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Cálculo simplificado para comprobar la unión adhesiva en sistemas de revestimiento de fachada ventilada

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calculo union adhesiva revestimientos fachada ventilada
16/12/2021

María Bento, del departamento de calidad de productos del ITeC – Instituto de Tecnología de la Construcción de Cataluña, es la autora de este estudio en el que se recoge un procedimiento simplificado de cálculo de la unión adhesiva en sistemas de revestimiento de fachada ventilada.

La comprobación de la unión adhesiva es un aspecto fundamental en los sistemas de fachada ventilada en los que la unión del panel de revestimiento a la subestructura metálica (normalmente formada por un perfil vertical y unas ménsulas para la fijación de estos perfiles a la estructura soporte) se hace mediante un sistema de adhesivo (formado principalmente por un cordón de adhesivo e imprimación para el pretratamiento de las superficies a unir, junto con otros componentes auxiliares tales como cinta adhesiva y agentes de limpieza de las superficies).

Los procedimientos para realizar esta comprobación se encuentran en la documentación técnica de cada fabricante de adhesivo, sin embargo, María Bento, ofrece en este documento, un procedimiento simplificado de cálculo de la unión adhesiva acorde a la reglamentación española.

Este documento se ha desarrollado para ser aplicado en sistemas de revestimiento exterior de fachada ventilada formados por elementos discontinuos (paneles, placas, lamas, etc.) fijados mediante un sistema de adhesivo a perfiles verticales metálicos, pero el procedimiento de cálculo desarrollado para la unió adhesive es solo una parte de las comprobaciones que se deben realizar sobre el sistema y por tanto no incluye la comprobación de resistencia y estabilidad de otros elementos como paneles de revestimiento, perfiles verticales de la subesctructura, ménsulas o escuadras de la subestructura, estructura soporte, etc.

Sistema de adhesivo para revestimientos de fachada ventilada

Un sistema de adhesivo para sistemas de revestimiento en fachada ventilada consta de los siguientes componentes:

componentes union adhesiva
Composición de un sistema de adhesivo

Adhesivo

Pasta generalmente basada en polímeros modificados de silano, poliuretanos, siliconas o polímeros híbridos. El adhesivo se debe especificar por el tipo de material, por las dimensiones mínimas del cordón, por sus propiedades físicas: densidad o peso específico, retracción, dureza, resistencia al alargamiento, análisis termogravimétrico, etc., y por sus prestaciones mecánicas de diseño (resistencia a tracción, resistencia a cortante, etc.)

Pretratramiento de superficies

En referencia a la Imprimación o producto normalmente líquido que se aplica sobre las superficies a unir del panel y del perfil npara mejorar la adherencia y los agentes de limpieza o productos normalmente líquidos y volátiles que se utilizan para la limpieza de las superficies a unir del panel y del perfil.

Los productos de pretratamiento se deben especificar considerando el tipo de producto y el material de las superficies sobre las que está prevista su utilización.

Cinta adhesiva de doble cara

La finalidad de esta cinta es doble; por un lado, se utiliza para la sujeción inicial de los paneles de revestimiento hasta el completo curado del adhesivo; y por otro, se utiliza para asegurar el espesor correcto del cordón de adhesivo. La cinta adhesiva se debe especificar por el tipo de material y sus dimensiones

Propiedades mecánicas de un sistema adhesivo

Las propiedades mecánicas de un sistema de adhesivo deben ser definidas por el fabricante.

Esta definición debe basarse en los valores obtenidos mediante ensayo siguiendo las metodologías armonizadas establecidas en los documentos de referencia a nivel europeo para este tipo de sistemas. P.ej. EAD 250005-00-0606 Adhesivos para revestimientos de paredes o el futuro EAD sobre Kits para revestimientos exteriores de fachada adheridos a la subestructura.

Si el sistema de adhesivo de un fabricante dispone del ETE (Evaluación Técnica Europea), todos los datos necesarios para el cálculo vendrán recogidos en dicho documento ETE.

