Argomento speciale: Controllo dell’overflow delle grondaie interne e della stabilità del ristagno d’acqua sul tetto nei capannoni in acciaio

— Non basta semplicemente “smaltire l’acqua piovana”: l’obiettivo fondamentale è mantenere il sistema di copertura controllabile anche in caso di guasto del drenaggio primario

Riassunto

I magazzini con struttura in acciaio presentano tipicamente ampie superfici di copertura, lunghi percorsi di drenaggio e sistemi di copertura leggeri. Non appena una gronda interna o uno scarico della copertura si intasa durante un forte temporale, il carico idrico può passare rapidamente da un problema di drenaggio dell’edificio a un problema strutturale. In molti progetti si calcola soltanto il diametro del tubo di discesa, senza valutare le quote delle gronde, gli ingressi di sfioro secondari, la reale deformazione della copertura e gli scenari di guasto del sistema di drenaggio primario all’interno dello stesso modello. Da una prospettiva di revisione progettuale specializzata, questo articolo tratta la zonizzazione del drenaggio per magazzini in acciaio a grande luce, la relazione tra drenaggio primario e sfioro secondario, la deformazione delle gronde e la stabilità dello stazionamento dell’acqua sulla copertura. L’obiettivo non è fornire una regola generale di massima — ad esempio «quale diametro di tubo è richiesto per metro quadrato» — bensì definire una logica del percorso idrico verificabile in modo coerente durante la fase di progettazione, di dettaglio esecutivo e di accettazione in cantiere.

1. Perché i capannoni con struttura in acciaio sono più sensibili all’accumulo d’acqua rispetto ai tetti di piccole dimensioni

I tetti in acciaio leggero offrono un basso peso proprio, ampie campate e una rapida realizzazione, ma proprio queste caratteristiche li rendono più sensibili a carichi idrici in continuo aumento. I tetti dei capannoni sono comunemente costituiti da sistemi di copertura in lamiera metallica supportati da correnti, travi d’acciaio o capriate. In condizioni normali, l’acqua piovana scorre lungo la pendenza del tetto verso i canali interni e viene quindi smaltita tramite pluviali e tubazioni verticali. Il problema è che le precipitazioni non rappresentano un carico costante e la capacità di drenaggio non è una grandezza costante che si possa ritenere efficace indefinitamente.

Quando gli scarichi del tetto sono parzialmente ostruiti da foglie, pellicola per imballaggio, detriti da costruzione o ghiaccio e neve localizzati, il livello dell’acqua nella gronda sale. Questo livello più elevato aumenta il carico sulla gronda, sulle capriate secondarie e sulla struttura principale, causando una deformazione. Tale deformazione modifica ulteriormente i punti effettivi più bassi del tetto, indirizzando ulteriore acqua verso le zone già deformate. Questo ciclo di retroazione — «più acqua → maggiore deformazione → drenaggio ancora più concentrato» — è il motivo per cui gli effetti di ristagno richiedono un’attenzione specifica.

Pertanto, la progettazione del sistema di drenaggio per un magazzino con struttura in acciaio deve rispondere a una domanda che va oltre la semplice verifica «Il tetto riesce a smaltire un evento meteorologico di progetto normale?». Deve anche rispondere alle seguenti domande: «In caso di guasto del sistema di drenaggio principale, dove si accumulerà l’acqua, quanto profonda diventerà e la struttura manterrà comunque resistenza e rigidezza adeguate?»

2. Il livello di progetto dell’acqua deve essere compreso come tre componenti distinte

Il 2024 International Building Code pone ulteriore enfasi sul concetto combinato di pressione idrostatica, pressione di drenaggio e pressione di ristagno nell’esprimere i carichi di pioggia di progetto. Ai fini della valutazione ingegneristica, queste tre grandezze devono essere comprese separatamente, anziché ridurre il ristagno d’acqua sui tetti a una profondità d’acqua scelta arbitrariamente.

