Caracterización de sistemas de fachada ventilada con fijaciones ocultas mecánico adhesivas en paneles compuestos de aluminio

摘要

Esta Tesis se ha desarrollado en el ámbito de la evaluación técnica de los sistemas de revestimiento de fachada ventilada a base de bandejas con perfiles adheridos (BPA) procedentes de paneles compuestos de aluminio (PCA), que son paneles sándwich delgados (4 mm de espesor) y ligeros, a base de láminas de aluminio aleado y lacado y núcleo no aislante de polietileno de baja densidad, con o sin retardantes de llama, (conocidos como “FR” y “PE”). La investigación ha surgido porque han ocurrido a lo largo de los últimos años en España algunos incidentes que pueden haber sembrado dudas acerca de su fiabilidad. En base a estos precedentes se ha formulado la hipótesis general de que es posible caracterizar esta contribución al cumplimiento de los Requisitos Básicos de las Obras 2, 4 y la durabilidad, considerando la reacción al fuego, la resistencia frente a la succión del viento y el posible deterioro del PCA y de la BPA con el paso del tiempo. Se ha propuesto esta metodología: 1. Análisis de la Reglamentación aplicable y de resultados de ensayo previos. 2. Estudios experimentales basados en ensayos de laboratorio: - RBO 2: Composición y comportamiento térmico de los núcleos y del adhesivo, inflamabilidad y exposición frente a un único objeto ardiendo. - RBO 4: Tracción de láminas y núcleo, flexión de PCA, arrancamiento de entalladuras, tracción del cordón adhesivo, succión de BPA y del sistema. - Durabilidad: Determinación del deterioro de la resistencia a la delaminación por pelado del panel, deterioro de la resistencia al arrancamiento de la entalladura y deterioro de la adherencia del subsistema adhesivo tras envejecimientos en laboratorio. 3. Estudios de campo, basados principalmente en visitas a obras 4. Discusión de resultados experimentales y correlación con estudios de campo. Se ha demostrado que sí es posible desarrollar esta metodología para cada una de las tres características consideradas. Su desarrollo ha permitido generar aportaciones al conocimiento científico y a la innovación tecnológica, particularmente a la mejora de su evaluación técnica. Las principales conclusiones particulares fueron: En relación con la reacción al fuego: - Los PCA con núcleo tipo PE tienen siempre un comportamiento más desfavorable que los PCA tipo FR, cuya composición es mineral en un 70%. Esta composición del FR les permite obtener una mejor clasificación independiente de las condiciones de montaje del ensayo SBI. - No se apreciaron diferencias de clasificación a causa del subsistema adhesivo - Para los sistemas de revestimiento de fachadas a base de PCA tipo PE, se obtiene una clasificación de reacción al fuego más fiable según las condiciones reales de montaje de la maqueta, en vez de las normalizadas. - Se concluye que únicamente deben BPA procedentes de PCA tipo FR, y particularmente cuando la reacción al fuego exigida sea al menos B-s3,d2. En relación con la resistencia frente a la succión del viento: - Las entalladuras de las BPA presentan diferencias de resistencia en función de sus dimensiones, excepto si las de menor anchura se refuerzan con pletinas remachadas. Deben resistir las acciones a las que se vean sometidas con un coeficiente de seguridad suficiente para validar el modelo de cálculo (cara vista de bandeja como placa apoyada en cuatro lados). - Como valor umbral para una evaluación técnica favorable, estos sistemas deben resistir una succión de viento de al menos 2,4 kPa sin que se produzcan los fallos de rotura descritos en la Guía DITE 034 - Asimismo, para una evaluación técnica más fiable deben considerarse las deformaciones también en el centro de la pestaña horizontal inferior. En relación con la durabilidad: - La duración de la vida útil estimada para estos sistemas es de al menos 25 años, similar a la de los sistemas de fachada ventilada con fijaciones mecánicas cubiertos por el objeto de la ETAG 034, siempre que la obra haya sido adecuadamente proyectada, ejecutada y construida. - En relación con la unión adhesiva, el cumplimiento de las condiciones de instalación (limpieza, plazo de curado, temperatura) es crítico para obtener valores durables de resistencia a tracción. Como futuras líneas de investigación, se proponen adaptar la metodología a los procedimientos Pre-evaluación DIT y DEE, a las BPA basadas en paneles de zinc, cobre, y/o cinta adhesiva permanente. Asimismo, también a los ensayos de reacción al fuego a mediana o gran escala, al cálculo por elementos finitos de la resistencia mecánica de los componentes, y en el ámbito del nuevo RBO 7, la consideración de vida útil de al menos 50 años y la evaluación de PCA basados en polietileno reciclado “post-consum”. ABSTRACT This Thesis has been developed in the frame of the technical assessment of