Spina per Pannelli a Taglio Termico Edilmatic ESP

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1 GENERALITA La ESP è un nuovo sistema di connessione che consente la realizzazione di pannelli di tamponamento Sandwich Multistrato o Ventilati ad isolamento termico, impedendo la creazione di ponti termici In questa tipologia di pannelli sono presenti due strati di calcestruzzo (esterno portato e interno portante) tra i quali viene interposto uno strato di materiale termoisolante La connessione ESP, opportunamente predisposta, collega i due strati di calcestruzzo, attraversando lo strato termoisolante e sostiene il pannello esterno Il materiale termoplastico utilizzato, caratterizzato da una conducibilità termica estremamente modesta, consente una corretta distribuzione delle temperature all interno del pannello inibendo la creazione di ponti termici La spina è caratterizzata inoltre da ottime proprietà meccaniche (resistenza a trazione, flessione e taglio) e la sua particolare conformazione ne rende molto semplice l inserimento in qualsiasi tipo di materiale termoisolante 4-Spine ESP 1-Crosta esterna 2-Strato Termoisolante 3-Crosta interna DIMENSIONI Tabella 1 Dimensioni delle ESP Tipo ESP 120 ESP 170 A B t H Le dimensioni sono espresse in mm Le sigle ESP 120 e/o ESP 170 sono riferite alla somma degli spessori (espressi in mm ) dello strato di materiale termoisolante e della crosta di calcestruzzo che costituisce il pannello esterno appeso Tale somma non può essere superiore a 120 mm per spine ESP 120 ed a 170mm per spine ESP 170 In ogni caso lo spessore del pannello termoisolante può essere al massimo pari a 60 mm per ESP 120 e pari a 100mm per ESP 170 CARATTERISTICHE MECCANICHE DEL MATERIALE Le Spine ESP sono realizzate con materiale termoplastico: si tratta di un composito poliammide-66, rinforzato per il 50% da fibra-vetro, stabilizzato al calore, per stampaggio a iniezione Tale materiale è caratterizzato da bassissima conducibilità termica (ideale per evitare ponti termici) e modesta rigidezza che consente all inserto di assecondare gli spostamenti fra strati di calcestruzzo dovuti alle dilatazioni termiche cui sono soggetti i pannelli In Tabella 2 sono riportate le caratteristiche meccaniche del materiale Tutte le prove sperimentali per la determinazione delle caratteristiche meccaniche di e Connessione sono state effettuate presso l Università degli Studi di Brescia Tabella 2 Caratteristiche meccaniche del materiale Densità (ISO 1183) Infiammabilità (UL 94) Conducibilità Termica Caratteristiche meccaniche Modulo Elastico a Trazione (ISO 527) ESP 120 Modulo Elastico a Trazione (ISO 527) ESP 170 Temperatura di Fusione (DSC ISO 11357) 1,57 g/cm MPa 9200 MPa 260 C classe HB 0,3 W/m K 1

2 DATI TECNICI Come già sottolineato, le Spine di connessione sono realizzate con materiale termoplastico fibrorinforzato Per la caratterizzazione sia del materiale che del prodotto è stata condotta una campagna sperimentale con lo scopo di determinare le caratteristiche meccaniche e fisiche della spina in diverse situazioni di potenziale utilizzo Sono disponibili presso Edilmatic tutti i rapporti tecnici delle sperimentazioni eseguite che hanno riguardato anche il comportamento del connettore in ambienti basici e a diverse temperature Riportiamo di seguito un breve riepilogo dei risultati sperimentali ottenuti sulla spina con indicazione delle prestazioni a taglio ed a trazione individuate per le 2 tipologie CARATTERISTICHE MECCANICHE a FLESSIONE Nelle figure a lato si riportano i risultati delle prove a flessione condotte sulle Spine orientate secondo gli assi principali d inerzia (di costa e di piatto) I risultati sono riportati nelle Tabelle 3 e 4 Tabella 3 Resistenza a flessione SPINA ESP 120 L 0 [mm] Carico di rottura [kn] orientata di COSTA 125 2,56 orientata di PIATTO 80 1,04 Tabella 4 Resistenza a flessione SPINA ESP 170 L 0 [mm] Carico di rottura [kn] orientata di COSTA orientata di PIATTO