Il primo componente è la testata statica. Dopo il blocco del sistema di drenaggio primario, questa rappresenta l’altezza con cui la superficie dell’acqua si innalza dal punto più basso del tetto fino all’ingresso di troppo pieno secondario ed è direttamente determinata dalle quote del tetto e dell’uscita di troppo pieno. Il secondo componente è la testata di drenaggio. Anche dopo che l’acqua ha raggiunto l’ingresso di troppo pieno, il sistema di drenaggio secondario potrebbe richiedere comunque una certa testata idraulica al di sopra dell’ingresso per raggiungere la portata di progetto. Il terzo componente è la testata di ristagno. Man mano che il tetto si deforma sotto il carico idrico, il vero punto più basso si abbassa ulteriormente, modificando sia la profondità dell’acqua sia l’area di raccolta effettiva. Questo componente non può essere determinato unicamente sulla base della geometria del tetto non deformato.

Per i tetti in acciaio leggeri a grande campata, il terzo componente è particolarmente importante. Nel 2024, l’AISC e il Steel Joist Institute hanno pubblicato congiuntamente la Guida alla progettazione 40, intitolata «Carichi da pioggia e ristagni», dedicata ai carichi da pioggia e ai ristagni sui sistemi di copertura in acciaio. La guida segnala inoltre importanti aggiornamenti contenuti nell’edizione 2022 della norma ASCE 7 riguardo ai carichi da pioggia e ai ristagni successivi alla deformazione del tetto. Dal punto di vista ingegneristico, ciò significa che i calcoli di smaltimento delle acque e le deformazioni strutturali non possono essere considerati problemi completamente indipendenti.

3. Definire innanzitutto le zone di drenaggio, quindi dimensionare i pluviali e le colonne di scarico

Uno degli errori di progettazione più comuni sui tetti di grandi magazzini consiste nel determinare innanzitutto diversi punti di posizionamento dei pluviali e poi procedere a ritroso per stabilire come il tetto debba essere drenato. Una sequenza più affidabile è l’opposta: innanzitutto suddividere il tetto in zone di drenaggio indipendenti sulla base di colmi, direzioni di pendenza, giunti di movimento, posizioni dei canali di gronda e lunghezza dell’edificio; identificare il punto più basso critico e l’area di raccolta massima per ciascuna zona; e solo successivamente disporre gli scarichi di tetto, i pluviali e le predisposizioni per lo sfogo di emergenza.

Ogni zona di drenaggio deve avere un chiaro "percorso idrico normale" e un "percorso idrico di emergenza". Il percorso idrico normale è: manto di copertura → grondaia → scarico di copertura → tubo di discesa. Il percorso idrico di emergenza descrive come l'acqua viene scaricata in sicurezza attraverso un'apertura secondaria di troppo pieno, un tubo di troppo pieno o il bordo della gronda, nel caso in cui lo scarico di copertura principale o l'intero sistema di drenaggio primario sia considerato non disponibile. Questo percorso di emergenza è particolarmente importante per le coperture circondate da parapetti, con grondaie interne o con bordi perimetrali elevati, poiché l'acqua non ha alcuna possibilità naturale di fuoriuscire oltre il bordo della copertura.

Nella pratica ingegneristica internazionale, sia l’IBC sia il International Plumbing Code richiedono un sistema di drenaggio di emergenza secondario nei casi in cui la costruzione del bordo del tetto possa causare ristagni d’acqua. Lo scopo del sistema secondario non è migliorare l’efficienza del drenaggio quotidiano, bensì fornire un percorso di scarico indipendente nel caso di guasto del sistema primario. I due sistemi non devono semplicemente essere combinati nello stesso tubo nascosto a valle, poiché un singolo evento di ostruzione potrebbe così rendere inutilizzabili sia il drenaggio primario sia il percorso di riserva.

4. Le dimensioni della gronda non dipendono solo da «larghezza × profondità»: contano anche il controllo dell’ingresso e il vero punto più basso

La capacità idraulica della grondaia è spesso semplificata in termini di area della sezione trasversale, ma le prestazioni effettive di drenaggio sono influenzate anche dalla pendenza longitudinale, dalle contrazioni locali, dalla geometria dell’ingresso tra tetto e scarico, dai filtri, dalle curve, dalle tubazioni verticali e dalle condizioni di uscita. La norma BS EN 12056-3:2000 è ancora elencata dal BSI come standard vigente per il drenaggio dei tetti a gravità. Essa fornisce metodi di calcolo idraulico per i sistemi di drenaggio non sifonici dei tetti e stabilisce altresì i requisiti prestazionali per i sistemi sifonici.

