Fotos: cortesía 3M
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Cintas adhesivas
para acristalamiento estructural Las cintas 3M VHB son adhesivos de doble cara de espuma acrílica de alto nivel de desempeño. Se utilizan para unir el vidrio al marco metálico en muros cortina, como alternativa a los sistemas convencionales de unión mecánica, juntas preformadas o siliconas. Guía de diseño y aplicación.
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or más de 50 años, la industria de la construcción usó la silicona estructural y la cinta espaciadora como elementos primarios de unión entre perfiles metálicos y vidrios o paneles arquitectónicos para la elaboración de fachadas. Actualmente, existen diferentes tipos de adhesivos en el mercado con el mismo desempeño de los sellantes tradicionales, pero que demuestran ventajas en tiempos de instalación, acabados y mano de obra. En los años 90, 3M desarrolló una cinta adhesiva que empezó a ser usada en
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muros cortina, reemplazando los sujetadores mecánicos por un solo componente: la VHB. Esta cinta de espuma acrílica, doble faz y de celda cerrada, demostró desde sus inicios una alta resistencia de adherencia y un poder de retención a largo plazo en aplicaciones de acristalamiento estructural. “Tras las pruebas realizadas a la cinta, se pudo concluir que con solo este elemento de unión y el ancho sugerido para cada proyecto, estamos ofreciendo una unión confiable por la que entregamos una garantía de 20 años”, afirma Ómar Arias, gerente de Servicio Técnico Latinoamérica, Industrial Adhesives and Tapes Division, de 3M.
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La fortaleza de este producto reside en los enlaces únicos de carbono de las cadenas de polímeros, los cuales son altamente resistentes a la energía en forma de calor o luz ultravioleta, y a los ataques químicos. Al someter otros adhesivos menos durables a condiciones ambientales similares, los polímeros suelen dividirse y sufrir cambios en sus propiedades mecánicas. En el caso de los adhesivos acrílicos y espumas, sus uniones cruzadas adicionales favorecen químicamente la robustez de la cadena. Esto significa que en vez de ser sometidos a un proceso de descomposición, los materiales de acrilato tienden a construir uniones fuertes y duraderas.
Desempeño de la cinta La habilidad que tienen los adhesivos acrílicos de resistir altas y bajas temperaturas, exposición a luz ultravioleta, humedad y otras condiciones ambientales, ha sido documentada en situaciones reales y en estudios de envejecimiento acelerado. En el primero de los casos es necesario esperar unos años para tomar una muestra representativa de tiempo y así analizar el comportamiento de la cinta en diversas condiciones meteorológicas. Después de ciclos de dos a cinco años –en climas extremos como los de Florida, Arizona y Minnesota, en Estados Unidos–, las pruebas hechas sobre aluminio, vidrio, acero inoxidable, PVC y metal pintado muestran un buen desempeño a largo plazo, con una retención de resistencia adhesiva cercana al 100 %. Resultados similares también han sido observados en una prueba en exteriores de 11 años realizada en Japón. Cuando se trata de experimentos de envejecimiento acelerado, en los cuales se somete el producto a ciclos de calor, humedad y exposición a una lámpara UV de arco de xenón, y a pruebas de tensión, corte y despegue, los resultados demuestran que la resistencia adhesiva no se deteriora por debajo de su nivel de desempeño original, incluso después de una exposición de 10 mil horas.
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vEntaJaS DE la Cinta vhb • Adhesivo con excelente resistencia dinámica que reemplaza el acristalamiento convencional. • Resiste condiciones ambientales como los rayos UV, la humedad, el calor y el frío. • Se adhiere, sella y ajusta a una amplia variedad de superficies. • Entrega y ensamblaje más ágil. • Se adhiere a superficies húmedas, no fijas y mojadas. • Ahorra el proceso de atornillado, perforación, soldadura, pintura y acabados. • Absorbe choques y permite movimientos de fiabilidad contra el viento y las vibraciones. • Compensa por expansión/contracción térmica. • Se adhiere con tal fuerza que puede reemplazar tornillos, remaches, soldaduras y siliconas. • Gracias a sus propiedades elásticas, absorbe los golpes y la flexión causados por el viento, la vibración y la expansión/contracción térmica. • Llena irregularidades y grietas entre las superficies para mantenerlas libres de polvo, agua y los químicos que se usan para la limpieza. • Se fija de un modo prácticamente invisible que mantiene las superficies lisas y limpias para mejorar el diseño y la apariencia. • Es usada en una amplia variedad de materiales que logra combinaciones de alto impacto visual. • Hasta 20 años de garantía en aplicaciones calificadas.
