Ciencia de la construcción

Diseño de bordes en metal zonas de pared 4 y 5

Por James R Kirby

17 de febrero de 2022

Edge metal

Mantener el agua fuera de un edificio es, sin dudas, la función principal de un sistema de techo. Pero se podría decir que garantizar que el techo de un edificio permanezca en su lugar ante vientos fuertes es igualmente importante. Seamos realistas, sin un techo, ¡es difícil que el agua se quede afuera! Este blog echa un vistazo a uno de los subconjuntos del diseño eólico para los sistemas de techo: las zonas de pared 4 y 5 y su relación con los perímetros del techo.

Introducción

Por lo general, los arquitectos, especificadores y diseñadores de sistemas de techos se enfocan en la capacidad de resistencia a vientos fuertes del sistema de techo en sí. La resistencia al viento de los bordes perimetrales y parapetos podría no ser una prioridad, especialmente debido a la enorme cantidad de listas de aprobación de sistemas de techos que pueden encontrarse en DORA, FM y UL. Sin embargo, los perímetros de los techos y las áreas de las esquinas son más vulnerables a los vientos fuertes, y los bordes perimetrales de metal y mojinetes son parte de la primera línea de defensa. Los códigos ahora incluyen pruebas de sistema y diseño para viento de bordes de metal y mojinetes. Asimismo, FM acaba de actualizar (a fines de 2021) la calculadora de clasificación contra vientos de RoofNav para incluir la imposta, los mojinetes y las canaletas.

Bordes de metal y mojinetes

El término 'borde de metal' abarca tres formas básicas que se utilizan en el perímetro de un techo: metal con forma de L, metal de tope para grava y mojinetes para parapetos. Las figuras a continuación muestran formas genéricas que, a menudo, son fabricadas por contratistas. Además, existen muchos fabricantes que suministran bordes de metal. Algunas de las formas fabricadas son similares a las que se muestran a continuación. Sin embargo, algunas se diferencian un poco y otras se extruyen para lograr formas más singulares.

Gráfico adaptado de National Roofing Contractors Association

Aquí se muestran algunos ejemplos de detalles de metal de GAF:

El acero y el aluminio son materiales comunes que se utilizan para formas de bordes de metal y mojinetes. Algunos son galvanizados; otros se pintan. Los espesores comúnmente utilizados varían entre calibre 20 y 24 en el acero, y entre 0.032" y 0.040" en el aluminio. Por lo general, el listón continuo tiene un grado más de espesor que el borde de metal y mojinete.

¿Por qué es importante diseñar los bordes de metal teniendo en cuenta el viento?

La industria de techos ha estado investigando los eventos de vientos fuertes, principalmente a través de un grupo denominado Roofing Industry Committee on Weather Issues (RICOWI). El RICOWI se fundó en 1990 y ha publicado numerosos informes basados en investigaciones posteriores a eventos de viento sobre daños causados por huracanes. El informe más reciente del RICOWI, publicado el 19 de noviembre de 2019, abarca su investigación de los daños causados por el huracán Michael. El RICOWI ha publicado cinco informes que han abarcado sus investigaciones de 6 huracanes, desde 2004.

Una de las conclusiones más contundentes en los 5 informes de investigaciones posteriores a eventos afirma que la mayoría de los daños localizados en el techo y los fallos de sistemas de techo a causa de vientos fuertes suele comenzar en perímetros y esquinas. Esto no sorprende, porque las cargas más altas de vientos se dan en los perímetros y las esquinas de los techos. Este blog acerca del diseño contra vientos y la norma ASCE-16, entre otros temas, analiza el proceso y los factores usados para determinar las cargas de vientos, y proporciona más información acerca de la disposición de zonas de techos.





Los daños localizados en el techo y los fallos de sistemas de techo a causa de vientos fuertes suelen comenzar en perímetros y esquinas.

Si no se reconoce la importancia del diseño de bordes de metal en relación con el desempeño general contra vientos de un sistema de techo, es posible que se realicen instalaciones de bordes de metal sin la capacidad de resistencia a vientos adecuada. Esto podría generar daños localizados y/o fallas en el sistema, incluso cuando el sistema de techo (es decir, la cubierta, el aislante, la membrana) tiene un diseño adecuado para soportar cargas de vientos.

La siguiente información está prevista para complementar los conceptos de diseño contra vientos que se analizaron en el blog anterior de GAF acerca del diseño contra vientos y ASCE 7-16.

