Sistemi per la. realizzazione di pannelli a taglio termico. prefabbricati in calcestruzzo

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1 30 Sistemi per la realizzazione di pannelli a taglio termico prefabbricati in calcestruzzo di Carlo Schiatti Nel numero 3/2008 di questa rivista è stata affrontata la problematica della rispondenza alle prescrizioni della normativa in materia di risparmio energetico. Con riferimento a ciò, in questo articolo saranno illustrati i sistemi messi a punto dalle Aziende del Gruppo Inserti di ASSO- BETON. Tutti i sistemi di seguito descritti sono costituiti da inserti specificatamente progettati, sperimentati e certificati per la realizzazione di pannelli a taglio termico prefabbricati in calcestruzzo. Tutti i sistemi sono corredati di informative tecniche, software per il dimensionamento e assistenza tecnica a disposizione dei progettisti. Come è noto, i pannelli a taglio termico prefabbricati in calcestruzzo sono costituiti da due strati (portante e portato) intervallati da uno strato continuo di isolante (più eventuale ulteriore strato di isolante di alleggerimento). Le specifiche prestazionali che devono caratterizzare tali pannelli sono: 4 eliminazione di ponti termici (ridotti alle sole connessioni strutturali affidate agli inserti); 4 raggiungimento del valore di coibentazione necessario all ottenimento della trasmittanza termica U di progetto (W/m 2 K);

2 Inserti 31 4 eliminazione della condensa senza problemi di spanciamenti o fessurazioni, grazie alla limitazione della deformazione del pannello stesso, dovuta alle diverse temperature degli strati. I materiali di coibentazione tendono a perdere parte delle loro proprietà in relazione al degrado dovuto a formazione di condensa non correttamente smaltita. Il fenomeno della condensa avviene in una parete divisoria di due ambienti a diversa temperatura e pressione, quando questa viene attraversata da un flusso di aria contenente vapor acqueo il quale, passando attraverso i vari strati, incontra una resistenza (direttamente proporzionale allo spessore della parete e alle caratteristiche di impermeabilità del materiale) e raggiunge quindi la temperatura di condensa oppure la pressione di saturazione. Per quanto sopra, in tutti i casi, si rende necessario che il progettista preliminarmente definisca spessori e materiali (Resistenza al passaggio del Vapore o Conducibilità al Vapore) necessari al raggiungimento delle prestazioni desiderate in termini di trasmittanza e di eliminazione della condensa; il tutto in relazione alle zone climatiche di utilizzo dei pannelli prefabbricati stessi. Il Diagramma di Glaser, per confronto della curva delle pressioni parziali con la curva delle pressioni di saturazione all interno dei vari strati della parete, consente di determinare se le due curve sopra descritte si incontrino in uno o più punti, fenomeno che indicherebbe la formazione di condensa. Nel seguito verranno descritti i seguenti sistemi di inserti (Aziende del Gruppo Inserti di ASSOBETON): 4 Sistema Konnector Ruredil S.p.A. 4 Sistemi SPA e MVA Halfen-Deha S.r.l. 4 Sistema ESP Edilmatic S.r.l. industrie manufatti cementizi - 4