Pruebas de desempeño estructural Para comprobar el uso de la cinta en diferentes aplicaciones de muros cortina se llevaron a cabo pruebas en condiciones ambientales típicas de tensión. La primera secuencia de pruebas se realizó: 1. A un panel de vidrio laminado de PVB con cinta VHB 4972. 2. A una unidad de fachada doble (DGU) unida con cinta VHB G23F. 3. A una DGU unida con un sellante de silicona estructural de una parte. Las condiciones: carga de viento ASTM E 330, temperaturas ambiente, fría y caliente (-25 ºC y 71 ºC), y hasta 2,9 kPa (60 psf), lo que corresponde a una velocidad de viento de 250 km/h. Ninguna falla fue observada.
Después de esto, las presiones fueron aumentadas gradualmente a 8,4 kPa (175 psf) en condiciones de temperatura ambiente. En este punto, el vidrio laminado se reventó de la cámara pero seguía adherido en todo el perímetro del marco, lo que demuestra la alta resistencia de la cinta. La segunda prueba estaba compuesta de dos vidrios templados de panel único unidos a la cinta y un sellante de silicona estructural de una parte. El panel DGU unido con VHB también fue sometido a esta segunda secuencia de pruebas después de sobrevivir a la primera. Las condiciones: carga de viento ASTM E 330 hasta presiones de viento de 10 kPa (210 psf), lo cual corresponde a una velocidad de viento
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sostenida de 467 km/h. No se presentaron filtraciones de agua ni de viento, o ninguna falla adicional en ambos casos. “Con estas pruebas no queremos demostrar que la cinta VHB tiene condiciones de desempeño superiores a la silicona. Nos interesa afirmar que el producto cumple las mismas especificaciones descritas en las normas internacionales”, agrega Arias. Adicionalmente, se han realizado pruebas de sismorresistencia estática en Estados Unidos y otras más complejas en Chile, donde se implementaron test dinámicos que mueven los paneles en todas direcciones. El producto pasó todas las pruebas sin sufrir alteraciones en su estructura o en sus propiedades de sellabilidad.
guía de diseño y aplicación Tras conocer el tipo, las dimensiones y el peso del vidrio que se va a instalar en la fachada, es necesario hacer tres cálculos para determinar el ancho de la cinta por usar. 1. Cálculo de resistencia o cargas dinámicas: se simulan las condiciones más extremas de acuerdo con la posición geo-
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gráfica del proyecto, teniendo siempre como referencia un factor de seguridad cinco. Así, para las cargas de tensión dinámicas (como cargas de viento positivas y negativas), la cinta usada en muros cortina necesita una resistencia de diseño de 12 psi (8435 k/m2 o 85 kPa), un criterio establecido en las pruebas de carga dinámica ASTM para aplicaciones de este tipo de sistemas. Para realizar el cálculo que determina el ancho de la cinta para la aplicación se usa la regla trapezoidal, comúnmente utilizada también en proyectos con sellante de silicona. Este es un ejemplo de cómo puede hacerse este cálculo:
Ancho de la cinta = (pulgadas)
0,5 x longitud del lado corto del panel (pies) x carga de viento (psf) 12 in/ft x resistencia de diseño de la cinta (12 lbs/in2)
Ejemplo: cara del vidrio de 4" x 6", diseñado para soportar 60 psf de carga de viento Ancho de la cinta = (pulgadas) 0,83"
0,5 x 4 ft x 60 lbs/ft 12 in/ft x 12 lbs/in2
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0,5 x longitud del lado corto del panel (mm) x carga de viento (kg/m2) Ancho de la cinta = (mm) Resistencia de diseño de la cinta (8435 kg/m2) Ejemplo: cara del vidrio de 1200 mm x 2400 mm expuesta a 295 kg/m2 de carga de viento Ancho de 0,5 x 1200 mm x 295 kg/m2 = 21 mm la cinta = 8435 kg/m2 (mm) 21 mm
redondear
25 mm
Nota: siempre redondear al entero más cercano divisible por cinco para arriba, nunca para abajo.
Ancho de la cinta = (mm)
0,5 x longitud del lado corto del panel (mm) x carga de viento (kPa) Resistencia de diseño de la cinta (85 kPa)
Ejemplo: las mismas condiciones que arriba con una carga de viento de 2,9 kPa Ancho de 0,5 x 1200 mm x 2,9 kPa la cinta = 85 kPa (mm)
= 21 mm
21 mm
25 mm
redondear
= 0,83"
redondear al más cercano
1,0"
Nota: siempre redondear al entero más cercano para arriba, nunca para abajo.
las pruebas de desempeño fueron realizadas por una institución acreditada e independiente: winwall technology pte ltd, en Singapur.
