Comportamento
a compressione
di pannelli isolanti, termici ed acustici
La nota rende conto dei risultati di una campagna di prove a compressione su pannelli isolanti e
le modalità di verifica per il comportamento meccanico dei pannelli in opera sottoposti a sollecitazione concentrata di compressione.
196
Risultati sperimentali secondo UNI EN 826:1998 e 12430:2008 su pannelli di lana di legno/cemento e fibra di legno
Numero Identif.
Pannello
Spessore (mm)
UNI EN 826 (kPa)
Modulo E (kPa)
UNI EN 12430 (kPa) *1
1
Celenit N
20
935
14082
1108
2
Celenit N
30
538
10537
405
3
Celenit N
50
391
10223
255
4
Celenit AB
50
583
16642
389
5
Celenit CG/F
62,5
317
11654
369
6
Celenit FL 150
80
52
521
47 *2
7
Celenit FL 120
80
17
171
12 *2
*1 Il diametro dell’indentore è di 75,14 mm e l’impronta di 4434,37 mm2
di Franco Laner
L’isolamento della copertura degli edifici
che puntano al risparmio energetico, sia
per il riscaldamento, sia per il raffrescamento con pacchetti ”a freddo” (tetto ventilato) o ancor più “a caldo” hanno necessità che il materiale coibente sia continuo
per eliminare ponti termici e acustici.
È dunque necessario che il materiale isolante impiegato abbia capacità portanti.
I listelli che creano la camera di ventilazione e che appoggiano sul pacchetto
isolante sottostante scaricano il peso del
manto e del sovraccarico accidentale di
copertura su listelli che schiacciano l’isolante in modo lineare, quindi concentrato.
In altre parole l’isolante deve essere in
grado di sopportare un carico concentrato sulla striscia larga quanto il listello.
Si impone dunque una verifica del comportamento a compressione degli strati
isolanti e perciò è necessario conoscere
le caratteristiche meccaniche dei pannelli
isolanti. Le Ditte più attente forniscono i
dati di resistenza meccanica come prescritto dalle UNI EN 13168:2009.
Le modalità di prova sono contemplate
nelle UNI EN 826:1998 (resistenza a compressione di pannelli isolanti con carico
distribuito) e UNI 12430:2008 (resistenza
a compressione con carico concentrato).
La presente nota riporta sinteticamente
i risultati di una campagna di prove intese a verificare i dati dichiarati da Celenit
per le varie tipologie di pannelli isolanti, il
Tabella 1
*2 I valori dei pannelli di fibra di lana sono affetti da notevole dispersione
Didascalie
Fig. 1 Tabella 1. Risultati di resistenza a compressione secondo UNI EN 826/1998 e 12430/2000 su pannelli di lana di legno e fibra di legno
Fig. 2 Schede tecniche dei prodotti sottoposti a prova.
Le famiglie testate del Celenit N sono la 20, 30 e 50
Fig. 3a /3b
Provini singoli sottoposti a prova secondo UNI EN 826
Fig. 4a Provino di lana di legno e cemento sottoposto a prova secondo
UNI EN 12430
comportamento a compressione di alcuni
pacchetti di diversa stratificazione sia per
carichi distribuiti, sia per carichi concentrati, con alcuni suggerimenti per il miglior
esito meccanico di sovrapposizione degli
strati. L’esempio numerico di verifica suggerisce alcune raccomandazioni di buona posa.
Prove di verifica del comportamento a
compressione con carico distribuito e
con carico concentrato (UNI EN 826 e
UNI EN 12430)
La tabella 1 di fig. 1 riporta sinteticamente
i valori medi di prove eseguite come da
tabelle UNI EN 826 e 12430 su singoli
provini. I materiali sottoposti a prova sono stati forniti da Celenit al cui catalogo
ci si può riferire sia per la descrizione, sia
per le caratteristiche dimensionali ed altri
parametri, anche di natura fisico-termica,
acustica e di resistenza al fuoco (fig. 2).
Il valore di resistenza a compressione è
il minimo fra i due valori, o per deformazione (valore di abbassamento del 10%
dello spessore) o per effettiva rottura.
Il tracciamento in tempo reale pertanto
della curva sforzi-deformazioni è dunque indispensabile. I valori riportati sono
la media di 5 prove (carico distribuito su
provini 200x200mm e spessore nominale)
e media di tre valori per la prova con indentore (carico concentrato). Alcune foto
mostrano fasi di prova e viene riportato un
esempio di diagramma sforzi/deformazioni (fig. 3,4,5).
Sia nel caso di carico distribuito, sia concentrato, la resistenza a compressione è
quella al 10% di deformazione relativa, in
quanto nessun campione si è “rotto”. In
altre parole il diagramma sforzi-deformazioni ci consente di identificare il valore di
resistenza, equivalente alla sollecitazione
di compressione σ10 (10% di deformazione relativa). Lo stesso dicasi per le prove
di punzonamento o carico concentrato.