3 32 SISTEMA RUREDIL S.P.A.: KONNECKTOR La Ruredil S.p.A. propone un sistema composto di vari elementi: sostegni, connettori, molle di frettaggio e forcine di collegamento. delle dilatazioni termiche dello strato portato, e proprio per questo sono consentite. Le forcine sono anche necessarie in corrispondenza di ancoranti per ribaltamento, o spigoli conseguenti alla presenza di aperture o di risalti nel pannello, che nella fase di sformo sono i punti più sollecitati. Il legame tra strato portato (generalmente esterno) e strato portante (generalmente interno) viene realizzato tramite dispositivi (perni-sostegni realizzati con un Ø 40 mm in acciaio zincato o in acciaio inox), capaci di sostenere tutto il peso dello strato appeso, senza impedirne la dilatazione o la contrazione, dovuta alle variazioni termiche. I sostegni lavorano a taglio e quindi non è necessaria resistenza a compressione dell isolante che può di conseguenza essere di tipo più economico. Questi perni possono essere in numero di uno o più, fissi o scorrevoli, in dipendenza dalle dimensioni e dalla tipologia (verticale-orizzontale) del pannello stesso. Oltre a questi dispositivi principali, ve ne sono altri secondari (connettori C10 e forcine). La funzione di questi ulteriori dispositivi è impedire il distacco dello strato portato da quello portante durante le fasi di movimentazione ed in opera. In particolare, i connettori vengono realizzati in funi di acciaio inox composte da fili di diametro piccolissimo, al fine di permetterne la piegatura senza snervamento e un efficace ancoraggio nel calcestruzzo. Le forcine (h 120 per isolante fino a 6 cm, h 200 per altezze superiori) risultano essenziali nelle fasi iniziali di movimentazione quando si ha un calcestruzzo di ridotta resistenza. Nel pannello in opera, le forcine sono invece destinate a snervarsi a seguito 1)Fase progettuale a) Scelta del numero dei perni: 4 per luci inferiori a 5 m: un perno fisso baricentrico; 4 per luci tra 5 e 11 m: due perni uno fisso e uno scorrevole; 4 per luci superiori agli 11 m: tre perni uno fisso più due scorrevoli. Nel caso di pannelli verticali tutto il peso dello strato portato si scarica sull unico perno fisso. Ciò tuttavia succede solo in fase di montaggio, quando il calcestruzzo ha raggiunto la sua massima resistenza. Nelle fasi di movimentazione, di stoccaggio e di trasporto, non c è differenza fra comportamento statico dei pannelli verticali rispetto a quelli orizzontali.

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5 34 inferiore utile alla ripartizione dei carichi e al fissaggio sulla rete di armatura dello strato portante. Sono necessari alcuni accorgimenti: 4 posizionamento all interno di nervatura di irrigidimento; 4 spessore massimo dell isolante attorno al perno 4 cm; 4 per spessori di isolante maggiori va ridotta la sezione di quest ultimo attorno al perno per permettere una diffusione del carico a 45. b) Getto dello strato portante (Figura 1). c) Posizionamento dello strato di isolante continuo (Figura 2). d) Posizionamento armatura delle nervature completa di sollevamenti (Figura 3). b) Scelta del numero dei connettori. Anche il numero dei connettori (alternati alle forcine) dipende dalle dimensioni del pannello e dalla resistenza del calcestruzzo; viene fornita quindi una tabella delle portate e un software di supporto alla progettazione che permette una facile disposizione degli stessi. 2) Fase realizzativa a) Posizionamento dei perni. Trattasi di perni in acciaio con profilato Figura 1 Figura 2 Figura 3

6 Inserti 35 e) Inserimento forcelle e connettori. SISTEMI HALFEN-DEHA S.r.l.: SPA E MVA Da eseguirsi finchè il calcestruzzo dello strato portante è ancora fresco. Questa disposizione è necessaria per ottenere l ancoraggio. Si fa penetrare il tubolare appuntito del connettore nell isolante poi si spinge la fune fino a fine corsa. f) Posa di eventuale isolante di alleggerimento. g) Posa della rete dello strato portante. h) Completamento con getto di calcestruzzo superiore. La HALFEN-DEHA propone due sistemi alternativi, SPA e MVA, assolutamente equivalenti per quanto riguarda la capacità di risolvere i requisiti statici. Il legame tra strato di calcestruzzo portato (crosta esterna) e strato di calcestruzzo portante (crosta interna) viene realizzato tramite questi due sistemi in modo tale che non sia impedito il movimento della crosta esterna rispetto all ambiente protetto, o interno, movimento che può

