Mechanische bevestiging op stalen plooiplaten (2)

Het Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf (WTCB) is momenteel druk bezig met het op punt stellen van een nieuwe Technische Voorlichting waarop zowel de afdichter als de ontwerper zich in de toekomst zullen kunnen baseren voor het realiseren van een efficiënt mechanisch bevestigd platdak. Het eerste deel van dit artikel, dat gepubliceerd werd in onze vorige uitgave, behandelde reeds een aantal interessante bevindingen en proefresultaten inzake de stalen drager, het dampscherm de isolatie en de afdichting. In dit tweede en laatste deel worden de mechanische bevestigingen zelf onder de loep genomen.

De mechanische bevestiging bestaat in principe uit een schroef en een drukverdeelplaatje. In België worden deze beide meestal vervaardigd uit staal, al dan niet roestvrij.

De schroeven

De minimum lengte van de schroeven voor het gebruik op stalen plooiplaten hangt af van de volgende parameters:

de dikte van de eventueel te bevestigen dakafdichting: van 1,1 tot 5,0 mm
de dikte van de isolatie: van 40 tot 120 mm en meer
een eventueel dampscherm: van 0,25 tot 4 mm
de stalen plooiplaat: van 0,75 tot 1,25 mm
een aan de onderzijde uitstekend gedeelte: ten minste 15 mm

Hieruit vloeit voort dat in de meeste gevallen de lengte van de schroeven zich zal situeren tussen 60 en 150 mm.

De gebruikelijke diameters van de schroeven en hun schachten zijn terug te vinden in tabel 1. De minimum diameter bedraagt 4,8 mm volgens de EUtgb.

Schroefdiameter 4,8 mm 5,5 mm 6,3 mm 6,7 mm

Schachtdiameter 3,1 mm 3,5 mm 3,9 mm 4,0 mm

Schroefdiameter	4,8 mm	5,5 mm	6,3 mm	6,7 mm
Schachtdiameter	3,1 mm	3,5 mm	3,9 mm	4,0 mm

De drukverdeelplaatjes

De drukverdeelplaatjes zijn nodig om de krachten die inwerken op de isolatie en/of de waterdichting over te brengen op de schroef. De gebruikelijke, platte drukverdeelplaatjes zijn 1 mm dik terwijl de geprofileerde plaatjes 0,75 mm dik zijn. Zowel de drukweerstand van de isolatie, de vorm van het drukverdeelplaatje als de schroefpunt moeten er op berekend zijn dat de afdichting niet (te veel) wordt belast wanneer er vlak naast of over het plaatje wordt gelopen. (zie fig. 2)

Het plaatje dat gebruikt wordt voor de bevestiging van de isolatie of van de bitumineuze onderlaag heeft de volgende minimale afmetingen: een diameter van 70 mm indien er gewerkt wordt met ronde plaatjes of zijden van 65 mm indien er gekozen wordt voor vierkante plaatjes. (fig. 3)

De bevestiging in de overlap van éénlaagse afdichtingen gebeurt over het algemeen met plaatjes van 40x80 mm. (fig. 4)

Weerstand van de mechanische bevestigingen

Het bepalen van de windweerstand van mechanische bevestigingen gebeurt aan de hand van (dynamische) windproeven die de werkelijke situatie zeer dicht benaderen (Eutgb-richtlijnen). De nuttige rekenwaarde situeert zich meestal tussen de 300 en 450 N per bevestiger. De meest voorkomende schademechanismen zijn het uittrekken van de schroeven, het scheuren van de waterdichting en het afschuiven van de overlapnaden. Uit recente vergelijkingen tussen de dynamische en de eenvoudige statische testen blijkt dat de resultaten van de statische testen veel gunstiger zijn maar daarentegen niet representatief voor de windbelastingen. Zo houden de statische testen geen rekening met de mechanische moeheid noch met de invloed van de richting van de belasting (axiaal, schuin, excentrisch..) (Fig. 5)

Hygrothermische aspecten

Warmteverliezen

Aangezien metaal een goede warmtegeleder is zullen de (metalen) schroeven verantwoordelijk zijn voor bijkomende warmteverliezen. De kerndiameters van de gangbare schroeven liggen tussen de 3 en de 4 mm. Figuur 6, die het resultaat is van een diepgaande thermische berekening volgens de methode van de eindige elementen, toont duidelijk aan dat men door het gebruik van schroeven in koolstofhoudend staal een verhoging van de U-waarde van het dak bekomt van ongeveer 1 à 2 % per schroef.