Zonas de techos y paredes

El diseño para resistir el viento de los bordes y mojinetes metálicos incluye un componente hacia arriba y otro hacia afuera, a diferencia del sistema de techo principal, que solo incluye un componente hacia arriba (la sección de pruebas de bordes de metal de este blog tiene más información sobre ese tema). ASCE 7 se refiere a las presiones hacia afuera ejercidas sobre bordes de metal y mojinetes como zonas de pared 4 y 5. La zona de pared 4 está correlacionada y alineada con la zona de techo 2 (las zonas perimetrales), y la zona de pared 5 está alineada con la zona de techo 3 (las zonas de esquinas). La figura muestra un ejemplo de zonas de techo y pared de un edificio. Estudios de caso de este blog proporcionan información más específica relacionada con la figura que aparece a continuación.

Roof and Wall Zone

¿Qué indican los códigos?

El Código Internacional de Construcción (IBC) incluye requisitos para determinar la capacidad de resistencia a vientos de bordes de metal y mojinetes. Este requisito se incluye desde la versión de 2003 del IBC. Dicho de otra manera, los bordes de metal y mojinetes deben tener una resistencia a vientos superiores a las presiones de vientos de diseño. Este concepto es igual al del diseño contra vientos del sistema de techo principal, según el cual la capacidad del sistema debe ser superior a las cargas anticipadas.

En el capítulo 15, sección 1504.5 del IBC de 2015, se incluyen requisitos para determinar la capacidad de bordes de metal y mojinetes.

"1504.5 Aseguramiento de bordes para techos de pendiente baja. El aseguramiento de bordes de metal de sistemas de techo multimembrana de pendiente baja, de betún modificado y de una sola capa, salvo las canaletas, se diseñará e instalará para soportar cargas de vientos de conformidad con el capítulo 16 y se probará su resistencia de acuerdo con los métodos de prueba RE-1, RE-2 y RE-3 de ANSI/SPRI ES-1, salvo por la velocidad del viento Vu1t , que se determinará en función de la figura 1609A, 1609B o 1609C, según corresponda".

El capítulo 16 del IBC incluye de forma indirecta requisitos para determinar las cargas de viento que actúan sobre bordes de metal y mojinetes. En la sección 1609.1 Aplicaciones, el IBC afirma que "los edificios, las estructuras y sus partes se diseñarán para soportar las cargas de vientos mínimas…". Las "partes" comprenden los bordes de metal y los mojinetes. Para cumplir el requisito en el capítulo 15 de diseño e instalación de bordes de metal y mojinetes, deben determinarse las presiones hacia afuera de las zonas de pared 4 y 5.

Cabe destacar que el alcance del método de prueba ANSI/SPRI ES-1 no incluye canaletas y, por ese motivo, las canaletas se excluyen específicamente en el texto del código hasta el año 2018. Sin embargo, SPRI, en 2016, publicó la norma de prueba ANSI/SPRI GT-1 para canaletas, que se incluyó por primera vez en los códigos modelos en el IBC de 2021.

Pruebas de bordes de metal

Por lo general, la responsabilidad de determinar las presiones de viento de diseño (en pulgadas por pie cuadrado) para las zonas de pared 4 y 5 recae generalmente en el profesional de diseño, como el arquitecto o el ingeniero estructural. Por otro lado, por lo general, la responsabilidad de determinar la capacidad de los bordes de metal y mojinetes recae sobre el fabricante, que puede ser una compañía o un contratista de techado que fabrica sus propios bordes de metal, mojinetes, y sujetadores y listones.

El IBC señala específicamente a la norma de prueba ANSI SPRI ES-1 para sistemas de bordes usados en techos de pendiente baja como método de prueba que debe usarse para determinar la capacidad de bordes de metal y mojinetes. ES-1 incluye tres (3) métodos de prueba (RE-1, RE-2, RE-3), cada uno para una condición de borde distinta.

  • El método de prueba RE-1 es para 'sistemas de membranas para techos terminados de forma dependiente'. En esencia, se considera que una membrana acoplada mecánicamente o con lastre está terminada de forma dependiente si no se incluyen un "tope de pelado" o una fila de sujetadores dentro de 12" del borde del techo. Sin un tope de pelado o una fila de sujetadores cerca del borde del techo, el borde de metal actúa como acoplamiento mecánico del perímetro de la membrana. (La figura RE-1 a continuación está rotada 115 grados en el sentido de las agujas del reloj para mostrar la configuración probada del borde de metal. ES-1 presupone que una membrana de acoplamiento mecánico o con lastre aleteará y aplicará carga al borde de metal a 25 grados. La configuración rotada se adapta a una carga colgante).