Es muy importante tener en cuenta que los valores de diseño que normalmente definen los fabricantes son valores basados en la premisa de que el fallo de la unión adhesiva se produce por cohesión del adhesivo y nunca por adherencia entre el adhesivo y la superficie del panel o perfil. Es por este motivo que la imprimación del sistema de adhesivo tiene un papel fundamental en el comportamiento final de la unión adhesiva.

Para asegurar la adherencia, los fabricantes realizan ensayos de pelado (peel-test) sobre cada una de las superficies sobre las que se prevea la utilización del adhesivo.

Cálculo de la unión adhesiva en sistemas de revestimiento de fachada ventilada

Para realizar el cálculo de la unión adhesiva en sistemas de revestimiento de fachada ventilada debe comprobarse que la unión adhesiva resiste las siguientes acciones:

  • Peso propio
  • Viento
  • Acciones debidas a condiciones ambientales

Acción de peso propio

En cada proyecto debe justificarse mediante cálculo que la unión adhesiva resiste la acción de peso propio de los paneles de revestimiento que se consideren.

El valor límite de diseño que se debe considerar en los cálculos es el valor de diseño de resistencia a cortante (τdes) definido por el fabricante, valor que debe ser comprobado a partir de los resultados de los ensayos de resistencia a cortante de la unión adhesiva a carga estática indicados en los procedimientos armonizados a nivel europeo.

Para los cálculos pueden utilizarse las siguientes ecuaciones en función de si el valor que se quiera determinar es

  • el peso máximo admisible (ec.1)
ecuacion 1
  • el ancho mínimo de cordón (ec.2).
ecuacion 2
Donde:
  • Qpp (en kg/m2) = peso propio del panel.
  • bmin (en mm) = ancho mínimo del cordón.
  • bcort (en mm) = ancho debido a la acción de cortante sobre el cordón.
  • τcal (en MPa) = valor de cálculo de la resistencia permanente a cortante.
ecuacion 3

(ec.3)

  • τdes (en MPa) = valor de diseño de la resistencia permanente a cortante definida por el fabricante.
  • γt = factor de reducción en función de la temperatura de uso prevista. Dato que debe ser definido por el fabricante o establecido a partir de los valores de los ensayos según los procedimientos establecidos a nivel europeo.
  • γage = factor de reducción por otras condiciones de envejecimiento (fatiga, hielo-deshielo, etc). Dato que debe ser definido por el fabricante o establecido a partir de los valores de los ensayos según los procedimientos establecidos a nivel europeo.
  • Nb = número de líneas totales de cordones por panel. Es importante tener en cuenta que cada perfil puede incluir una o dos líneas de cordón de adhesivo.
  • Lclad (en mm) = longitud del panel. Dimensión perpendicular a las líneas de cordones.
  • γ1 = factor de reducción por adherencia efectiva
ecuacion 4

(ec.4)

  • heff (en mm) = longitud de cordón aplicado.
  • Hclad (en mm) = ancho del panel. Dimensión paralela a las líneas de cordones.
  • γpp = coeficiente de mayoración de la acción del peso propio. Según el DB SE del CTE; γpp = 1,35.

Acción del viento

En cada proyecto debe justificarse mediante cálculo que la unión adhesiva resiste la acción de succión de viento ejercida sobre los paneles de revestimiento que se consideren.

El valor límite de diseño que se debe considerar en los cálculos es el valor de diseño de resistencia a tracción (σdes) definido por el fabricante, valor que debe ser comprobado a partir de los resultados de los ensayos de resistencia a tracción de la unión adhesiva indicados en los procedimientos armonizados a nivel europeo.