3 CONFRONTO DELLE CARATTERISTICHE MECCANICHE a FLESSIONE Tabella 5 - Valori a flessione spine di Piatto Tabella 6 - Valori a flessione spine di Costa Spessore medio Larghezza media Lunghezza Utile Carico di Rottura Tensioni di Rottura Spessore medio Larghezza media Lunghezza Utile Carico di Rottura Tensioni di Rottura t b L 0 P u,p σ u,p [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] t b L 0 P u,p σ u,p [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] ESP ESP ESP ESP RESISTENZA A TAGLIO DELLE CONNESSIONI In Tabella 5 si riportano i risultati delle prove a taglio eseguite sulla connessione Vengono indicati un carico massimo di progetto e uno spostamento massimo di progetto che devono essere assunti come somma degli effetti dovuti al peso della porzione di pannello esterno portato dalla ed alle deformazioni termiche Si è adottato un coefficiente di sicurezza pari a 2 sullo spostamento differenziale tra pannello interno ed esterno Tabella 7 Resistenza a taglio Spessore strato isolante Carico a rottura Spostamento a rottura Carico di progetto Spostamento di progetto P = α 3 EJ δ L con L = i + 2t ESP120 i P u δ u P Rd δ Rd [mm] [kn] [mm] [kn] [mm] 1 J = bt 3 12 per spina orientata di PIATTO orientata di COSTA orientata di PIATTO ESP170 orientata di COSTA 50 1,90 4,80 1,30 2, ,29 4,80 0,87 2, ,87 8,40 0,38 4, ,61 8,40 0,28 4,20 [mm] [kn] [mm] [kn] [mm] 80 4,28 6,78 3, α δ/3 = coefficiente di rigidezza secante corrispondente a uno spostamento pari a 1/3 dello spostamento ultimo δ u α δ/6 = coefficiente di rigidezza secante corrispondente a uno spostamento pari a 1/6 dello spostamento ultimo δ u orientata di PIATTO 80 1,01 16,2 0,7 8, J = tb 3 12 per spina orientata di COSTA 3

4 DETTAGLI PROGETTUALI GENERALITA Attualmente sul mercato vengono prodotte due tipologie di pannelli a Taglio termico: - Pannelli a taglio termico multistrato - Pannelli a taglio termico multistrato alleggeriti DETTAGLI PROGETTUALI PREDISPOSIZIONE Le Spine ESP sono progettate per essere inserite negli elementi termoisolanti La distribuzione ed il numero di spine da predisporre nei pannelli è variabile in funzione del tipo di che viene caratterizzato da un Carico Massimo di Progetto e da uno Spostamento Massimo di Progetto Tali dati devono essere assunti come somma degli effetti dovuti al peso della porzione di pannello esterno portato dalla ed alle deformazioni termiche Durante il posizionamento le Spine devono essere orientate in modo che, soggette al peso proprio della crosta esterna, vengano sollecitate secondo l asse di massima inerzia e nella direzione della maggior dilatazione termica degli elementi Nelle figure sottostanti sono raffigurati due tipi di pannelli, orizzontali e verticali, con la schematizzazione della predisposizione delle spine ESP rispetto all orientamento del pannello, alla direzione della massima dilatazione termica e agli assi d inerzia Ai fini progettuali per la determinazione del numero delle spine, viene definito un Carico di Utilizzo (C U ) in base al quale, dato lo spessore della crosta esterna, viene definito il numero minimo di spine da posizionare sia nei pannelli standard sia nei pannelli alleggeriti, in funzione dello spessore dell isolante Il carico statico suggerito è indicato in tabella, per le varie spine, con la sigla C U In Tabella 6 si riportano i valori del Carico di Utilizzo C U per ogni tipologia di spina in funzione dello spessore del materiale isolante i e le distanze di posizionamento consigliate Tabella 8 Carichi statici di Utilizzo Tipo Spessore strato isolante Carico di utilizzo Interasse massimo (consigliato) Distanza minima dal bordo (consigliata) E S i C U d l,max d b,min [mm] [kn] [mm] [mm] ESP ,3±5% ESP ,6±5% ,5±5% ,4±5% Distanze dai Bordi ed Interassi 100 0,3±5%