Per un magazzino con struttura in acciaio, il dettaglio della gronda deve verificare almeno quattro aspetti. Primo, il punto più basso indicato nei disegni di progetto può effettivamente essere realizzato rispettando le tolleranze di fabbricazione e installazione? Secondo, i supporti della gronda e la deformazione strutturale possono generare una pendenza inversa? Terzo, quale altezza di carico d’ingresso richiede lo scarico del tetto alla portata di progetto? Quarto, l’ingresso di troppo pieno secondario è posizionato così in alto che la struttura entrerebbe in una condizione sfavorevole di ristagno prima che il sistema di troppo pieno entri in funzione?

Ciò è particolarmente importante per gronde lunghe dotate di una pendenza longitudinale nominale molto ridotta. Una flessione delle travi d’acciaio, uno scostamento dei supporti o una distorsione locale dovuta alle saldature, anche di soli alcuni millimetri o addirittura superiore a dieci millimetri, potrebbe bastare a invertire effettivamente il senso di deflusso. Il dettaglio pertanto non deve limitarsi a indicare semplicemente una «pendenza della gronda»; occorre invece verificare congiuntamente le quote di riferimento, i punti di supporto e le deformazioni ammesse.

5. La chiave per il sistema di troppo pieno secondario non è semplicemente la sua presenza, ma la sua quota e la sua indipendenza

Molti progetti riportano aperture di troppo pieno nei disegni senza verificare la relazione tra la quota dell’imbocco del troppo pieno e il livello idrico di progetto strutturale. Un’apertura di troppo pieno posizionata a quota troppo elevata può esistere formalmente, ma consentire comunque un ristagno fino a una profondità che la struttura non è stata progettata per sopportare prima che entri in funzione. Analogamente, un sistema secondario che condivida un tratto di tubazione a valle con il sistema primario di drenaggio potrebbe risultare inefficace durante lo stesso evento di ostruzione.

Un approccio progettuale più razionale consiste nel determinare innanzitutto il livello massimo di controllo dell’acqua ammesso sul tetto in caso di guasto del sistema di drenaggio primario, per poi procedere a ritroso stabilendo la quota di installazione e la portata di scarico dell’ingresso di troppo pieno. L’acqua di troppo pieno dovrebbe scaricare preferibilmente in un punto facilmente osservabile dal personale addetto alla manutenzione, poiché l’attivazione del sistema secondario costituisce di per sé un segnale di allarme che «il sistema di drenaggio primario non funziona correttamente».

Le disposizioni pubbliche del 2021 IPC richiedono esplicitamente che il sistema secondario di drenaggio del tetto termini separatamente dal sistema primario e scarichi sopra il livello del terreno in un punto normalmente osservabile dagli occupanti dell’edificio o dal personale addetto alla manutenzione. Il sistema secondario è dimensionato utilizzando la stessa intensità di pioggia di progetto del sistema primario. Ogni progetto deve seguire la versione attualmente adottata dall’ente locale competente, ma il principio ingegneristico è ampiamente applicabile: un sistema di riserva deve essere effettivamente indipendente e la sua attivazione deve essere visibile.

6. La struttura del tetto deve tenere conto del fenomeno di retroazione «più acqua, più ristagno»

Per gli ingegneri strutturali, la domanda fondamentale non è se vi sia acqua nella grondaia, bensì se il carico di ristagno converga ancora verso una condizione stabile dopo la deformazione del tetto. L’attuale specifica AISC 360 richiede che i sistemi di copertura potenzialmente soggetti a ristagno vengano verificati mediante analisi strutturale per accertarne adeguata resistenza e stabilità, a meno che la stessa costruzione del tetto non impedisca l’accumulo d’acqua. La AISC/SJI Design Guide 40 fornisce un metodo più sistematico per l’analisi dei carichi da pioggia e del ristagno.

