Por Stephen Knight, Gerente de Ingeniería, McElroy Metal
El concepto de prueba de productos se originó en 1894, cuando se encargó a William Henry Merrill que evaluara el riesgo en el World's Fair Palace of Electricity. Para determinar y mitigar el riesgo, Merrill consideró necesario realizar pruebas en varios materiales de construcción.
Siendo el brillante caballero que era, después de completar sus esfuerzos en la Feria Mundial, decidió quedarse en Chicago y fundó Underwriters Laboratories, a menudo denominado simplemente UL. Avance rápido más de 125 años y la prueba de materiales de construcción se ha convertido en una práctica estándar en la industria de la construcción.
Si bien los conceptos básicos de las pruebas utilizados por Merrill hace más de un siglo permanecen, las técnicas y los productos en el campo de las pruebas han evolucionado mucho. Gracias a las mejoras en el diseño y el producto, ahora se alcanzan valores de prueba que antes eran inconcebibles.
Los jugadores en el paisaje también han cambiado. Si bien UL puede haber sido el fundador en el campo de las pruebas, ahora tiene varios competidores. Y, a veces, el campo de las pruebas puede parecerse al Salvaje Oeste.
Descripción general de la prueba
Como se mencionó anteriormente, hay varias entidades diferentes que realizan pruebas de productos. Cada grupo puede crear sus propios estándares, procedimientos de prueba y métodos de informes. En consecuencia, muchos estándares de prueba parecen duplicarse entre sí a primera vista; sin embargo, pueden ser muy diferentes.
Por ejemplo, la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM), Underwriter Laboratories y Factory Mutual son tres entidades de prueba populares. Si bien cada uno ofrece su propia forma de prueba de mejora, los enfoques de prueba varían mucho, de ahí la referencia anterior al Salvaje Oeste.
Por estas razones, a menudo es difícil para un consumidor, especificador o laico saber qué estándares de prueba se aplican a su proyecto en particular. Puede ser igualmente difícil (y costoso) para un fabricante proporcionar resultados de prueba para todos los estándares de prueba en las diversas agencias de prueba.
En consecuencia, los fabricantes tienden a completar solo las pruebas más comunes. Cuando un fabricante no ofrece una prueba específica o solicitada, no significa que su producto no pueda funcionar según las expectativas. Más bien, simplemente significa que no han probado con esa entidad en particular y el método de construcción designado.
Además, es importante darse cuenta de que existen docenas de estándares de prueba aplicables a los techos de metal que cubren temas como el rendimiento estructural, la pintura, la reflectividad, la intemperie y la resistencia al fuego. Cuando se los considera en el vacío, quizás todos tengan la misma importancia. Sin embargo, dado que todas las demás pruebas son un punto discutible si el desempeño estructural deficiente permite que las presiones extremas del viento arranquen los paneles del techo, el desempeño estructural tiende a ser el más significativo de todos los tipos de pruebas.
Hay literalmente cientos de diferentes productos para techos de metal y cada uno ofrece un rendimiento de prueba diferente. Algunos paneles ofrecen resultados intermedios, mientras que otros ofrecen fantásticas presiones de elevación. Un concepto erróneo común es que los valores de prueba son la única información necesaria para determinar el rendimiento de un producto en el campo.
La realidad es que los resultados de las pruebas simplemente dan una idea de dónde fallará el producto. Para que los resultados de la prueba sean aplicables, también debe saber hasta qué límite se estresará el producto o qué cargas se aplicarán. Para hacer esto, es imperativo que trabaje con un profesional de diseño calificado que pueda determinar y aplicar con precisión las presiones del viento e interpretar los resultados de las pruebas para el proyecto.
En resumen, al considerar la prueba del panel, es importante recordar que no es necesario sobrediseñar un sistema para cumplir con cargas mayores de lo previsto. De hecho, especificar un panel de alto rendimiento contra el viento en áreas que no experimentan altas presiones de viento no sirve de mucho. De manera similar, es imperativo seleccionar o especificar un panel de rendimiento superior contra el viento en áreas que demuestren altas presiones de viento.
El rendimiento del sistema de techado se rige por la sección 1504 del Código Internacional de Construcción (versión 2021). La Sección 1504 describe cuatro estándares de prueba para techos de metal: ASTM E1592, FM 4474, UL 580 y UL 1897. Echemos un vistazo más de cerca a cada una de esas pruebas.
