Revista publicada por la Asociación Mexicana de Ventanas y Cerramientos, A.C.
[  Procesos y Tecnología ]
 
Entrevista Ing. Jorge Cholaky

¿Por qué podría resultar de interés tener un comparativo de desempeño de un silicón estructural (SE) versus una cinta acrílica viscoelástica (CAV) en un sistema de fachada estructural?

Me parece que hay, al menos, tres tipos de consideraciones que se deberían tener presente para comparar apropiadamente ambas tecnologías de selladores:

  1. La silicona estructural ha sido usada como elemento de conexión de los vidrios de fachada a la estructura portante de aluminio desde la primera mitad de la década de 1970, y ha ido aumentando de manera muy fuerte la cantidad de edificios con muros cortinas en la mayoría de las ciudades de todo el mundo. Mientras que, de forma relativamente reciente, se ha propuesto una alternativa de cinta acrílica viscoelástica (de 2,1 a 2,3 mm de espesor) como medio de conexión, sobre todo para paneles arquitectónicos.
  2. La naturaleza química del polímero inorgánico de SE tiene una estructura muy diferente de la CAV, lo cual da origen a comportamientos mecánicos y elásticos muy diferentes, como queda evidenciado en las investigaciones disponibles en ASTM, así como en el reciente libro “Sealants in Construction” de Klosowski y Wolf, editado por CRC Press.
  3. Si queremos evaluar la investigación acumulada en ambos tecnologías de selladores, podríamos revisar las publicaciones de una organización más que centenaria y de gran prestigio, como la ASTM (American Society of Testing Materials) de Estados Unidos. En efecto, al revisar las publicaciones del Comité C24 (on Building Seals and Sealants), veremos que ésta ha publicado una grandísima cantidad de artículos científicos sobre el rol del silicón estructural en los muros cortina.

Como consecuencia de lo anterior, es evidente que el proyectista, fabricante o consultor de muros cortina debería conocer en detalle las grandes diferencias entre ambos sistemas, y su impacto en el desempeño de los muros cortina frente a las condiciones reales de servicio, durante la vida útil del edificio. Esta necesidad es aún más apremiante en México, dado que se están construyendo edificios cada vez más monumentales, que pueden estar sometidos a condiciones de vientos huracanados, sismos intensos o temperaturas muy intensas.

¿Existe actualmente dentro o fuera del país alguna norma reconocida internacionalmente que especifique, o recomiende, la utilización del silicón estructural o de la cinta acrílica viscoelástica en fachadas de vidrio?

En la actualidad no se dispone de una norma mexicana que defina las propiedades y los requisitos de ambos sistemas de selladores (SE y CAV), de modo que es necesario hacer referencia a las normas técnicas reconocidas a nivel internacional.

Respecto del SE, a nivel mundial, se usa frecuentemente algunas normas fundamentales como la ASTM C1184: Standard Specification for Structural Silicone Sealants, la ASTM C1401: Standard Guide for Structural Sealant Glazing. Luego están las normas ASTM C794, C1087 y C1248 referidas a los ensayos de adhesión, compatibilidad y manchamiento.

Las propiedades del silicón estructural son verificadas mediante ensayos (conforme a la norma ASTM C1184) con inmersión en agua y temperatura de hasta +88°C; en el caso de las cintas acrílicas viscoelásticas su protocolo de ensayo no considera pruebas con inmersión en agua, así como limita a sólo +50°C la temperatura máxima de ensayo. Con lo cual, se trata de un protocolo de ensayo más limitado.

¿Hay algún límite de altura o presión de viento máximo para el diseño de fachadas usando estas tecnologías de sellado?

En la actualidad los edificios más altos superan los 500 metros de altura, y eso impone un gran desafío para la ingeniería, puesto que las normas de viento existentes no permitían evaluar las cargas de viento en esas condiciones. Por ello se han debido desarrollar estudios en túneles de viento, con modelos a escala de los edificios, para poder estimar las cargas esperadas en la fachada.

Asimismo, se observa que los arquitectos diseñan fachadas de edificios con vidrios (cada vez más grandes y pesados) y sin elementos de fijación mecánica; demandando la función de fijación de los vidrios a los selladores de SE. Estas soluciones de fachada toman el nombre de Muros Cortina con SE 4 lados.

Entre los edificios relevantes, de más de 500 metros, con SE 4 lados se puede citar (por ejemplo) el World Trade Center de Beijing en China, que fue diseñado con presiones de 500 kg/m2.

Sin embargo, los silicones estructurales bicomponentes, de última generación, han sido ensayados en laboratorio hasta alcanzar resistencias a presiones de 2.200 kg/m2, de modo que el SE tiene una gran reserva de capacidad.

Según las normas técnicas vigentes, hoy en día la tensión admisible de diseño para cargas de viento del SE es de 20 psi; mientras que la CAV limita su tensión admisible a 12 psi; lo cual implica que el SE dispone de un 70% más de resistencia al viento que la CAV. Esto significa que los anchos de cordones serán más pequeños, y por tanto la zona de visión de los edificios será mayor.

También se debe considerar que para aquellos edificios que son sometidos a impacto de explosiones, o de vientos huracanados, existen variados sistemas de muros cortina con SE que cumplen con los estándares de diseño respectivos.

¿Considerando que en México hay frecuentemente sismos de diferentes magnitudes, cuál es la confiabilidad de ambos sistemas como elemento de fijación estructural del vidrio a la estructura de soporte?

Una de las dificultades de evaluar el comportamiento sísmico de los muros cortina, radica en el hecho que los métodos aproximados de laboratorio no permiten modelar adecuadamente los efectos de los sismos reales, de alta intensidad. Y, por otro lado, los sismos de gran magnitud se verifican con recurrencias de 25 a 30 años en los países del Pacífico, como en el caso de Chile.