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2. Cálculo de cargas estáticas: en esta fase del proceso es necesario verificar el ancho de la cinta de acuerdo con el peso del vidrio y la resistencia de los perfiles. Aquí el factor de seguridad sube a ocho, pues se trata de una de las condiciones más críticas de las fachadas y la resistencia del diseño debe ser de 0,25 psi (1,75 x 10-4 kg/mm2). Esto significa que para soportar cargas estáticas deben utilizarse cuatro pulgadas cuadradas de cinta VHB por libra (55 cm2/kg).
Ancho de la cinta = (pulgadas)
peso del panel o lámina de vidrio (lbs) perímetro del vidrio (in) x Resistencia de diseño de la cinta (0,25 psi)
Ejemplo: lámina de vidrio de 3" x 4" con un peso de 2 lbs/ft2 Ancho de la cinta = (pulgadas)
(3 ft x 4 ft) (2 lbs/ft2) 168 in x 0,25 lbs/in2 0,57"
redondear
= 0,57" 0,75"
Nota: siempre redondear para arriba, nunca para abajo.
Ancho de la cinta = (pulgadas)
peso del pánel o lámina de vidrio (kg) perímetro del vidrio (mm) x resistencia de diseño de la cinta (1,75 x 10 -4 kg/mm2)
En este ejemplo, el cálculo de la carga estática resultó en un ancho de cinta mayor (20 mm) comparado con el cálculo de la carga dinámica (10 mm). De este modo, para satisfacer los requerimientos de la carga estática y dinámica, debe usarse una cinta de 20 mm de ancho. 3. Cálculo de movimiento diferencial: el vidrio y el aluminio tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica, los cuales son verificados para conocer el nivel de expansión y contracción térmica que puede sufrir la estructura cuando se expone a diferentes grados de temperatura. La cinta VHB está diseñada para tolerar un movimiento de corte de hasta tres veces su espesor original. Lo anterior quiere decir que las referencias con un espesor de 2,3 mm pueden experimentar una tensión de corte de hasta 6,9 mm. De esta forma, el diseñador de la estructura acristalada debe tener presente el movimiento de la junta y el posible desajuste entre el panel de vidrio y el marco de metal, y así determinar que la tensión del corte sea menor del 300 %. Este es un ejemplo para establecer el movimiento de la expansión térmica y el cálculo asociado:
Ejemplo: lámina de vidrio de 1000 mm x 1500 mm con un peso de 10k kg/m2 Ancho de la cinta = (pulgadas)
(1 m x 1,5 m) (10 kg/m2) 2 (1000 mm + 1500 mm) (1,75 x 10 -4 kg/mm2) 17 mm
redondear
= 17 mm
Total % = tensión
(lado más corto del panel % + (lado más largo del panel % tensión de corte)2 tensión de corte)
Donde...
20 mm
Tensión 100 x (longitud del marco) x (CTE del marco–CTE del vidrio) x = de corte (cambio máximo de temperatura) espesor de la cinta
Es importante tener presente que los dos cálculos deben realizarse en conjunto, pues el ancho de la cinta debe responder a ambas necesidades. Por ejemplo, si el panel de vidrio de 1000 mm x 1500 mm fue diseñado para soportar una carga de viento de 1,4 kPa, debe realizarse el siguiente cálculo de carga dinámica: Ancho de 0,5 x 1000 mm x 1,4 kPa = 8,2 mm la cinta = 85 kPa (mm) 8,2 mm
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redondear
10 mm
* CTE: Coeficiente de Expansión Térmica
Al contar con los resultados de los tres cálculos y la aprobación para la instalación de la fachada, 3M inicia un proceso de certificación con los operarios. De esta forma se asegura el uso correcto de la cinta y se garantizan sus propiedades de resistencia. “Cuando se trata de fachadas estampilladas la garantía se ofrece solo si las condiciones de aplicación se realizan en taller”, puntualiza el ingeniero Arias.
Construcción de la cinta VHBTM G23F Adhesivo Soporte de adhesivo Color Espesor
VHBTM B23F
Acrílico de alto desempeño Espuma acrílica conformable de celda cerrada Gris
Negro 2,3 mm ± 10 %
Densidad
720 kg/m3
Protector siliconado
Película de polietileno rojo
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