Para los cálculos pueden utilizarse las siguientes ecuaciones en función de si el valor que se quiera determinar es:

  • la acción máxima a succión admisible, para:
    • la situación con dos perfiles por panel (véase la figura 4.1a) o de perfiles extremos (ec.5a)
    • la situación con tres o más perfiles por panel (véase la figura 4.1b) (ec.5c)
ecuacion 5 a b y c
  • el ancho mínimo de cordón, para:
    • la situación con dos perfiles por panel (véase la figura 4.1a)o de perfiles extremos (ec.6a)
    • la situación con tres o más perfiles por panel (véase la figura 4.1b) (ec.6c)
ecuacion 6 a b y c

Donde:

  • Qe (en kN/m2) = succión de viento
  • Kext o Kint = constante en función del número de perfiles (véase la tabla 4.1)
tabla numero de perfiles
Tabla 4.1
  • bmin (en mm) = ancho mínimo del cordón.
  • btens (en mm) = ancho debido a la acción de tensión sobre el cordón.
  • σcal (en MPa) = valor de cálculo de la resistencia a tracción:
ecuacion 7


  • σdes (en MPa) = valor de diseño de la resistencia a tracción definida por el fabricante
  • γt = factor de reducción en función de la temperatura de uso prevista. Dato que debe ser definido por el fabricante o establecido a partir de los valores de los ensayos según los procedimientos establecidos a nivel europeo.
  • γage = factor de reducción por otras condiciones de envejecimiento (fatiga, hielo-deshielo, etc). Dato que debe ser definido por el fabricante o establecido a partir de los valores de los ensayos según los procedimientos establecidos a nivel europeo.
  • nb-ext = número de líneas de cordones por perfil extremo.
  • nb-int = número de líneas de cordones por perfil intermedio.
  • lp (en mm) = distancia entre perfiles verticales.
  • lext (en mm) = distancia entre el perfil extremo y el borde del panel. Dimensión perpendicular a las líneas de cordones.
  • γ1 = factor de reducción por adherencia efectiva (véase la ec.4).
  • heff (en mm) = longitud de cordón aplicado.
  • Hclad (en mm) = ancho del panel. Dimensión paralela a las líneas de cordones.
  • γQ = coeficiente de mayoración de la acción de viento. Según el DB SE del CTE; γQ = 1,50.

Figura 4.1: Posibles configuraciones de cordones de adhesivo y perfiles verticales por panel

figura 4 1 a dos periles por panel
figuras 4 1 a b
figuras 4 1 d y e

Comprobación para combinación de la acción de peso y viento

La combinación de la acción del peso propio y viento se comprueba a partir de los datos de ancho de cordón mínimo obtenido de las ecuaciones ec.2 y ec.6c.

ecuacion 8

(ec.8)

Acciones debidas a condiciones ambientales

Las variaciones ambientales de temperatura y humedad (humedad relativa o por la lluvia), pueden producir movimientos diferenciales en los paneles de revestimiento y los perfiles verticales que deben ser absorbidos por el desplazamiento a cortante de la unión adhesiva.

El valor límite de diseño que se debe considerar en los cálculos depende del valor definido por el fabricante (ds,des o ds,C_lim a partir de pruebas de cortante, o ΔLt,des, a partir de pruebas de tracción), valor que debe ser comprobado a partir de los resultados de resistencia a cortante de la unión adhesiva a carga estática indicados en los procedimientos armonizados a nivel europeo.

Para el cálculo del desplazamiento puede utilizarse la siguiente ecuación (ec.9a)1

ecuacion 9a

(ec.9a)


El valor de “ds,des” se puede obtener por alguno de los siguientes métodos:

  • Método 1: considerando ensayos de resistencia a cortante bajo carga uniformemente aplicada2
ecuacion 9b

(ec.9b)

  • Método 2: considerando movimientos por trigonometría
ecuacion 9c

(ec.9c)

Donde:

  • ds (en mm) = valor límite de desplazamiento absoluto del adhesivo.
  • ds,des (en mm) = valor de diseño del desplazamiento a cortante del adhesivo. Valor que debe ser proporcionado por el fabricante del adhesivo.
  • ds,C_lim (en mm) = valor del desplazamiento en el límite elástico a cortante. Valor que se puede obtener del ensayo a cortante bajo carga uniformemente aplicada cuando “ds,des” no ha sido definido o proporcionado por el fabricante del adhesivo.
  • ΔLv (en mm) = movimiento diferencial vertical.
  • ΔLh (en mm) = movimiento diferencial horizontal.
  • ΔLt,des (en mm) = valor de diseño de la deformación a tracción del adhesivo. Valor que debe ser proporcionado por el fabricante del adhesivo.
  • t (en mm) = espesor del cordón de adhesivo.

Los movimientos diferenciales ΔLv y ΔLh dependen de los valores de expansión térmica lineal de los paneles de revestimiento y de los perfiles verticales, así como, de la variación dimensional por cambios en la humedad relativa ambiental para determinados materiales de paneles de revestimiento (p.ej. laminados HPL, piedra aglomerada, etc.)

ΔLv = | ΔLvTa + ΔLv,RH | (ec.10a)

ΔLh = | ΔLhTa + ΔLh,RH | (ec.10b)

Nota: Signo positivo (+) indica el peor caso, movimientos en sentidos opuestos. Signo negativo (-) indica el mejor caso, movimientos en el mismo sentido.

En el caso de la expansión térmica lineal, los movimientos diferenciales se pueden calcular según se indica en las siguientes
ecuaciones:

ecuaciones expansion termica

Nota: Signo negativo (-), movimientos en el mismo sentido, en ambos casos debidos a la temperatura.

Donde:

  • Lclad (en mm) = longitud del panel. Dimensión perpendicular a las líneas de cordones.
  • Hclad (en mm) = ancho del panel. Dimensión paralela a las líneas de cordones.
  • αclad (en mm/(mm · ºC) = coeficiente de expansión térmica lineal del panel de revestimiento.
  • αp (en mm/(mm · ºC) = coeficiente de expansión térmica lineal del perfil.
  • αw (en mm/(mm · ºC) = coeficiente de expansión térmica lineal del muro soporte.
  • ΔTclad (en ºC) = diferencia de temperatura del panel de revestimiento.

ΔTclad = T0,clad – T1,clad (ec.12)

ΔTp (en ºC) = diferencia de temperatura del perfil

ΔTp = T0,p – T1,p (ec.13)

ΔTw (en ºC) = diferencia de temperatura del muro soporte.

ΔTw = T0,w – T1,w (ec.14)

  • T0,i (en ºC) = temperatura en el panel, perfil o muro cuando el adhesivo es aplicado. Como referencia se puede considerar, T0,i = 10 ºC, temperatura de montaje según el apartado 3.4.2 del DB SE-AE del CTE.
  • T1,i (en ºC) = temperatura en servicio del panel, perfil o muro. Como referencia se pueden considerar los criterios indicados en el apartado 3.4.2 del DB SE-AE del CTE.

En el caso de los movimientos del panel debidos a la variación dimensional por cambios en la humedad relativa ambiental, los
movimientos diferenciales se pueden calcular según se indica en las siguientes ecuaciones:

ecuaciones movimientos diferenciales

Donde:

  • VDv (en mm/m) = variación dimensional transversal del panel debida a la humedad.
  • Hclad (en m) = ancho del panel. Dimensión paralela a las líneas de cordones.
  • VDh (en mm/m) = variación dimensional longitudinal del panel debida a la humedad.
  • Lclad (en m) = longitud del panel. Dimensión perpendicular a las líneas de cordones.
  • Dependiendo del diseño final de sistema de revestimiento exterior, algunos movimientos pueden despreciarse. P.ej. el movimiento horizontal del muro soporte cuando éste incorpora juntas de dilatación

El documento original incluye una serie de Anexos con ejemplos de cálculo de la unión adhesiva en la página del ITEC

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