Pruebas de panel comunes
ASTM E1592
La entidad de prueba para esta prueba es la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM). ASTM publica y mantiene más de 12,000 estándares voluntarios para materiales. No tienen la autoridad para ordenar el uso de sus pruebas; sin embargo, sus estándares a menudo son adoptados por entidades que tienen el poder de ordenar su uso.
Para techos de metal, el Código Internacional de Construcción (IBC) es un ejemplo de un grupo que ha seleccionado las pruebas de ASTM como su estándar y requiere el cumplimiento de sus estándares publicados.
E1592 es probablemente el estándar de levantamiento de viento más aceptado en la industria de techos de metal. La prueba generalmente se realiza bajo la supervisión de un ingeniero profesional. Y aunque no es un requisito general, algunas entidades como Miami-Dade e ICC exigen que las pruebas sean realizadas por un laboratorio acreditado externo.
La prueba ASTM E1592 utiliza una muestra de prueba de diferentes longitudes y condiciones de luz y luego aplica presión de viento para establecer la presión máxima a la que el sistema de paneles puede soportar antes de una falla catastrófica. Esta prueba generalmente se realiza sobre estructuras abiertas y, por lo general, con tramos de entre 1 y 5 pies, aunque se pueden encontrar tramos de hasta 8 pies de ancho.
FM 4474
Factory Mutual o FM Global es una organización de seguros especializada en la gestión de pérdidas. En consecuencia, su modelo de negocio se centra en ayudar a sus clientes a diseñar y construir estructuras para resistir la mayoría de las catástrofes. Si bien este enfoque aumenta el costo inicial de la construcción, permite que FM Global reduzca en gran medida las reclamaciones por daños relacionados con tormentas. FM Global ha establecido protocolos de prueba patentados para resistencia al viento, fuego e impacto, además de otros puntos de falla.
Si bien la organización de ASTM mencionada anteriormente requiere la presencia de un ingeniero con licencia durante el proceso de prueba, permite que la prueba se realice en cualquier instalación, siempre que se cumplan las condiciones de prueba específicas.
Por el contrario, FM Global requiere que todas las pruebas sean realizadas por empleados de FM Global en un laboratorio de FM Global. Como era de esperar, este enfoque conduce a plazos de entrega más largos para las actividades de prueba y da como resultado un costo de prueba mucho más alto.
Además, dado que todas las pruebas deben realizarse en las instalaciones de FM, la competencia directa casi se elimina. En consecuencia, las pruebas de FM Global son mucho más costosas para los fabricantes que otras entidades de prueba. Como resultado, muchos fabricantes han optado por realizar pruebas de FM Global muy limitadas o, en algunos casos, ninguna.
FM 4474 es muy similar a ASTM E1592. Si bien ambas pruebas se realizan hasta fallar, FM 4474 utiliza incrementos crecientes de 15 psf para cada prueba subsiguiente. Entonces, si un panel de metal pasó a 135 psf, la prueba se ejecutaría nuevamente con una presión de 150 psf. Si el material falla antes del valor de 150 psf, el producto recibe una calificación de 1 a 135. Teóricamente, no hay límite para las calificaciones de FM Global; sin embargo, la mayoría de los ensamblajes de techo de metal fallan entre una clasificación de 1-75 y una clasificación de 1-270.
UL 580
Underwriters Laboratories (comúnmente conocido como UL) es una organización de pruebas de propiedad privada. Aunque, como se mencionó anteriormente, su punto de apoyo original en los servicios de prueba era para sistemas eléctricos, han ampliado su alcance a lo largo de los años y ahora ofrecen servicios de prueba para numerosos materiales y productos.
Donde las pruebas de ASTM se pueden realizar en cualquier lugar siempre que haya un ingeniero presente y FM Global requiere que las pruebas se completen en su laboratorio, UL ofrece dos opciones para la ubicación del sitio de prueba. UL permite que las pruebas las realice UL en su laboratorio o un laboratorio independiente con la presencia de un representante de UL.
La prueba UL 580 también se diferencia de las pruebas E1592 y FM 4474 en que utiliza una cámara cerrada de 10' x 10' con un conjunto de techo en el interior. La prueba consiste en aplicar presión en la parte inferior del conjunto del panel mientras que, al mismo tiempo, se aplica succión en la parte superior del conjunto del panel para simular el levantamiento del viento.