Aangezien een mechanisch bevestigd dak ongeveer 6 schroeven per m² bevat kan men afleiden dat er zich een totaal warmteverlies van om en bij de 10% zal voordoen. Dit vereist dus een (ca. 10%) dikkere isolatie dan bij een dak zonder mechanische bevestigingen. Men kan deze warmteverliezen beperken door te kiezen voor roestvrij stalen schroeven of door het voorzien van thermische sneden.

Condensatie op de schroefpunt

Gezien de plaatselijk hogere warmteverliezen zal de temperatuur van de schroefpunt bij koude weersomstandigheden een beetje lager liggen dan die van de stalen plooiplaten. Berekeningen hebben aangetoond dat er zich in gebouwen behorend tot binnenklimaatklasse I t/m III geen enkele vorm van condensatie zal voordoen op het naar buiten stekend gedeelte van de schroef. Bij binnenklimaatklasse IV daarentegen (hoge vochtproductie) kan er zich wel condensatie voordoen. Maar aangezien er in het eerste deel van dit artikel (zie RB 98-5) reeds werd gesteld dat er bij dit soort gebouwen geen mechanische bevestiging wordt toegepast, zal dit probleem zich niet voordoen.

Duurzaamheid: corrosie van de mechanische bevestigingen

Op het gebied van de duurzaamheid van de metalen bevestigers speelt de corrosieweerstand de belangrijkste rol. Corrosie treedt op wanneer er zich twee omstandigheden tegelijkertijd voordoen:

een verschil in zuurstofconcentratie, wat onvermijdbaar is langs de schroefschacht
de aanwezigheid van een elektrolyt (water)

De isolatie in een dak kan op verschillende manieren nat worden: door de regen, nevel en mist tijdens de plaatsing, door eventuele lekkages, door bouwvocht en door oppervlakte- of interne condensatie. Aangezien het gevaar voor condensatie steeds aanwezig is, zelfs bij gewone daken, moeten de schroeven in elk geval een minimum corrosieweerstand vertonen. De kwaliteit van de corrosiebescherming wordt gemeten aan de hand van de Kesternich-test. Na 12 cycli Kesternich volgens de EUtgb wordt klasse 2 geëist. Voor meer agressieve omgevingen is een aparte studie nodig.

Soorten schroeven (voorbeelden)

Niet behandeld koolstofhoudend staal is zeer corrosiegevoelig en mag niet gebruikt worden.
Koolstofhoudend staal met een oppervlaktebehandeling (verzinken, fosfateren, voorzien van een organische coating,..) is corrosiegevoelig: klasse te onderzoeken.
Roestvrij staal: voldoet aan klasse 2.

Windbelasting op mechanisch bevestigde daken

De wind oefent diverse zuigkrachten uit op een plat dak. De windbelasting die hieruit voortvloeit hangt voornamelijk af van de volgende factoren:

De geografische ligging (kust, stad,..).
De hoogte van het gebouw.
De in het gebouw heersende overdruk, die afhankelijk is van de luchtdichtheid van de gevel en van de drager van het dak.
De plaats op het dak: de belasting langs de dakranden is hoger en is maximaal in de hoekzones.