  • El método de prueba RE-2 es esencialmente para todos los tipos de bordes de metal, siempre y cuando el "componente horizontal" tenga 4" de ancho o menos.

  • El método de prueba RE-3 es para mojinetes, y el RE-3 incluye dos pruebas. Una prueba incluye una carga hacia arriba y una carga 'frontal'; la segunda prueba incluye una carga hacia arriba y una carga 'trasera'.

La capacidad de resistencia a vientos de los bordes de metal y mojinetes se expresa en "pulgadas por pie cuadrado" (psf). Esto es adecuado porque las presiones de viento de diseño también se expresan en valores de psf, lo que simplifica la comparación de las presiones de viento de diseño con la capacidad de resistencia a vientos.

Dónde encontrar listas de aprobación para bordes de metal

De manera similar a las listas de aprobación para sistemas de techos, existen listas de aprobación para bordes de metal y mojinetes. Las listas de aprobación se encuentran en RoofNav de FM y Product IQ de UL. Para ambas, se requiere una cuenta (gratis). Además, la NRCA tiene listas de aprobación para bordes de metal y mojinetes fabricados por contratistas que se incluyen en Product IQ de UL y el Directorio de Productos para la Construcción de Intertek.

UL

Conocer el número de control de categoría de UL es fundamental para explorar Product IQ de UL. Para los bordes de metal y mojinetes, el número de control de categoría de UL es "TGJZ". Después de iniciar sesión, al efectuar una búsqueda de "TGJZ", se obtiene una lista de los fabricantes que tienen listas de aprobación de UL. Al hacer clic en las listas de aprobación de GAF, los usuarios pueden encontrar con facilidad sistemas de bordes de techos aptos, de metal, para el uso con sistemas de techos de pendiente baja.

Dentro de la categoría TGJZ de UL, GAF cuenta con 16 productos de bordes de metal clasificados mediante el método de prueba RE-2 y 8 productos de mojinetes clasificados mediante el método de prueba RE-3. Por ejemplo (como se muestra en el elemento 3 en la captura de pantalla arriba), la imposta B con tope para grava MB M-Weld de GAF hecha con aluminio tiene una clasificación de "190 psf". Eso significa que el producto puede utilizarse cuando las presiones de viento de diseño, que incluyen un factor de seguridad, para las zonas de pared 4 y 5 son inferiores o iguales a 190 psf.

RoofNav de FM

Dentro de RoofNav, las listas de aprobación para bordes de metal y mojinetes pueden encontrarse en la "Búsqueda de productos", en la categoría "Tapajuntas". Lo más probable es que los usuarios de RoofNav estén familiarizados con la función "Búsqueda de sistema" que se utiliza regularmente para localizar sistemas de techos sobre la base de su clasificación de resistencia a vientos fuertes.

La búsqueda puede refinarse aún más dentro de "Subcategoría", al seleccionar Junta de dilatación, Canaleta o Tapajuntas perimetral.

Actualmente, GAF cuenta con 59 productos aprobados en la lista de RoofNav: 12 para mojinetes, 41 para impostas y 6 para canaletas. Una captura de pantalla de RoofNav muestra los primeros 20 productos de GAF.

Al analizar en detalle la lista, la imposta EverGuard EZ AR - Acero proporciona información detallada acerca del producto en sí y de los requisitos de instalación. Como se muestra a continuación, la lista incluye múltiples clasificaciones (es decir, capacidades de resistencia a vientos fuertes) sobre la base del tipo de material y el grosor, y de la altura del frente.

Si bien la lista es para una imposta de acero, también se muestra una imposta de aluminio en la información detallada. Es importante tener en cuenta que el cuadro con la información detallada de la lista de "acero" es el mismo cuadro que también está disponible para la imposta EverGuard EZ AR - Aluminio. Por lo tanto, para diseñadores y especificadores es prudente proporcionar información en la especificación con el fin de evitar una mala comunicación del uso previsto del producto.

Toma nota del material y calibre del "retén" (es decir, el listón continuo). El listón continuo debe ser de aluminio 0.50, independientemente del tipo de material de imposta para esta lista. Debido a que la resistencia del listón es un factor importante para la capacidad de resistencia a vientos fuertes general del borde de metal (o mojinete), incrementar el grosor del listón constituye un método efectivo para mejorar el rendimiento.

RoofNav de FM y aseguramiento de bordes

El 28 de octubre de 2021, FM anunció en su sitio web que "la calculadora de clasificaciones de vientos había sido actualizada para indicar clasificaciones de tapajuntas independientes para techos". El área resaltada en rojo muestra la capacidad requerida para impostas, mojinetes y canaletas.