5 DETTAGLI PROGETTUALI ESEMPI ESEMPIO 1 PANNELLO A TAGLIO TERMICO MULTISTRATO - SPINE ESP 120 Lunghezza del pannello: L u =10000mm Larghezza del pannello: L a =2500mm Spessore crosta esterna: Sp=50mm Spessore elementi termoisolanti: i=60mm Calcolo peso Crosta Esterna: P = γ cls L u L a Sp = ,5 0,05 = 3125kg In base alla Tabella 8 si dovranno utilizzare Spine ESP 120 (i=60mm) In funzione di C u =30kg, si avrà un numero totale di spine pari a: n di spine totali = 3125/30 = 104 spine Per le file verticali si ha: con d l =600mm (interasse massimo consigliato) e d b =100mm (distanza minima dal bordo ) si ha: 9800mm / 600mm = 16,3 spazi equivalenti a 17 file Verticali Per le file orizzontali si ha: n file Orizzontali = 104/17 = 6,2 da arrotondare Si ottengono, quindi, 6 file Orizzontali N tot di Spine = 17 file Verticali x 6 file Orizzontali =102 spine 5

6 DETTAGLI PROGETTUALI ESEMPI ESEMPIO 2 PANNELLO A TAGLIO TERMICO ALLEGGERITO SPINE ESP 120 L approccio progettuale per il posizionamento delle Spine ESP nei pannelli a Taglio Termico con alleggerimento è necessariamente diverso rispetto al caso di pannelli multistrato Non si hanno, infatti, distanze di riferimento ed il posizionamento delle spine, nel rispetto dei Carichi Massimi Applicabili e dei relativi spostamenti, deve avvenire nelle zone perimetrali (cordoli) e negli interspazi presenti tra gli elementi di alleggerimento (lesene) Lunghezza del pannello: L u =10000mm Larghezza del pannello: L a =2500mm Spessore crosta esterna: Sp=60mm Spessore elementi termoisolanti: i=60mm Calcolo peso Crosta Esterna: γ cls L u L a Sp = ,5 0,06 = 3750kg In base alla Tabella 8 si dovranno utilizzare Spine ESP 120 (i=60mm) In funzione di C u =30kg, si avrà un numero totale di spine pari a: n di spine totali = 3750/30 = 125 spine Occorre, quindi, disporre 125 Spine nelle zone perimetrali e nei cordoli tra gli elementi di alleggerimento La scelta degli interassi a cui disporre i connettori è a discrezione del progettista Nel caso in esame, supponendo la presenza di quattro elementi di alleggerimento, si dovranno predisporre le 125 spine in 5 file Verticali e 2 file Orizzontali E possibile determinare un interasse indicativo per il posizionamento delle Spine, considerando lo sviluppo perimetrale complessivo dei cordoli orizzontali e verticali e tenendo conto delle distanze minime dal bordo d b Si ottiene: 9800 x x 5 = 31100mm che rappresenta lo sviluppo delle superfici utili al posizionamento delle Spine L interasse indicativo a cui posizionare i connettori vale: 31100mm / 125 = 248mm Per le file orizzontali si ha: 9800mm / 248mm = 39 spine per ogni fila Orizzontale Per le file verticali si ha: 2300mm / 248mm = 9 spine per ogni fila Verticale 6

7 DETTAGLI PROGETTUALI ESEMPI ESEMPIO 3 PANNELLO A TAGLIO TERMICO MULTISTRATO - SPINE ESP 170 Lunghezza del pannello: L u =10000mm Larghezza del pannello: L a =2500mm Spessore crosta esterna: Sp=60mm Spessore elementi termoisolanti: i=80mm Calcolo peso Crosta Esterna: P = γ cls L u L a Sp = ,5 0,06 = 3750kg In base alla Tabella 8 si dovranno utilizzare Spine ESP170 (i=80mm) In funzione di C u =50kg, si avrà un numero totale di spine pari a: n di spine totali = 3750/50 = 75 spine Per le file verticali si ha: con d l =600mm (interasse massimo consigliato) e d b =100mm (distanza minima dal bordo ) si ha: 9800mm / 600mm = 16,3 spazi equivalenti a 16 file Verticali Per le file orizzontali si ha: n file Orizzontali = 75/16 = 4,6 da arrotondare al primo numero intero Si ottengono, quindi, 5 file Orizzontali N tot di Spine = 16 file Verticali x 5 file Orizzontali =80 spine 7