cladding kits for ventilated façades based on cassettes rear-stiffened with bonded profiles (BPA) made of aluminium composite panels (PCA), which are thin (4 mm thickness) and light sandwich panels, with sheets made normally of lacquered aluminium alloy and a noninsulating core made of low density polyethylene with or without added fire retardant compounds, known respectively as “FR” and “PE”. The research was born due to a determined number of cases happened a few years ago on façades cladded with PCA and/or BPA based on PCA that may have raised doubts about its reliability. Based on these cases, it has been constructed as a general hypothesis that it is possible to assess its contribution to the fulfilment of the Basic Requirements of Works (BWR) n.2 and 4 as well as its durability, considering then its reaction to fire, its resistance to wind suction as well as the lasting of the panel, cassettes slots and of adhesive for a long time without breaking or getting weaker. Indeed, it has been proposed the following methodology: 1. Analysis of the applicable Regulations and of previous tests results. 2. Experimental research based on tests carried out in laboratory on these items - BWR 2: Composition and thermal behaviour of PCA cores and of adhesive, ignitability and thermal attack by a single burning item (SBI). - BWR 4: Tensile resistance of PCA cores, PCA flexural strength, pull-out resistance of slots, wind suction resistance of BPA and of the cladding kit. - Durability: Decay of peeling resistance, pull-out resistance of slot and tensile strength of adhesive subsystem after artificial ageing 3. Works-cases studies: Data collection about location, orientation, PCA installed and weather statistics, and if possible, in situ sampling of specimens for later tests. 4. Discussion about tests results and its correlation with Works-cases studies It has been concluded that it is possible to develop this methodology for each of the three considered characteristics, and furthermore it has increased the scientific knowledge and in the field of the technological innovation, particularly on the improvement of its technical assessment. The particular main conclusions are summarized below: In relation to the the reaction to fire: - Behaviour of PCA based on PE core is always worst than PCA based on FR core, due to the 70 % mineral based composition of FR, and furthermore, this composition allows PCA based on FR cores to obtain a similar classification independently of mounting and fixing conditions for SBI test rig. - Adhesive subsystem shows no influence on the reaction to fire classification - For BPA based on PE a more reliable reaction to fire classification is achieved when rig for SBI test is build up according to “end use conditions” and not to the “standardized conditions” described at Annex E of ETAG 034. - Cladding kits based on BPA made of PCA-FR should be installed, and particularly when the required reaction to fire for the façade is B-s3,d2 or higher. In relation to the resistance to wind suction loads: - Slots of the cassettes (BPA) have lower resistances depending on the width of the slot (10,5 mm versus 15 mm), but this worst behaviour of slots 10,5 mm width can be solved if they are reinforced by riveted aluminiuim sheets 2 mm thickness. Slots of the cassettes (BPA) shall resists wind loads with an adequate safety coefficient, in order to consider them as simple supports, not affecting the modelling of the cassette exposed face as slab simple supported. - As a limiting value for a preliminar favourable technical assessment, the wind suction resistance shall reach at least 2,4 kPa without occurring the failures described at ETAG 034. Furthermore, it shall be considered the deformations at the centre of the horizontal lower flange of the cassette. In relation to the research on the durability, main conclusions are referred below: - The assumed working life is at least 25 years, similar to the cladding kits covered by the scope of ETAG 034, provided that the cladding kit has been properly designed, installed, adequately used and maintained. - In relation to the adhesive, installation conditions prescribed by the supplier shall be fully followed in order to obtain durable tensile resistance As future lines of research, it is considered to adapt the proposed methodology to the Preassessment and EAD procedures, to BPA based on zinc or cupper panels fixed and/or permanent bonding tapes. Furthermore, as new lines related to the particular characteristics, it is proposed to research on the testing procedures at real scale for reaction to fire, the inclusion of finite element method for the resistance to wind suction of elements. Finally in the frame of the fulfillment of the BWR 7, a worling life of at least 50 years and the assessment of PCA based on recycled “post-consum” polyethylene cores.