Al comparar las clasificaciones de aprobación de resistencia contra vientos fuertes mínimas necesarias (1-75, 1-90) con las clasificaciones de perímetros y esquinas de la imposta EverGuard EZ, se muestra que cada tipo de producto facilita la capacidad requerida y, en la mayoría de los casos, la capacidad requerida supera en gran medida la clasificación requerida.

Vía de carga

Los 3 métodos de prueba incluidos en la norma ANSI/SPRI ES-1 determinan la capacidad de resistencia a vientos del borde de metal acoplado a un sustrato. En otras palabras, la capacidad medida (clasificación) es la del borde de metal o mojinete acoplados al bloqueo de madera; las pruebas no miden la capacidad del acoplamiento del bloqueo de madera a ningún sustrato. La National Roofing Contractors Association brinda información sobre este tema. El manual de techos de la NRCA: Sistemas de techos de membrana-2019, en la página 289, indica lo siguiente:

"Listones para clavar y bloqueos de madera: muchas de los detalles de construcciones ilustrados en este manual muestran listones para clavar y bloqueos de madera en bordes de techos y otros puntos de la terminación de techos. Los listones para clavar de madera deben estar sujetados de manera adecuada al sustrato debajo para resistir cargas de vientos fuertes. Esto es especialmente importante en mojinetes/paredes de parapeto y bordes de techos en los que se sujetan formas de metal para bordes en bloqueos de madera.

Entre otras ventajas, los listones para clavar facilitan protección para los bordes de aislante de tablero rígido y proporcionan un sustrato para anclar materiales de tapajuntas. Los listones para clavar de madera deben tener, como mínimo, 2 x 6 de dimensión nominal. Para proporcionar una base adecuada, los listones para clavar deben acoplarse de forma segura en una cubierta de techo, pared y/o armazón estructural. En el diseño de detalles específicos de un proyecto, los diseñadores deben describir e indicar con claridad la manera en la que deben incorporarse listones para clavar y/o bloqueos de madera en los detalles de construcción. Los diseñadores deben especificar el medio de acoplamiento, así como el esquema de sujeción de todos los listones para clavar y bloqueos de madera".

Para ese fin, la Hoja de datos de prevención de pérdidas materiales de FM Global 1-49, Tapajuntas de perímetros, proporciona diversas recomendaciones para anclar bloqueos de madera a diversos tipos de paredes y armazones estructurales. Un ejemplo de una intersección de techo-pared muestra el listón para clavar inferior acoplado en las vigas de celosía para asegurar una vía de carga adecuada.

Resumen

Los arquitectos, especificadores y diseñadores de sistemas de techos deben determinar las cargas de vientos de conformidad con los códigos (siempre consulta los requisitos locales específicos), no solo para el sistema de techo primario, sino también para los bordes de metal y mojinetes. Los fabricantes son responsables de determinar la capacidad de resistencia a vientos fuertes de sus bordes de metal y mojinetes, así como de sus sistemas de techo primarios.

Debido a los requisitos relativamente nuevos en el IBC respecto de aseguramiento de bordes, los diseñadores, consultores y especificadores deben familiarizarse con las listas de aprobación de UL y FM en relación con bordes de metal y mojinetes. Los fabricantes de bordes de metal y mojinetes pueden ayudar a los diseñadores con una selección de aseguramiento de bordes.

Acerca del autor

James R. Kirby, miembro de American Institute of Architects (Instituto Estadounidense de Arquitectos, AIA) es un arquitecto especializado en la en ciencia de la Construcción y Techado. Jim tiene una maestría en Estructuras Arquitectónicas y es arquitecto con licencia. Tiene más de 25 años de experiencia en la industria de los techos por haber trabajado en sistemas de techos con baja pendiente, sistemas de techos con pendiente escarpada, sistemas de techos con paneles de metal, sistemas de techo con espuma de poliuretano en spray, cubiertas vegetales para techos y sistemas fotovoltaicos para techos. Sabe cuáles son los efectos del calor, del aire y de la difusión de la humedad en los sistemas de techos. Jim presenta a arquitectos, consultores y propietarios de edificios información relativa a la ciencia detrás de la construcción y del techado; además, escribe artículos y blogs para propietarios de edificios, gerentes de instalaciones e industria de los techos. Kirby es miembro del American Institute of Architects (Instituto Estadounidense de Arquitectos, AIA), ASTM, ICC, MRCA, NRCA, RCI y USGBC.

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