8 DETTAGLI PROGETTUALI ESEMPI ESEMPIO 4 PANNELLO A TAGLIO TERMICO ALLEGGERITO SPINE ESP 170 Lunghezza del pannello: L u =10000mm Larghezza del pannello: L a =2500mm Spessore crosta esterna: Sp=60mm Spessore elementi termoisolanti: i=80mm Peso Crosta Esterna: γ cls L u L a Sp = ,5 0,06 = 3750kg In base alla Tabella 8 si dovranno utilizzare Spine ESP170 (i=80mm) In funzione di C u =50kg, si avrà un numero totale di spine pari a: n di spine totali = 3750/50 = 75 spine Occorre, quindi, disporre 75 Spine nelle zone perimetrali e nei cordoli tra gli elementi di alleggerimento La scelta degli interassi a cui disporre i connettori è a discrezione del cliente Nel caso in esame, supponendo la presenza di quattro elementi di alleggerimento, si dovranno predisporre le 75 spine in 2 file Orizzontali e 5 file Verticali E possibile determinare un interasse indicativo per il posizionamento delle Spine, considerando lo sviluppo perimetrale complessivo dei cordoli orizzontali e verticali e tenendo conto delle distanze minime dal bordo d b Si ottiene: 9800 x x 5 = 31100mm che rappresenta lo sviluppo delle superfici utili al posizionamento delle Spine L interasse indicativo a cui posizionare i connettori vale: 31100mm / 75 = 414mm Per le file orizzontali si ha: 9800mm / 414mm = 24 spine per ogni fila Orizzontale Per le file verticali si ha: 2300mm / 414mm = 5 spine per ogni fila Verticale 8

9 RESISTENZA AL FUOCO DELLA CONNESSIONE PREMESSA Al fine di determinare le variazioni prestazionali delle Spine di connessione in pareti che richiedono certificazione REI, sono state eseguite prove specifiche per la valutazione delle prestazioni tecniche delle stesse sottoposte al calore secondo quanto prescritto dalla normativa ISO 834 Di seguito si riportano alcuni risultati dei collaudi eseguiti presso il POLITECNICO DI MILANO E a disposizione presso Edilmatic il report completo delle prove ESTRATTO RISULTATI In Figura 1 vengono riportati i profili termici registrati in alcuni passi significativi della prova Si osserva che solo il pannello portante, esposto direttamente alle alte temperature, si riscalda in maniera significativa (punti di misura T2 e T3), mentre il pannello portato subisce variazioni trascurabili di temperatura In Figura 2 nel grafico si evidenzia uno spostamento relativo significativo tra i 2 strati del provino che ha inizio dopo circa 2 ore dall inizio del riscaldamento e culmina a circa 2h 30 Tale spostamento è dovuto all iniziale rigonfiamento del lato caldo dello strato in polistirene Tale rigonfiamento, essendo lo strato isolante vincolato dall attrezzatura di supporto del provino, porta ad una rotazione rigida della lastra portata, che giustifica l aumento della misura di spostamento relativo Con l inizio della decomposizione del polistirene, l effetto dovuto alla dilatazione termina e lo spostamento relativo tra le lastre si attesta su un valore costante Figura 1 Profili termici registrati all interno del provino in alcuni passi significativi Figura 2 Abbassamento del pannello portato rispetto al pannello portante 9

