Ocena techniczna elewacji wentylowanych z okładzinami kamiennymi mocowanymi do podkonstrukcji za pomocą łączników niewidocznych
Technical assessment of the ventilated façade with stone cladding fixed to the substructure with concealed fixing
Kotwy do mocowania elewacyjnych płyt kamiennych lub betonowych, fot. Halfen
Jednym z najstarszych materiałów budowlanych stosowanych do zdobienia elewacji jest kamień. Kamienne elewacje od zawsze kojarzą się z prestiżem, solidnością właściciela budynku oraz podkreślają rolę budynku w życiu gospodarczym i społecznym.
Przez wieki elewacje z kamiennymi okładzinami były stosowane w budynkach reprezentacyjnych, zobaczymy je na ścianach: siedzib władców, sądów, teatrów, muzeów, banków oraz najzamożniejszych mieszkańców miast. Okładziny kamienne w tych znanych od setek lat rozwiązaniach elewacyjnych były mocowane do ścian za pomocą zapraw murarskich oraz (niekiedy) łączników mechanicznych [1].
|
O czym przeczytasz w artykule:
|
W artykule przedstawiono zakres oceny technicznej właściwości mechanicznych elewacji wentylowanych z okładzinami kamiennymi z niewidocznym mocowaniem do rusztu.
Technical assessment of the ventilated façade with stone cladding fixed to the substructure with concealed fixing The article presents the scope of the technical assessment of mechanical properties of ventilated façades with stone cladding fixed to the foundation with concealed fixing. |
Mocowanie okładzin kamiennych w systemach elewacji wentylowanych
Mimo upływu lat trendy w projektowaniu budynków o charakterze reprezentacyjnym pozostały bez zmian – na ścianach tego typu budynków architekci nadal widzą okładziny kamienne. Jednak coraz ostrzejsze wymagania dotyczące właściwości termoizolacyjnych przegród w istotny sposób zmieniły konstrukcję elewacji kamiennych. Na współczesnych budynkach coraz częściej stosowane są elewacje wentylowane z okładzinami kamiennymi mocowanymi do podkonstrukcji za pomocą łączników niewidocznych. Najczęściej tego typu elewacje składają się z:
- konsoli (stałych i wiatrowych) metalowych lub polimerowych [2],
- pionowych profili metalowych,
- poziomych profili metalowych,
- kamiennych okładzin elewacyjnych.
Okładziny kamienne w tego typu elewacjach mocowane są do poziomych profili metalowych (najczęściej aluminiowych) za pomocą niewidocznych łączników mechanicznych (ich potoczna nazwa to tyłowkrętka). Elementy podkonstrukcji (konsola oraz profil pionowy) w celu zachowania właściwości termoizolacyjnych oraz ogniowych przegrody osłaniane są wełną mineralną.
Widok ogólny najczęściej spotykanych koncepcji tego typu elewacji wentylowanej przedstawia RYS. 1.
RYS. 1. Widok ogólny koncepcji elewacji wentylowanej z okładziną kamienną z niewidocznym sposobem mocowania. Objaśnienia: 1 – okładzina kamienna, 2 – otwór pod tuleje w okładzinie, 3 – śruba mocująca okładzinę, 4 – profil pionowy, 5 – ściana, do której zamocowano elewację wentylowaną, 6 – konsola, 7 – termoizolacja, 8 – pustka powietrza, 9 – profil poziomy; rys.: O. Kopylov
W wielu przypadkach projektanci i wykonawcy tego typu elewacji nie są świadomi, jakie wymagania techniczne (oprócz wymagań związanych z bezpieczeństwem ogniowym i fizyką cieplną) powinny spełniać tego typu rozwiązania elewacyjne. Doprowadza to do sytuacji, że podczas odbioru prac elewacyjnych (procedura odbioru elewacji wentylowanych została opisana w [3]) nierzadko dochodzi do nieporozumień pomiędzy stronami procesu budowlanego: projektanci przedstawiają wyłącznie obliczenia statyczne podkonstrukcji, pomijając dokumenty oceny technicznej (Krajową lub Europejską Ocenę Techniczną, wyniki badań laboratoryjnych) potwierdzające kluczowe właściwości elewacji jako całości.
Dokumenty odniesienia
Co do zasady omawiane systemy elewacyjne z okładzinami z kamienia naturalnego jako całość powinny posiadać Krajową lub Europejską Ocenę Techniczną ze względu na fakt, że objęte one są EAD 090062-00-0404 [4].