7 36 essere dell ordine di parecchi millimetri (funzione del DT, della lunghezza del pannello, del colore del pannello, e via dicendo). Gli ancoraggi sono sempre in acciaio inox, materiale che riduce la trasmittanza termica (il suo valore è circa un quinto dell acciaio zincato). gettato, si consiglia una lunghezza massima del pannello di 6 metri per ridurre le dilatazioni e quindi il rischio di fessurazioni del calcestruzzo dello strato esterno portato. Per lunghezze del pannello superiori, viene consigliato di dividere lo strato di rivestimento in tratti di lunghezza massima pari a 6 metri mediante giunti. Tuttavia, in Italia i dispositivi sono comunemente utilizzati anche per lunghezze di pannelli dell ordine dei metri. Ciò richiede attenzione nella scelta e nella disposizione dei dispositivi di ancoraggio, assistiti dallo staff tecnico del fornitore. Per entrambi i sistemi, si richiede inoltre uno spessore minimo della crosta esterna di 6 cm. Questo perché lo strato è a contatto dell umidità su tutte e due le facce, e quindi si è obbligati a rispettare il copriferro di 3 cm per parte, rispetto allo spessore della rete inserita nello strato stesso) e di almeno 11 cm della crosta portante (in ogni caso, la verifica della crosta portante è a carico del prefabbricatore). Particolare attenzione va posta circa l utilizzo dei dispositivi in relazione alla lunghezza del pannello. La problematica non riguarda lo strato di calcestruzzo portante, ma solo quello esterno portato. In Germania, dove il sistema è stato pro- Sistema SPA Gli ancoraggi sono realizzati con barre ad aderenza migliorata di piccolo diametro in acciaio inox, di due tipi (SPA-1, SPA-2), a seconda del carico di progetto considerato.

8 Inserti 37 Ciascun tipo è disponibile in quattro diametri, inseribili in tutte le tipologie di pannello e di isolante, con un massimo spessore pari a 250 mm. Gli SPA-1 devono essere disposti simmetricamente rispetto al baricentro (disposti su uno o due assi), ed in una o tutte e due le direzioni rispettivamente se il pannello è posato orizzontalmente o verticalmente. Oltre a questi dispositivi principali, ve ne sono altri secondari (connettori o distanziatori SPA-B, SPA-M), la cui funzione è l assorbimento delle forze orizzontali (vento, sisma, adesione al cassero). Tali distanziatori devono avere una distanza massima reciproca (asse) pari a circa mm, mentre la distanza dal bordo deve essere compresa tra 100 e 300 mm. Infine, sono previsti dei sistemi di sostegno del carico verticale e di supporto per gli effetti ribaltanti (SPA-A), la cui funzione si esplica in special modo nelle fasi di movimentazione, di stoccaggio e di trasporto. Fattore importante per la distribuzione di tutti questi agganci risulta essere l orientamento del pannello (orizzontale o verticale). Il sistema SPA (forchette) può risolvere staticamente tutti i pannelli (al limite anche lunghezze superiori a 15 metri), grazie al fatto che si possono distribuire i dispositivi SPA-1 e SPA-2 in maniera diffusa su tutta la lunghezza (per le esigenze di libera

9 38 dilatazione dello strato esterno di calcestruzzo tale distribuzione deve essere limitata a uno o due assi di inserti portanti). Sistema MVA Gli ancoraggi sono realizzati con cilindri in acciaio inox predisposti per l inserimento di armature di collegamento con gli strati di calcestruzzo che devono essere connessi fra loro. software di supporto alla progettazione reso disponibile dal fornitore. È possibile tenere conto di aperture, restringimenti, geometrie particolari. Il risultato è fornito anche in versione grafica, con indicata la posizione di ancoraggi e connettori. 2) Fase realizzativa È del tutto analoga a quella già descritta per il sistema Konnector: posizionamento di reti e ancoraggi, getto dello strato di calcestruzzo portato, posizionamento dello strato isolante, inserimento dei blocchi di coibentazione ed eventualmente di alleggerimento, armatura dello strato di calcestruzzo portante, getto e finitura. Inseribili in tutte le tipologie di pannello e di isolante, hanno uno spessore massimo pari a 150 mm. Il sistema MVA (cilindro), poiché può essere inserito solo come singolo elemento, può portare al massimo 59 kn (corrispondente, ad esempio, ad un pannello verticale dimensioni 15 x 2,5 x 6 cm di spessore esterno). Oltre a questi dispositivi principali, ve ne sono altri secondari (piatti FA, ma possono essere usati anche i dispositivi SPA-M del sistema SPA), la cui funzione è l assorbimento delle forze orizzontali. Fasi progettuale e realizzativa (comune a entrambi i sistemi) 1) Fase progettuale La scelta del numero di ancoraggi e della posizione dei vari componenti del sistema si effettua agevolmente mediante il SISTEMA EDILMATIC: ESP La EDILMATIC propone un sistema costituito da un unico elemento, destinato a realizzare il legame tra strato portato e strato portante, denominato spina ESP. La spina è realizzata in materiale termoplastico con ottime proprietà meccaniche, caratterizzato da una conducibilità termica estremamente modesta, che consente una corretta distribuzione delle temperature all interno del pannello inibendo la creazione di ponti

