Ciencia de la construcción

Cómo los sistemas termoplásticos resisten los impactos de las bolas de hielo

Por Thomas J Taylor

21 de junio de 2016

Two hands outstretched holding hail

Los daños causados por granizo ocurren en muchas regiones de Estados Unidos y son más comunes durante los meses de verano, lo que podría parecerte extraño. Los motivos por los que el granizo es común en el verano y tiene esa apariencia son interesantes.

  • En el verano, hay mucha más energía en la atmósfera, lo cual se traduce en nubes más grandes y densas.
  • Dentro de las nubes más grandes, las cumulonimbus, con corrientes de aire ascendentes grandes, elevan las gotas de agua hacia las partes más frías de la nube donde se congelan.
  • Esas bolas de hielo luego vuelven a subir, y cada vez incorporan una nueva capa de hielo. En algún momento, se tornan tan pesadas para poder elevarse que caen a la tierra.
  • A veces, las bolas de hielo son tan pequeñas que caen y se elevan dentro de una nube, chocan y se adhieren entre sí.
  • Cuando observes granizo voluminoso y deforme, significa que muchas bolas de hielo más pequeñas se adhirieron entre sí. Además, si cortaras un granizo, verías los aros que indican cuántas veces la bola de nieve se elevó y descendió dentro de la nube.
  • Las piedras de granizo pueden medir entre 0.2 y 6 pulgadas. Las más grandes pueden caer con una rapidez de 100 mph y ocasionar daños importantes.

La Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica, NOAA, estima que el 97 % del granizo tiene 'â§ 2 pulgadas de diámetro. Informa que 10 estados componen el 54 % del granizo con un tamaño mayor que 2 pulgadas y publicó el siguiente mapa: Hail.activity

El daño a las propiedades incluye el recubrimiento y el techo; pero, debido a que el granizo es tan variable, todavía no se pudo predecir la resistencia del granizo al producto. En GAF, calificamos la resistencia al impacto de las bolas de hielo de los sistemas de una sola capa con un lanzador de bolas de hielo que fabricamos.

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El lanzador de bolas de hielo de 2 pulgadas de diámetro las lanza hacia abajo sobre una plataforma base de 12 x 12 pulgadas.

Las bolas de hielo se disparan sobre una cubierta del techo de 12" x 12" simulada, que normalmente consta de una membrana, un tablero para cubierta, si se incluye, y poliisocianurato de 2 pulgadas, todo por encima de una placa de madera contrachapada de ¬Ω pulgadas. Se realizan dos disparos sobre el mismo punto y luego se evalúa la plataforma base. Después de llevar a cabo esta prueba, llegamos a una conclusión inicial muy clara:

  • Los tiros directos sobre un sujetador siempre perforaban la membrana. Este fue el caso tanto de los sujetadores de membrana como de los aislantes.

  • Los golpes sobre la superficie de la membrana, sobre el aislante de poliisocianurato común, ocasionaron que se abollara la placa. No obstante, la membrana no se perforó.

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El impacto de las bolas de hielo sobre los sujetadores siempre perforó la membrana. De izquierda a derecha: daño en aumento, desde una rajadura del tamaño de un cabello hasta una perforación total.

La abolladura de la membrana sobre el poliisocianurato nos hizo pensar en el daño al sustrato de la membrana después del impacto de la bola de hielo. Después de dos impactos sobre la superficie de TPO, esto es lo que sucedió a la capa inferior:

  • Poliisocianurato sin tablero para cubierta: la placa de papel de poliisocianurato y la espuma se aplastaron con una profundidad de aproximadamente ¬Ω-pulgada.

  • Tablero de yeso: el núcleo del tablero se redujo a polvo. La placa inferior del tablero se rajó.
  • Poliisocianurato de alta densidad: en el núcleo del tablero se observaron algunas grietas y se descascaró la placa.

Por lo tanto, pasamos a la mejor pregunta: ¿se puede fabricar un sistema para evitar sufrir daños por el impacto de las bolas de hielo? Después de observar las combinaciones de cubierta protectora, adhesivos y vellón flexible en comparación con una membrana lisa, hicimos las siguientes observaciones generales.

  • Grosor de la membrana: los datos para los sistemas totalmente adheridos sustentan el argumento de que una membrana más gruesa es mejor.
  • Respaldo de vellón flexible: la presencia del vellón ayudó notablemente a reducir el daño de los tableros. Además, el vellón más pesado otorgó la máxima protección a cualquier tablero para cubierta.
  • Tipo de adhesivo: no se observaron diferencias entre los adhesivos a base de agua y de solvente. No obstante, la espuma de baja densidad pareció absorber la energía del impacto lo suficiente para que los núcleos de los tableros para cubierta no se dañaran.
  • Tipo de tablero para cubierta: aparentemente, el tablero para cubierta de yeso sufrió daños notables en el tablero después del impacto. En el tablero de poliisocianurato de alta densidad se observaron daños en ciertos casos, pero no en todos. En particular, el vellón más pesado, la membrana más gruesa y el uso de espuma de baja densidad, simple o combinada, no produjeron daños al núcleo del tablero de alta densidad.

Al final del estudio, aparentemente, los siguientes sistemas minimizaron el daño por el impacto de las bolas de hielo.

  • membrana con vellón en el reverso de 60 mil y el adhesivo de espuma de 2 partes sobre el tablero para cubierta de poliisocianurato adherido;

  • membrana con reverso de vellón de 80 mil con algún tipo de adhesivo sobre el tablero para cubierta con poliisocianurato adherido.

Volviendo a la descripción inicial del granizo real, es evidente que predecir la resistencia al granizo todavía es posible. No obstante, este estudio puede funcionar como guía para clasificar los diversos sistemas y membranas. Lee más acerca de las pruebas de impactos de bolas de hielo en la edición de junio de 2016 de Professional Roofing.

Acerca del autor

Thomas J Taylor, PhD trabaja para GAF como asesor de Ciencias de la Construcción y Techado. Tom tiene más de 20 años de experiencia en la industria de productos para la construcción y durante todo ese tiempo ha trabajado para compañías de fabricación. Obtuvo su PhD en Química en la Universidad de Salford, Inglaterra, y tiene aproximadamente 35 patentes. El enfoque principal de Tom en GAF es el diseño del sistema de techos y la reducción del consumo energético en las construcciones. Bajo la guía de Tom, GAF ha desarrollado la TPO con una resistencia inigualable a los factores climáticos.

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