Ook de luchtopenheid van de isolatie speelt een rol aangezien deze haar invloed heeft op de egalisatie van de drukverschillen in het dakcomplex. De hechting van het dampscherm aan de stalen plooiplaten en de eventuele compartimentering tijdens de plaatsing van de isolatie hebben hierop een gunstige invloed aangezien ze deze egalisatie tegenwerken. De windkrachten moeten via de mechanische bevestigingen worden overgebracht op de drager van het dak. De windbelasting wordt momenteel nog steeds bepaald door nationale normen, maar zal in de toekomst worden vastgelegd door de -in de maak zijnde- Europese normen, die van kracht zullen worden rond het jaar 2002.

Verdeling van de windbelasting over de verschillende lagen van het dak

Indien de windbelasting voor een bepaalde situatie gekend is, dan kan de mate waarin de kracht op de schroef wordt overgebracht van geval tot geval verschillen. (tabel 2) De volgende factoren zijn hierbij van belang:

De plaats van de bevestiging: ter hoogte van de isolatie of de onderlaag (fig. 6 en 7) of eerder ter hoogte van de afdichting (fig. 8)
De luchtopenheid van de isolatie: luchtopen (naakte minerale wol), luchtopen maar met luchtdichte bekleding (gecacheerde minerale wol) of luchtdicht (PUR).
Het dampscherm: al dan niet aanwezig, al dan niet gekleefd op de plooiplaten.

Tijdens een gedetailleerde studie werden de verschillende mogelijkheden onderzocht en werden uiteindelijk 8 combinaties weerhouden. In tabel 2 vindt u de resultaten voor de meest representatieve combinaties. Voor de twee laatste gevallen toonden de berekeningen duidelijk aan dat het noodzakelijk is om na te gaan of de isolatie niet extra bevestigd dient te worden.

Berekening van het aantal schroeven en hun verdeling

Eens de weerstand van een schroef en de windbelasting voor de diverse dakzones (hoeken, randen, middenvlak) gekend, kan men zone per zone het aantal benodigde schroeven per m² bepalen.

Ideale schroefverdeling

De ideale verdeling van de schroeven over de isolatieplaat is terug te vinden in figuur 9. Indien de schroeven volgens deze verdeling worden aangebracht, zullen ze allen op een gelijke manier worden belast. Het is zelfs zo dat -tot en met 4 schroeven op een rij- de absolute waarden van de momenten in het veld praktisch overeenkomen met deze boven de steunpunten.

Hypotheses en vereenvoudigingen:

Berekening volgens de elasticiteitstheorie.
Berekening van de krachten zoals bij balken op x steunpunten, zonder onderlinge beïnvloeding van de rijen schroeven.
Bevestigingen beschouwd als scharnierpunten.

Schroefverdeling in de praktijk: voorbeeld

Het is echter niet altijd mogelijk om de ideale verdeling van de schroeven op een dak te respecteren vanwege de verschillen in modules en afmetingen tussen de stalen plooiplaten en de isolatieplaten, het opgelegde plaatsingsschema, de verwerkingsrichtlijnen, enz. Indien de afwijking van de ideale verdeling te groot is, kan het nodig zijn het aantal schroeven te verhogen.

Besluiten

Het diepgaand onderzoek van de mechanische bevestiging op stalen plooiplaten door een speciale werkgroep binnen het WTCB heeft geresulteerd in de ontwikkeling van een aantal specifieke test- en berekeningsmethodes en heeft bovendien een aantal nieuwe en belangrijke inzichten aan het licht gebracht. De resultaten laten toe een aantal praktische raadgevingen te formuleren voor zowel de ontwerper als voor de aannemer van dichtingswerken. Dit artikel bevat de voornaamste bevindingen en resultaten van een onderzoek dat nog steeds aan de gang is. De werkgroep die zich bezig houdt met het opstellen van de technische goedkeuring staat dan ook open voor alle eventuele kritiek of verdere opmerkingen. Het afgewerkte document zal gepubliceerd worden in 1999 en zal verkrijgbaar zijn bij het WTCB.

Kies hier:
Inhoudsopgave Roof Belgium 1998
Terug naar Roof Belgium