Europejski Dokument Oceny EAD 090062-00-0404 [4] został opracowany z uwzględnieniem aktualnej wiedzy technicznej i naukowej i został wydany na podstawie Rozporządzenia (UE) nr 305/2011 do oceny technicznej elewacji wentylowanych.
Wprowadzanie wyrobów budowlanych na rynek krajowy i europejski regulowane jest przez Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 305/2011 z dnia 9 marca 2011 r. ustanawiające zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych i uchylające dyrektywę Rady 89/106/EWG oraz Ustawę z dnia 16 kwietnia 2004 r. o wyrobach budowlanych.
W ustawie o wyrobach budowlanych przedstawiono zasady i tryb wprowadzania do obrotu lub udostępniania na rynku krajowym wyrobów budowlanych, zasady kontroli wyrobów budowlanych wprowadzonych do obrotu lub udostępnionych na rynku oraz zasady działania organów administracji publicznej.
Wyrób budowlany objęty normą zharmonizowaną lub zgodny z wydaną dla niego Europejską Oceną Techniczną może być wprowadzony do obrotu wyłącznie zgodnie z rozporządzeniem 305/2011.
RYS. 2. Ilustracja przedstawiająca schemat elewacji wentylowanej rodziny B. Objaśnienia: 1, 2 – podkonstrukcja, 1 – konsola, 2 – pionowy profil, 3 – ukryty łącznik mechaniczny, 4 – okładzina kamienna; rys.: [4]
Zgodnie z art. 4 i 6 rozporządzenia nr 305/2011, producent wyrobu budowlanego objętego normą zharmonizowaną lub wyrobu zgodnego z wydaną dla niego Europejską Oceną Techniczną zobowiązany jest, przed wprowadzeniem go do obrotu, do sporządzenia deklaracji właściwości użytkowych oraz oznakowania wyrobu znakiem CE (art. 8 i 9 rozporządzenia). Z każdym wyrobem udostępnianym na rynku z oznakowaniem CE dostarczana jest kopia deklaracji właściwości użytkowych na zasadach określonych w art. 7 rozporządzenia nr 305/2011.
Omawiane rozwiązania elewacyjne są objęte EAD 090062‑00‑0404 [4]. Zgodnie z tym rozwiązanie koncepcyjne należy do rodziny B (patrz tab. 1.1. oraz rys. 1.1b [4]). Przewiduje ona, że okładziny mocowane są mechanicznie do podkonstrukcji za pomocą niewidocznej od strony zewnętrznej kotwy umieszczonej w wywierconym otworze lub w podciętym otworze i zakotwione za pomocą blokady mechanicznej (RYS. 2).
Ogólny zakres badań elewacji wentylowanych został przedstawiony w [5].
W dalszej części artykułu zostaną omówione badania dedykowane elewacjom wentylowanym z okładzinami kamiennymi mocowanymi do podkonstrukcji za pomocą kotew niewidocznych. Właściwości dotyczące kwestii ppoż. czy akustyki omówiono w [5]. Zgodnie z tablicą 1.2 [4] okładziny kamienne powinny spełniać wymagania norm [6–8].
Zakres oceny technicznej omawianych elewacji wentylowanych został przedstawiony w tablicy 2.1 oraz 2.2 [4] i obejmuje:
- bezpieczeństwo pożarowe (omówiono w [5]),
- higienę, zdrowie i środowisko,
- przydatność użytkową i bezpieczeństwo użytkowania,
- właściwości dźwiękoizolacyjne (omówiono w [5]),
- właściwości termoizolacyjne (omówiono w [5]),
- trwałość,
- właściwości mechaniczne elementów składowych w stosunku do odpowiedniej rodziny zestawów.
Higiena, zdrowie i środowisko (cechy należące do kompetencji Zakładu Inżynierii Elementów Budowlanych)
Ze względu na występowanie otwartych spoin w systemie elewacyjnym badanie wodoszczelności spoin (ochrony przed zacinającym deszczem) może być pominięte, a system elewacyjny należy rozpatrywać jako niewodoszczelny.
Ze względu na powyższe systemy elewacyjne należy ocenić w zakresie możliwości odwadniania. Ocena zdolności do odwadniania ma na celu wyjaśnienie, czy woda, która przedostaje się do przestrzeni powietrznej, lub woda kondensacyjna jest odprowadzana z zestawu elewacyjnego bez gromadzenia się lub przecieku do podłoża. Ocena jest wykonywana analitycznie, na podstawie analizy szczegółów projektowych elewacji.
