusc proprietățile sale termoizolante..

O barieră semnificativă pentru penetrarea aburului în spațiul de sub acoperiș este o peliculă specială cu permeabilitate redusă la vapori, care este plasată în structura acoperișului direct sub izolația termică. Cu toate acestea, niciun material de barieră împotriva vaporilor nu poate exclude complet fluxul de abur din interiorul clădirii în spațiul de sub acoperiș. Prin urmare, pentru ca acoperișul să nu-și piardă capacitatea de izolare termică de la an la an, este necesar ca toată umiditatea acumulată în materialul termoizolant în timpul iernii să iasă vara..

Această sarcină este rezolvată prin măsuri constructive. În special, pentru acoperișurile plate, se recomandă nu continuu, ci lipirea parțială a materialelor pentru acoperiș la bază.

Gropi speciale de ventilație sunt dispuse în acoperișuri înclinate (Fig. 6). De regulă, există două dintre ele – decalajul superior și cel inferior. Prin golul superior (între acoperiș și impermeabilizare), umiditatea atmosferică prinsă sub acoperiș este îndepărtată. Datorită ventilației, structurile din lemn (contra-zăbrele și întindere) sunt ventilate constant, ceea ce asigură durabilitatea acestora. Prin golul de ventilație mai mic este îndepărtată umiditatea, pătrundând în izolația din interior. Dispunerea de înaltă calitate a barierei de vapori din partea interioară și prezența unui decalaj de ventilație suficient de mic, exclude blocarea structurii acoperișului.

fig. 6

Rețineți că, atunci când membranele respirabile sunt utilizate ca materiale de impermeabilizare, nu este nevoie de un decalaj de ventilație mai mic..

Pentru a asigura o bună circulație a aerului, multe companii care produc materiale pentru acoperișuri pentru acoperișuri în formă de regulă, oferă, de regulă, o serie de elemente de ventilație ca elemente suplimentare: aerisoare cu vârf, aeratoare de creastă, grile de ventilație și pentru acoperișuri cu gresie – plăci de ventilație speciale.

Cea mai fiabilă protecție împotriva vaporilor de apă este necesară mai ales în acoperișurile peste camere cu umiditate ridicată: piscine, muzee, săli de calculatoare, spitale, unele spații industriale etc. Protecția împotriva aburului trebuie, de asemenea, să se acorde o atenție deosebită atunci când se construiește în zone cu climă extrem de rece, chiar și cu umiditate interioară normală. Atunci când analizăm condițiile de mediu și de temperatură și umiditate în incintă, se pot face presupuneri despre posibilitatea condensului de umiditate și acumularea acesteia și, folosind diverse combinații de componente ale acoperișului, încercați să preveniți aceste fenomene.

Substanțe agresive chimic în aer

De regulă, în orașele mari sau în apropierea întreprinderilor mari din atmosferă există o concentrație destul de mare de substanțe agresive din punct de vedere chimic, de exemplu, hidrogen sulfurat și dioxid de carbon. Prin urmare, pentru toate elementele structurale ale acoperișurilor și, în special, pentru acoperișurile din astfel de zone, este necesar să folosiți materiale rezistente la substanțele chimice prezente în aer..

Activitatea vitală a insectelor și microorganismelor

Diverse insecte și microorganisme pot provoca daune semnificative structurii acoperișului, în special elementelor din lemn. Umiditatea ridicată este un mediu deosebit de favorabil vieții lor. Pentru protejarea structurilor din lemn, se folosesc impregnări speciale care protejează materialul de microorganisme.

Sarcini mecanice

Structura acoperișului trebuie să reziste încărcărilor mecanice, atât permanente (statice) – din elemente de umplere și instalare, cât și temporare – zăpadă, din mișcarea oamenilor și a echipamentelor etc. Sarcinile asociate cu posibile mișcări între acoperiș și nodurile de construcție sunt, de asemenea, temporare..

Deci, pentru ca acoperișul să își îndeplinească în mod fiabil funcțiile și să fie rezistent la diverse tipuri de influențe (enumerate mai sus), este necesar: în primul rând, este suficient să calculăm corect partea de rulment; în al doilea rând, găsiți cea mai bună opțiune de proiectare; și, în sfârșit, în al treilea rând, pentru a asigura combinația optimă de materiale de construcție.

Din toate cele spuse, rezultă că în structura acoperișului pot fi prezente următoarele straturi principale (Fig. 7):

fig.7

• material de acoperiș, pe care se aplică un strat suplimentar, dacă este necesar (pansament, balast etc.);
• strat de impermeabilizare (pe acoperișuri înclinate) – izolează suplimentar straturile interioare ale acoperișului de pătrunderea umidității atmosferice;
• izolarea termică – asigură o temperatură a aerului destul de stabilă în spații;
• barieră de vapori – împiedică vaporii de apă să intre în structura acoperișului din interiorul clădirii;
• baza.

Structura acoperișului trebuie să fie prevăzută cu măsuri pentru circulația liberă a aerului (ventilație).

Necesitatea anumitor straturi și locația lor depind de tipul de clădire și de efectele la care va fi expusă. Atunci când alegeți, este necesar să se țină seama și de caracteristicile tehnice ale materialelor utilizate: coeficienții de expansiune termică și compresie; rezistențe la tracțiune, compresiune și forfecare; caracteristicile permeabilității la vapori și absorbției umidității; caracteristici de îmbătrânire, inclusiv fragilitate crescută și pierderea rezistenței termice; elasticitate; rezistent la foc. Importanța tuturor caracteristicilor tehnice de mai sus este determinată de fiecare caz specific.