10 PRESCRIZIONI DI UTILIZZO Per un corretto e funzionale utilizzo delle Spine Edilmatic occorre rispettare tassativamente alcune prescrizioni procedurali nella realizzazione dei pannelli, che se non seguite, potrebbero pregiudicare le prestazioni tecniche della spina stessa e di conseguenza la stabilità statica degli elementi in cui vengono utilizzate - Utilizzare Calcestruzzo di adeguata fluidità in funzione della temperatura ambiente in essere al momento della produzione Nei periodi estivi il calcestruzzo deve essere sicuramente più fluido rispetto ai periodi invernali - Le spine vanno inserite nello strato esterno di calcestruzzo subito dopo il getto e la posa dell isolante E sconsigliato attendere troppo tempo per eseguire l operazione L eccessiva solidificazione della crosta esterna impedirebbe una corretta zancatura delle spine pregiudicandone la portata - Durante l inserimento delle spine accertarsi che la profondità di inserimento sia per tutta l altezza della crosta esterna (in pratica la spina deve arrivare fino a fondo cassero) E concesso di sollevare la spina dopo il contatto con il fondo cassero, solo di qualche mm per scongiurare l eventuale possibilità che le stesse possano essere visibili dall esterno specialmente nei panelli con particolari finiture esterne (graniglia, mattoncini ecc ) - E opportuno, nella realizzazione dei pannelli, utilizzare casseri di tipo vibrante Questo oltre che per una migliore qualità dei pannelli ottenuti con queste attrezzature, anche per ottimizzare la zancatura delle spine sia nella crosta esterna che in quella esterna Durante l inserimento delle spine accertarsi che la profondità di inserimento sia per tutta l altezza della crosta esterna (in pratica la spina deve arrivare fino a fondo cassero) E concesso sollevare le spine, dopo il contatto con il fondo cassero, solo di qualche mm per scongiurare l eventuale possibilità che le stesse possano essere visibili dall esterno specialmente nei panelli con particolari finiture esterne 10

11 PRESCRIZIONI DI UTILIZZO Oltre al rispetto delle prescrizioni procedurali per la realizzazione dei pannelli, nell utilizzo delle spine vengono posti alcuni limiti dimensionali alle varie stratificazioni costituenti il pannello stesso per ottimizzare al meglio le prestazioni delle spine e non creare sovraccarichi tensionali nel materiale Per Spine tipo ESP 120 Spessore Crosta Esterna + Spessore termoisolante 120mm Massimo Spessore di isolante Minimo spessore di calcestruzzo Esterno Massimo Spessore di calcestruzzo Esterno 60mm 50mm 60mm Per Spine tipo ESP 170 Spessore Crosta Esterna + Spessore termoisolante 170mm Massimo Spessore di isolante Minimo Spessore di isolante Minimo spessore di calcestruzzo Esterno Massimo Spessore di calcestruzzo Esterno 100 mm 65 mm 60 mm 70 mm ATTENZIONE: I pannelli devono essere sempre e comunque realizzati rispettando le prescrizioni delle normative vigenti Deve essere prevista una idonea armatura in funzione delle dimensioni e delle caratteristiche del pannello e il calcestruzzo utilizzato deve rispettare il Mix-Design di progetto, a garanzia sia dell integrità strutturale che delle tolleranze dimensionali dell elemento Una armatura non sufficiente e un calcestruzzo non conforme al Mix-Design potrebbero generare anomalie di forma, compromettere la stabilità del pannello e l efficienza degli inserti utilizzati per la sua realizzazione 11

12 SOFTWARE DI CALCOLO Per facilitare i progettisti nell utilizzo delle Spine di connessione ESP Edilmatic ha messo a punto un software di calcolo per la realizzazione dei pannelli a taglio termico Il software in base ai dati di input relativi alla geometria del pannello, alla stratificazione dello stesso e alla tipologia di materiali utilizzati fornisce tutti i dati necessari al corretto utilizzo delle spine In specifico : Tipologia di spina da Utilizzare Numero di Spine da predisporre DXF di progetto con quote di posizionamento delle spine Valore della trasmittanza termica del pannello in applicazione della UNI EN 6946 Valori Limite della trasmittanza termica per le varie regioni e/o comuni Relazione di calcolo Il software è certificato e validato per la parte di calcolo relativa alla trasmittanza termica, dall Istituto ICMQ (Rapporto di Ispezione n UP2014/08/CP- Protocollo 0487/08/ISP del 15/12/2008) Interfaccia grafica in linea e Database materiali Database Zone Climatiche Italiane Esportazione progetto in DXF (anche in 3D assonometrico) Output con dati di progetto ed incidenza spina al m 2 12