I valori sono espressi in kilopascal (kPa)
anche per il modulo di elasticità E.
I risultati più problematici sono relativi ai
pannelli di fibra di legno (FL/120 e FL/150)
3a
3b
2
4a
197
Didascalie
5
a causa della dispersione dei risultati (il
coefficiente di variazione, rapporto fra
scarto quadratico medio e resistenza
media è elevato). Le prove sono state ripetute, ma i risultati hanno confermato la
variabilità dei dati meccanici. Sotto carico
concentrato i pannelli di fibra di legno offrono inaspettatamente valori più elevati e
più omogenei. Probabilmente sotto l’azione dell’indentore l’intreccio di fibre meglio
si oppone al punzonamento (taglio) e sono coinvolte le parti adiacenti. Allo schiacciamento concentrato l’area interessata
non è solo quella corrispondente all’area
dell’indentore, ma viene richiamata anche
l’area adiacente all’area compressa e
l’area interessata dal bulbo delle pressioni
(fig. 6).
4b
6
Prove a compressione su provini a strati
di diversa densità con carico distribuito.
Queste prove sono state eseguite per
avere un confronto fra verifiche teoriche e
Tabella 2
comportamento reale. La tabella 2 (sotto)
riporta i dati sperimentali di prove eseguite
con sovrapposizioni di tipologie più usuali
nella pratica costruttiva.
Sorprendente il dato di resistenza degli
strati di minor densità se frapposti a pannelli di maggior densità e resistenza in
quanto sembrano contraddire gli scarsi
risultati delle prove secondo UNI EN 826.
In altre parole il pannello di fibra di legno,
frapposto ai pannelli di maggior densità
e resistenza, come il Celenit N, resiste
maggiormente alla compressione, con un
rapporto 1 a 2.
Ciò forse è dovuto all’effetto “cerchiatura”
della superficie ruvida e scabrosa del Celenit. Inoltre i dati dei provini a,b,c,d (con
FL/150) sono omogenei. Sulla resistenza
dei pannelli di fibra (FL) molto probabilmente può influire anche l’umidità del legno. Sarebbe da verificare con prove ad
hoc: è ben noto come il legno interagisca
con l’ambiente e come l’umidità influisca
Risultati di resistenza a compressione di pacchetti di diversa composizione. I pannelli sovrapposti sono identificati col
numero della tabella 1. I valori espressi sono relativi alla media di tre prove. Modalità di prova: UNI EN 826:1998
Pacchetto
Carico N
Valore unitario kPa
a) N 20 mm + FL/150 80 mm + N 30 mm
3238
81
b) N 20 mm + FL/150 80 mm + CG/F 62,5 mm
4051
101
c) N 50 mm + FL/150 80 mm
4053
101
d) N 20 mm + FL/150 80 mm + AB 50 mm
3912
97
Il valore medio dei pacchetti è di 95 kPa
198
Fig. 4b
Provino di lana di legno e cemento sottoposto a prova secondo
UNI EN 12430
Fig. 5 Diagramma sforzi-deformazioni che consente di ricavare la resistenza convenzionale di rottura, che è la resistenza corrispondente al 10% di abbassamento dell’altezza del provino
Fig. 6 Prova con carico concentrato su pannello di fibra di legno.
Rispetto alla prova con carico distribuito, la resistenza offerta è sempre maggiore e poco confrontabile.
Fig. 7 Tabella 2. Risultati di resistenza a compressione al 10% di deformazione su pannelli di diversa composizione
Fig. 8 Prova su pannello c (1+6+5)
Fig. 9 Prova su pannello f (3+7)
Fig. 10 Provino B con carico concentrato
Fig. 11 Provino F con carico concentrato
Fig. 12 Provino G con listello a contatto con la fibra di legno che evidenzia come sia problematico il contatto del listello con il pannello di fibra di legno
8
9
10
11
negativamente sulle caratteristiche meccaniche, come il modulo E e la resistenza
a compressione (fig. 8 e 9).
Prove a compressione con carico concentrato su listello
Infine, sempre con l’obiettivo “di capire”, abbiamo sottoposto alcuni strati
di pannelli a compressione con listello
(fig. 10 e 11), per verificare come il carico
concentrato lineare si trasferisca a quelli
sottostanti. Si può, forse con eccessiva
prudenza, indotta dalla variabilità di FL,
stimare una distribuzione a 45° del carico concentrato e pertanto l’area di carico
nello strato sottostante al primo, si può stimare in (a + 2h) x l (a = base del carico
concentrato, h altezza primo pannello, l =
lunghezza del listello) e verificare la tenuta
del pacchetto dello strato più debole, che
12
199
Tabella 3
Considerazioni
e raccomandazioni
Risultati di resistenza a compressione con listello di 4cm di larghezza su pannelli di
diversa composizione.