Es por lo anterior que cobra especial significado considerar las consecuencias del terremoto del 2010 en Chile, de intensidad 8.8 Richter (el quinto más grande registrado en la historia).

A ese propósito es muy importante leer las conclusiones del paper “A Review of the Behavior of Structural Silicone Glazing Systems subjected to a Mega Earthquake “, de Errol Bull y Jorge Cholaky, publicado en el International Journal of ASTM, en el año 2012.

En las conclusiones de dicha investigación se indicó que los Muros Cortina con SE 4 lados, en edificios de 10 a casi 40 pisos, se desempeñaron todos muy favorablemente. Algunos de los aspectos relevantes fueron que los cordones de silicona estructural eran todos de 7mm de espesor (muy diferente de los 2,3 mm de la cinta) y todos los vidrios de fachada disponían de calzas inferiores para tomar el peso propio. También todos los proyectos examinados cumplían con estándares técnicos de proyecto, ensayos, fabricación e instalación. Sin embargo, se debe destacar que los edificios en Chile (todos de concreto) resultan mucho más rígidos que los edificios mixtos (concreto y acero) de México; lo cual implica que en el caso mexicano los selladores pueden quedar sometidos a deformaciones por carga sísmica aún mayores.

Cabe destacar que en el 2010 había unos 10 o 20 edificios pequeños con sellador de CAV, que estaban muy alejados de las zonas impactadas por el terremoto, de modo que la opinión de una parte de la comunidad técnica local es que no fue realmente posible evaluar la respuesta de la cinta ante condiciones reales de un sismo severo.

¿El precio del sellador utilizado debería ser un medio válido para que el fabricante de muro cortina decida si utiliza una cinta acrílica viscoelástica o un silicón estructural?

El precio es un medio de comparación válido, después que se ha definido las especificaciones técnicas que debe satisfacer el proyecto de muro cortina.

La certificación de un muro cortina requiere que se cumplan determinados estándares técnicos, incluyendo revisiones de proyecto, ensayos de laboratorio y procedimientos de aplicación (con los respectivos controles de calidad durante el proceso).

Solo después del cumplimiento de los estándares técnicos, que implícitamente definen el factor de seguridad del proyecto y de la obra, se podría analizar las opciones de precios que están disponibles en el mercado para los selladores que satisfacen dichos estándares técnicos.

¿Cómo cambia el comportamiento de ambos sistemas cuando se les somete a temperaturas muy altas o muy bajas?

Una investigación realizada en el Laboratorio de la Universidad de Dayton, Ohio, y luego publicada en el International Journal de ASTM, en el año 2015, mostró que el SE logró aumentar en 41% su capacidad de deformación en altas temperaturas, mientras que la CAV perdió 63% de capacidad deformación. En bajas temperaturas el silicón redujo su capacidad de deformarse en 29% mientras que la cinta CAV falló adhesivamente sin mostrar capacidad de deformación.

Si consideramos la capacidad de absorber energía de ambos sistemas, entonces el SE mostró 3 veces más capacidad de absorción que la CAV en altas temperaturas, y 15 veces en temperaturas bajas.

En relación al modo de falla de los sistemas, el SE mostró una capacidad superior para mantener la adhesión a los sustratos en el 100% de los casos ensayados. La CAV falló adhesivamente en valores aproximados a 64% para temperaturas altas y 98% para temperaturas frías.

Si consideramos los resultados de las investigaciones del comportamiento del SE a la exposición al ambiente exterior, hay estudios de hasta 30 años de duración (como el caso de “30 Year Outdoor Weathering Study of Construction Sealants”, publicado en el International Journal de ASTM en el año 2013), que demuestra que el silicón exhibe un excelente comportamiento a los agentes atmosféricos, incluyendo la radiación UV.

La CAV no dispone de estudios de duración al ambiente exterior de la misma duración. Se debe considerar que los ensayos de laboratorio determinan condiciones aproximadas, y que los métodos numéricos de evaluación son aún de una reducida capacidad predictiva.

¿Cuáles son las principales limitaciones de ambos sistemas cuando se los utiliza en taller, o directamente en la obra?

En general ambos sistemas requieren ser aplicados en ambientes limpios, y con personal entrenado para asegurar una calidad constante durante todo el proceso.

El silicón estructural del tipo bicomponente requiere disponer de una máquina mezcladora (de base y catalizador), así como la realización de controles de calidad del proceso frecuentes. Posterior a su aplicación el sellador requiere completar el curado que podría tomar de 4 a 6 horas. Con las últimas generaciones de silicones estructurales, prácticamente se consigue una óptima adhesión sin necesidad de aplicar primers a los materiales del muro cortina.

El principal desafío de las cintas es contar con materiales y procesos de fabricación que no superen las reducidas tolerancias indicadas en los manuales de los fabricantes de cintas. Además se requiere aplicar primer en casi todos los materiales antes de la colocación de la cinta, y además tiene un desarrollo de adhesión significativamente más rápido.

Sin embargo, dado que se requiere aplicar siempre un cordón de silicón climática en todo el perímetro del vidrio (para proteger a la cinta de la presencia de agua), al final se debe esperar un tiempo más prolongado para lograr el secado de esa silicona.

Por último, dado que las cintas tienen una tensión admisible para cargas permanentes de solo 0,25 psi (entre 4 y 6 veces menor que la silicona estructural), cada vez que el proyecto requiera vidrios de grandes dimensiones y pesados, se deberán colocar calzas inferiores, de lo contrario (como es posible observar en algunos proyectos) el ancho de cada cinta podría llegar hasta 1” o 1,5”.

Fecha de publicación: 10/10/2016

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