10 Inserti 39 termici. Si tratta di un composito poliammide-66, rinforzato per il 50% da fibra-vetro, stabilizzato al calore, per stampaggio a iniezione. Sono disponibili due tipi di spine: 4 ESP h 160 mm per isolanti fino a 6 cm; 4 ESP 170 h 230 mm per isolanti fino a 10 cm. Caratteristiche meccaniche Densità (ISO 1183) Modulo Elastico a Trazione (ISO 527) Temperatura di fusione (DSC ISO 11357) Infiammabilità (UL 94) Conducubilità Termica 1,57 g/cm MPa 260 C classe HB 0,3 W/m K La conformazione delle spine ne rende molto semplice l inserimento in qualsiasi tipo di materiale termoisolante. I criteri di progettazione si basano su prove sperimentali effettuate presso l Università degli Studi di Brescia per la determinazione delle caratteristiche meccaniche del componente. Vista la caratteristica della spina, è importante la distinzione di utilizzo fra pannelli orizzontali e verticali. Infatti, per il posizionamento delle spine, è necessario l orientamento delle stesse in modo che, soggette al peso proprio dello strato esterno, vengano sollecitate secondo l asse di massima inerzia e nella direzione della maggior dilatazione termica degli elementi. 1) Fase progettuale Il carico statico suggerito dal fornitore, derivante dai risultati delle prove sperimentali, è pari a C U = 0,30 kn = 30 kg. La determinazione del numero delle spine è fatta semplicemente dividendo il peso totale dello strato esterno Tipo Spina ESP 120 ESP 170 Carico di utilizzo C U (kn) 0,3è10% 0,3è10% interasse massimo (consigliato) D l,max (mm) Pannello a taglio termico normale distanza min. dal bordo (consigliata) D b,min (mm) Pannello a taglio termico alleggerito di calcestruzzo per il carico ammissibile a taglio di ogni spina. Il posizionamento deve poi tenere conto delle definite distanze massime dai bordi e tra una spina e l altra. Tale disposizione dovrà poi tenere conto della tipologia di pannello, se a taglio termico normale o a taglio termico alleggerito. In questo ultimo caso, le spine dovranno essere inserite in opportuni cordoli delimitanti i blocchi di alleggerimento. Il progetto del pannello deve essere poi completato effettuando la verifica di compatibilità degli spostamenti causati dalle dilatazioni termiche agenti sullo strato esterno di calcestruzzo rispetto agli spostamenti massimi ammessi per l ancoraggio spina ESP. industrie manufatti cementizi - 4

11 40 A tale scopo sono resi disponibili diagrammi sperimentali che correlano i carichi agenti sulle spine con gli spostamenti relativi, distinti a seconda che la spina sia orientata di costa o di piatto rispetto alla direzione dello spostamento causato dai carichi verticali e dalle dilatazioni termiche (che possono non essere coincidenti). Il pannello progettato con questa metodologia risulta verificato se la somma tra lo spostamento dovuto al peso proprio della porzione della crosta agente sulla spina e quello dovuto alle deformazioni termiche risulta minore dello spostamento massimo di progetto trovato. 2) Fase realizzativa a) Getto della crosta esterna. b) Posizionamento dello strato isolante. c) Inserimento delle spine. d) Inserimento gabbie di armatura ed eventuale isolante di alleggerimento. e) Getto dello strato portante. n