Bezpieczeństwo użytkowania i przydatność użytkowa
Odporność na obciążenie wiatrem (ssanie i/lub ciśnienie) zmontowanych zestawów okładzinowych należy zbadać zgodnie z metodą wskazaną w załączniku E [4]. Liczba badań zależy od kombinacji rozwiązań technicznych zestawu elewacyjnego.
Ocenie podlega jedna próbka do badań dla każdej wybranej geometrii. Ocena powinna być oparta na danych z badań ssania wiatru i parcia wiatru.
Wytrzymałość na poziome obciążenia punktowe należy badać zgodnie z metodą wskazaną w załączniku F [4]. Badaniu należy poddać co najmniej najgorszy przypadek (najsłabszy mechanicznie) zestawu elewacyjnego. Zestaw elewacyjny powinien przenosić poziome obciążenia działające na jego powierzchnię w wyniku prac konserwacyjnych, bez pogorszenia jego właściwości użytkowych. Żaden element nie może ulec trwałemu odkształceniu (brak widocznych odkształceń).
Odporność na uderzenia należy badać zgodnie z metodą wskazaną w załączniku G [4]. Badaniu należy poddać co najmniej najgorszy przypadek (najsłabszy przypadek mechanicznie) systemu elewacyjnego. Na podstawie uzyskanych wyników badań należy określić kategorię użytkowania systemu elewacyjnego (wg tablicy G.2 i G.3 załącznika G [4]).
Dodatkowo określane są właściwości geometryczne profili, w tym:
- kształty i wymiary zgodnie z odpowiednimi normami (w przypadku profili aluminiowych wg normy PN-EN 755-9),
- moment bezwładności profilu zgodnie z normą EN 1999-1-1.
Dla materiału profili należy podać granicę sprężystości i moduł sprężystości (w przypadku profili aluminiowych wg PN-EN 755-2).
Dla profili poziomych i pionowych należy określić wartości sił powodujących ugięcie L/200.
W przypadku elementów podkonstrukcji nieposiadających Krajowej lub Europejskiej Oceny Technicznej należy określić:
- wytrzymałość na rozciąganie i ścinanie połączeń mechanicznych wg załącznika K [4],
- odporność na działanie siły poziomej i pionowej elementów podkonstrukcji wg załącznika L [4].
Trwałość
Zestaw wyrobów do wykonania elewacji wentylowanych należy sprawdzić pod względem odporności na działanie cykli grzanie–deszczowanie oraz grzanie–oziębianie wg załącznika M1 [4]. Należy wskazać, czy w trakcie badań wystąpiło:
- pogorszenie, takie jak pękanie lub rozwarstwienie elementu okładziny,
- oderwanie się elementu okładziny,
- nieodwracalne odkształcenie.
Należy również ocenić zachowanie zestawu wyrobów do wykonania elewacji wentylowanych po obciążeniu pulsacyjnym wg metody badawczej przedstawionej w załączniku M2 [4].
Zachowanie zestawu elewacyjnego po obciążeniu pulsującym należy ocenić za pomocą badań wytrzymałościowych (przed i po cyklach), między innymi wytrzymałości mechanicznej połączeń okładzina–łącznik.
Zachowanie zestawu elewacyjnego w zakresie mrozoodporności należy sprawdzić wg załącznika M3 [4]. Zależnie od miejsca stosowania zestawu elewacyjnego można wybrać jedną z opcji badawczych:
- 25 cykli zamrażania–rozmrażania,
- 50 cykli zamrażania–rozmrażania.
Element okładziny należy zanurzyć w wodzie, a następnie poddać cyklom zamrażania–rozmrażania zgodnie z pkt 7.4.1.3 normy PN-EN 12467+A2:2018-06. Po zakończeniu cykli zamrażania i rozmrażania element okładziny należy poddać badaniu wytrzymałości na zginanie oraz odporności na wyrywanie mocowanego od tylnej strony łącznika mechanicznego.