Nei progetti reali, la sensibilità all’accumulo d’acqua è tipicamente correlata alla luce, alla pendenza del tetto, alla rigidezza delle travi secondarie o dei correnti, alla rigidezza delle travi principali e alle posizioni dei punti di drenaggio più bassi. Un tetto di piccole dimensioni con pendenza adeguata e drenaggio libero lungo il perimetro può presentare un rischio molto basso di accumulo d’acqua. Al contrario, un magazzino con luci elevate, bassa pendenza del tetto e drenaggio concentrato tramite gronde interne può sviluppare una profondità aggiuntiva significativa dell’acqua a causa di insufficiente rigidezza, anche quando gli elementi in acciaio dispongono di un ampio margine di resistenza.

La revisione del progetto non può quindi limitarsi a verificare se è stata selezionata la «combinazione di carico da pioggia». Deve inoltre accertare se il modello di analisi rappresenti in modo ragionevole i reali confini di drenaggio del tetto. La deformazione strutturale, le condizioni di supporto della grondaia e le quote di troppo pieno devono formare un ciclo chiuso coerente. Se il modello calcola la profondità dell’acqua sul tetto non deformato, ma il tetto reale si deformerebbe in misura significativa sotto tale carico idrico, occorre approfondire ulteriormente il fenomeno del ristagno (ponding feedback).

7. Il sistema di drenaggio a sifone non è una soluzione universale — e laddove risulti appropriato, il coordinamento diventa ancora più critico

Alcuni capannoni con ampie campate utilizzano sistemi di drenaggio sifonico per ridurre il numero di pluviali. I sistemi sifonici raggiungono un’elevata capacità di drenaggio grazie al flusso a sezione piena, ma sono più sensibili alle prestazioni dello scarico sul tetto, alle combinazioni tra diametro delle tubazioni, al bilanciamento idraulico, alle condizioni dell’aria e alla qualità dell’installazione. Non devono essere modificati in modo casuale sulla base dell’esperienza acquisita con i normali sistemi di drenaggio a gravità.

BS EN 12056-3 include i requisiti prestazionali per lo scarico sifonico dei tetti. Nel Regno Unito, una nuova edizione di BS 8490 è stata pubblicata nel 2025, fornendo indicazioni sui parametri di progettazione, sull’installazione, sulla verifica e sulla manutenzione dei sistemi di scarico sifonico dei tetti. Quando si utilizza un sistema sifonico, il coordinamento precoce tra le discipline struttura in acciaio e MEP diventa ancora più importante: gli scarichi del tetto richiedono basi di fissaggio stabili; i carichi e le vibrazioni provenienti dai supporti delle tubazioni devono avere percorsi di carico chiaramente definiti; la profondità dell’acqua nella grondaia deve corrispondere alle condizioni di innesco sifonico; e deve comunque essere garantito un percorso di scarico sicuro per condizioni anomale del sistema primario.

Per i team addetti alla fabbricazione e alla costruzione, una delle pratiche più pericolose con i sistemi sifonici consiste nell’apportare modifiche arbitrarie in cantiere ai diametri delle tubazioni, alle quote, alle disposizioni delle curve o alle posizioni degli scarichi del tetto. Ciascuna di queste modifiche potrebbe compromettere l’equilibrio idraulico del sistema.

8. I documenti di progettazione devono consentire al team del cantiere di "verificare il percorso dell’acqua"

I disegni di drenaggio dedicati, di alta qualità, devono fornire più della semplice quantità e del diametro dei pluviali. Devono indicare chiaramente quali dimensioni sono dimensioni di riferimento. Al minimo, i disegni devono identificare le zone di drenaggio del tetto, l’area di raccolta di ciascuna zona, le posizioni dei principali scarichi del tetto, le quote di riferimento dei canali di gronda, le quote di ingresso degli sfioratori secondari, le direzioni di sfioro, se i sistemi primario e secondario sono indipendenti e il livello di riferimento dell’acqua utilizzato nei calcoli strutturali.

Dopo l'installazione, l'accettazione dovrebbe essere elevata da «È stato installato?» a «Lo scenario di guasto funziona ancora?». I controlli possono includere: se i punti più bassi effettivi del tetto corrispondono ai disegni, se le gronde presentano pendenze inverse, se isolamento, sigillanti o profili di finitura riducono l'apertura efficace dello scarico del tetto, se le aperture di troppo pieno sono nascoste da coperture decorative, se i pluviali sono stati ridotti nel diametro in cantiere e se le uscite secondarie di drenaggio sono effettivamente visibili.