I pannelli sovrapposti sono identificati col numero della tabella 1.
I valori espressi sono relativi alla media di tre prove.
Pacchetto
Rottura N
Resist. Unitaria kPa
E kPa
a) 1+6
2104
297
2977
b) 3+6
2667
376
3873
c) 1+6+3
3004
424
4286
d) 3+6+1
3074
434
4391
e) 1+6+1
2505
353
3554
f) 3+6+3
3568
503
5089
g) 6+3
1088
153
1532
CELENIT SPA è un’azienda
leader nella produzione di
pannelli isolanti naturali termici
ed acustici. Il pannello Celenit
è costituito da lana di legno di
abete rosso, proveniente da
foreste sostenibili (certificato
PEFC), mineralizzata e legata
con cemento Portland.
I pannelli sono inoltre certificati ANAB-ICEA, per le caratteristiche intrinseche dei materiali
e del processo produttivo, e
TUV ITALIA per il contenuto di
riciclato. L’azienda collabora
costantemente con istituti
di ricerca universitari per lo
sviluppo dei proprio prodotti
e per studiare soluzioni e
pacchetti che migliorino il
benessere abitativo.
www.celenit.it
200
comunque non andrebbe messo a contatto col listello (fig. 12). Anche in questa
sperimentazione il valore di resistenza è
quello rilevato alla deformazione del 10%
e riportati nella tabella 3 (fig. 13).
Esempio di verifica
Si ipotizzi che l’analisi dei carichi abbia
portato ad un carico di 400 kg/m2 (peso
proprio e carico accidentale) su di una copertura eseguita per garantire una buona
coibenza termo-acustica (fig. 15 e 16).
Sui listelli, posti ad un interasse di 0,54m
grava dunque un carico di:
14a
σ = 216/ 4 x 100 = 0,54 kg/cm2 (54 kPa
> 50 kPa)
Pertanto, in quest’ultimo caso, non sarebbe garantita la resistenza a compressione. Si evidenzia la necessità di non caricare direttamente il pannello FL/150 col
listello. Oppure è necessario aumentare
la larghezza del listello, che, per la verità,
costerebbe molto poco.
14b
Didascalie
p = 400x0,54 = 216 kg/m
Sul pannello di lana di legno Celenit N, di
3cm di spessore:
σ = 216/4 x 100 = 0,54 kg/cm2
< 150 kPa)
(54 kPa
Sul pannello di fibra di legno (FL/150)
Fig. 13 Tabella 3. Risultati di resistenza a compressione con listello di 4cm di larghezza su pannelli di diversa composizione
15
Fig. 14/ab Diagramma sforzi-deformazioni per rilevare il valore convenzionale di resistenza al 10% di abbassamento dei provini multistrati.
σ = 216/ (4 + 6) x 100 = 0,216 kg/cm2
(21,6 kPa < 50 kPa).
Fig. 15 Senza considerare la distribuzione del carico concentrato del listello, ovvero se il listello fosse a diretto contatto con FL/150:
Fig. 16 Schema per verifica allo schiacciamento del pacchetto di fig. 15.
Schema di un pacchetto di isolamento tipo per copertura di legno.
La campagna di prove ha
consentito di confermare:
- la necessità che i Fornitori di materiale isolante dichiarino i valori di resistenza a compressione dei pannelli isolanti termici ed acustici
- l’opportunità di verificare la resistenza a compressione in caso di carichi concentrati (esempio listelli), specie laddove i sovraccarichi accidentali (per neve, ad esempio) siano notevoli
- le deformazioni sotto carico dei pannelli di lana e di fibra, sottoposti a forti carichi permanenti, possono essere mitigati dallo spessore dei pannelli più resistenti come Celenit N e Celenit AB. Le deformazioni sotto carico comunque abbisognerebbero di ulteriori dati per avere leggi di deformazione differita (fluage) più attendibili
- ulteriore sperimentazione potrebbe interessare il rapporto umidità ambientale/modulo E e resistenza meccanica, che però, visti i margini di sicurezza, riguarda solo aspetti di conoscenza del comportamento dei pannelli a base di legno in ambiente umido (classe di servizio 3)
- considerati infine i notevoli spessori dei pacchetti isolanti a cui spingono le norme per il risparmio energetico e per la difesa al rumore, vanno messi a punto nuovi sistemi di contenimento dei pannelli e ancoraggio dei vari strati isolanti alle strutture portanti, specie nei casi di manti di impermeabilizzazione leggeri.
16
201