W niektórych sytuacjach celowe może być sprawdzenie zachowania okładziny z łącznikiem po zanurzeniu w wodzie (niekiedy pomiędzy łącznikiem a okładziną w środowisku wodnym może dochodzić do reakcji chemicznych). Zachowanie zestawu elewacyjnego po zanurzeniu w wodzie powinno być oceniane za pomocą badań wytrzymałości na zginanie okładziny oraz odporności na wyrywanie kotwi przed i po zanurzeniu w wodzie.
W przypadku okładzin kamiennych i metalowej podkonstrukcji często występuje konieczność oceny stabilności wymiarowej okładzin. Współczynniki rozszerzalności termicznej okładziny i podkonstrukcji nie mogą różnić się więcej niż o 5%.
Ze względu na fakt, że okładziny kamienne mogą być żywicowane w ramach oceny technicznej, konieczna jest ocena odporności okładzin (jeżeli były żywicowane i poddawane obróbce chemicznej) na działanie UV wg pkt 2.2.15.7 [4].
Wytrzymałość mechaniczna elementów składowych (rodzina B)
Okładziny kamienne zawsze powinny mieć określoną wytrzymałość na zginanie wg właściwych metod badawczych wskazanych w normach [6–8]. Należy zbadać co najmniej najgorszy przypadek (najsłabszy przypadek mechanicznie). W raporcie z badań powinna być określona wartość średnia i wartość charakterystyczna wytrzymałości na zginanie. Wytrzymałość należy również ocenić po oddziaływaniu cykli zamrażanie-rozmrażanie oraz po zanurzeniu w wodzie.
Połączenie kotew–okładzina kamienna powinno być sprawdzone w zakresie wytrzymałości na rozciąganie osiowe.
Wytrzymałość na rozciąganie osiowe należy badać zgodnie z metodą wskazaną w rozdziale I.3 załącznika I [2]. Należy zbadać co najmniej najgorszy przypadek (przypadek najsłabszy mechanicznie).
W raporcie z badań powinna być podana wartość średnia i wartość charakterystyczna. Wartość jest sprawdzana po kondycjonowaniu w warunkach laboratoryjnych oraz po:
- oddziaływaniu pulsujących obciążeń,
- badaniach odporności na zamrażanie–rozmrażanie,
- po zanurzeniu w wodzie.
Połączenie kotew–okładzina kamienna powinno być sprawdzone w zakresie wytrzymałości na ścinanie zgodnie z metodą wskazaną w p. I.4 załącznika I [4]. Należy zbadać co najmniej najgorszy przypadek (najsłabszy mechanicznie).
W raporcie z badań powinny być przedstawione wartość średnia i wartość charakterystyczna.
Połączenie kotew–okładzina kamienna powinno być sprawdzone w zakresie wytrzymałości na obciążenie kombinowane (rozciąganie i ścinanie). Badanie należy przeprowadzić wg metody wskazanej w pkt I.5 załącznika I [4]. Należy zbadać co najmniej najgorszy przypadek (najsłabszy przypadek mechanicznie).
W raporcie z badań powinny być przedstawione wartość średnia i wartość charakterystyczna.
Literatura
- L. Runkiewicz, O. Kopyłow, J. Sieczkowski, „Okresowe oceny stanu technicznego elewacji budynków (cz. 7) Elewacje z okładzin kamiennych przyklejanych do ścian”, „Builder” 1/2021, s. 9–13.
- O. Kopyłow, „Właściwości mechaniczne podkonstrukcji elewacji wentylowanych z elementami polimerowymi – propozycje zakresu oceny”, „IZOLACJE” 5/2021, s. 62–66.
- O. Kopyłow, „Warunki Techniczne Wykonania i Odbioru Robót Budowlanych. Część B: Roboty wykończeniowe, zeszyt 14 Elewacje wentylowane”, Warszawa 2018.
- EAD 090062-00-0404, „Kits for external wall claddings mechanically fixed”.
- O. Kopyłow, „Ocena techniczna elewacji wentylowanych
wg EAD 090062-00-0404”, „IZOLACJE” 3/2020,
s. 72–74. - PN-EN 1469:2015-04, „Wyroby z kamienia naturalnego. Płyty okładzinowe – Wymagania”.
- PN-EN 12057:2015-04, „Wyroby z kamienia naturalnego. Płyty modułowe – Wymagania”.
- PN-EN 12326-1:2014-10, „Łupek i inne wyroby z kamienia naturalnego do zakładkowych pokryć dachowych i okładzin ściennych. Część 1. Wymagania dotyczące łupków i płytek węglanowo-łupkowych”.