Per il funzionamento e la manutenzione a lungo termine, le gronde e gli scarichi del tetto devono essere accessibili per la pulizia. Nei pressi di un magazzino dove sono presenti alberi, polvere o materiali da imballaggio trasportati dal vento, la frequenza della manutenzione deve essere aumentata. Progettare per un singolo evento di ostruzione non significa che sia accettabile trascurare la manutenzione a lungo termine.

Conclusione

Lo smaltimento delle acque piovane sui tetti dei capannoni in struttura metallica è, in sostanza, una questione ingegneristica specifica che coinvolge l’interazione tra lo smaltimento delle acque dell’edificio, i calcoli idraulici e la deformazione delle strutture metalliche leggere. Calcolare soltanto il diametro dei pluviali non consente di stabilire se il tetto rimane sicuro dopo il blocco del sistema di drenaggio principale; analogamente, la verifica del carico da pioggia sulla struttura da sola non garantisce che l’acqua reale seguirà effettivamente il percorso di scarico previsto.

Un metodo ingegneristico più affidabile inizia con la definizione delle zone di drenaggio, prosegue con l’individuazione del drenaggio primario, dell’overflow secondario e del livello strutturale ammissibile dell’acqua, e conclude con la verifica delle effettive quote dei canali di gronda, dei requisiti di carico idraulico sui pluviali di copertura e della deformazione della copertura, il tutto all’interno della stessa logica ingegneristica. L’obiettivo non è rendere il sistema di drenaggio più complesso, bensì garantire che, durante piogge estreme o ostruzioni localizzate, l’acqua segua comunque un percorso previsto dal progettista, anziché individuare un nuovo punto di minima quota sulla copertura mai contemplato nei calcoli.

Tabella 1: Quattro livelli di controllo per la progettazione dedicata del drenaggio di copertura in capannoni a struttura in acciaio

Riferimenti e normative

1. ASCE/SEI 7-22: Carichi minimi di progettazione e criteri associati per edifici e altre strutture. Uno degli attuali standard statunitensi sui carichi strutturali; le sue disposizioni relative ai carichi da pioggia devono essere considerate congiuntamente agli effetti dell'acquastagno dopo la deformazione del tetto.

2. International Building Code (IBC) 2024: Il Capitolo 16 include concetti aggiornati sui carichi da pioggia di progettazione. Il materiale esplicativo pubblico afferma che i carichi da pioggia di progettazione si basano sulla combinazione di altezza idrostatica, altezza di drenaggio e altezza di acquastagno; il Capitolo 15 richiede che il drenaggio del tetto sia coordinato con i requisiti strutturali relativi ai carichi da pioggia.

3. International Plumbing Code (IPC): Capitolo 11, Drenaggio delle acque meteoriche, comprende i requisiti per il drenaggio primario del tetto, il drenaggio a sifone e il drenaggio di emergenza secondario. La versione adottata dall’ente competente per il progetto fa fede.

4. BS EN 12056-3:2000: Sistemi di drenaggio a gravità negli edifici – Drenaggio dei tetti, progettazione e calcolo. Il BSI lo elenca ancora come norma vigente fino al 2026. Viene utilizzata per il calcolo idraulico del drenaggio dei tetti non a sifone e include anche i requisiti prestazionali per i sistemi a sifone.

5. BS 8490:2025: Sistemi di drenaggio a sifone per tetti – Guida. Una guida attuale del BSI che tratta i parametri di progettazione, l’installazione, la verifica e la manutenzione dei sistemi di drenaggio a sifone.

6. AISC Design Guide 40:2024: Carichi da pioggia e ristagni. Pubblicato congiuntamente dall’AISC e dallo Steel Joist Institute, affronta specificamente i carichi da pioggia, il comportamento dei ristagni, l’analisi e la progettazione per strutture in acciaio e sistemi di copertura con travetti in acciaio.

7. ANSI/AISC 360-22: Norma per gli edifici in acciaio strutturale. Utilizzata per la progettazione di resistenza e stabilità dei sistemi strutturali in acciaio; qualora un tetto possa essere soggetto a ristagni d’acqua, è richiesta un’analisi strutturale specifica, a meno che la costruzione del tetto non impedisca l’accumulo d’acqua.

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