Las pruebas UL 580 se realizan en incrementos de 30 psf, 60 psf y 90 psf. También es importante señalar que durante la prueba de etapa de 90 psf, la presión oscila entre 90 psf y 105 psf. Las pruebas que pasan cada fase reciben una clasificación de Clase 15, Clase 30, Clase 60 o Clase 90. La prueba UL 580 se detiene a 90 psf con una presión oscilante de 105 psf, incluso si la muestra de prueba no falla a esa presión.
La prueba UL 580 también utiliza de forma rutinaria un factor de seguridad de 2.0 en el valor de la prueba. Esto significa que un panel que no falló a 90 psf (recuerde que incluye presiones oscilantes de 105 psf), termina con un valor permitido de 52.5 psf. Para utilizar un factor de seguridad de 2.0, simplemente divida el resultado final de la prueba por 2. Es importante tener en cuenta que 52.5 psf es una presión insuficiente para muchas aplicaciones de techado.
UL 1897
Para remediar el límite permitido de 52.5 psf de la prueba UL 580 discutida anteriormente, UL introdujo la prueba UL 1897. UL 1897 generalmente se realiza inmediatamente después de UL 580 y se puede realizar en la misma muestra de prueba. El proceso de prueba es increíblemente similar a UL 580 con la mayor diferencia que radica en el hecho de que las presiones de prueba aumentan más allá de los 90 psf hasta el punto de falla. Determinar dónde falla el sistema de techado permite a los ingenieros aprovechar los límites superiores más altos en sus cálculos de diseño.
Qué hacer cuando el fabricante no ofrece las pruebas requeridas
Como se mencionó anteriormente, el panorama de las pruebas es un poco como el Salvaje Oeste, y el IBC es el sheriff que lo supervisa todo. En consecuencia, si está trabajando en una especificación o con un propietario que requiere ciertas pruebas y el fabricante con el que desea trabajar no las ofrece, tiene algunas opciones:
Consulte con el fabricante para ver si está dispuesto a completar la prueba requerida. Si bien eso parece increíblemente simple, en algunos casos es así de fácil. Por ejemplo, en McElroy Metal realizamos con frecuencia pruebas ASTM en nuestro laboratorio de pruebas interno para condiciones únicas, como el espacio entre correas o los anchos de los paneles, que aún no hemos probado.
Ofrecer una prueba diferente en lugar de la prueba requerida. En algunos casos, un arquitecto puede especificar una determinada prueba como Factory Mutual sin darse cuenta de que la prueba puede tener un costo prohibitivo para los fabricantes. Una vez explicado esto, a menudo se considera aceptable una prueba como la ASTM E1592, que ofrece valores similares. El único punto conflictivo aquí ocurre si el edificio está asegurado por Factory Mutual. En ese caso, casi exclusivamente, FM requerirá que se use su protocolo de prueba para que el propietario del edificio obtenga cobertura de seguro. Cuando eso ocurre, deja pocas opciones al propietario. Simplemente se ven obligados a encontrar un fabricante que ya haya probado el producto o que esté dispuesto a invertir el costo de $50,000 por panel para completar la prueba.
Trabaje con un profesional de diseño para interpretar las pruebas completadas y determine la conformidad del producto con base en la capacidad de carga máxima con fórmulas y ecuaciones. Los paneles fijados expuestos son un buen ejemplo de este enfoque porque la Sección 1504 del Código Internacional de Construcción (IBC) ofrece una excepción para techos de metal estructural conformado en frío. Esta excepción establece que los paneles de sujetadores expuestos no requieren pruebas y, en cambio, deben diseñarse de acuerdo con AISI S-100. Si se encuentra en esta situación, simplemente busque una referencia a AISI S-100 en la tabla de carga de su fabricante o comuníquese con su departamento técnico para preguntar cómo se estableció la capacidad de carga de su sistema.
Resumen
A la madura edad de 25 años, William Henry Merrill fundó el concepto de prueba de productos. Desde entonces, los productos, los métodos de prueba y las agencias de prueba han evolucionado. Y es probable que continúen haciéndolo a medida que pase el tiempo. Para interpretar y aplicar correctamente los resultados de las pruebas, es importante trabajar con un profesional de diseño con licencia. RF
Acerca de McElroy Metal
Desde 1963, McElroy Metal [www.mcelroymetal.com] ha servido a la industria de la construcción con productos de calidad y un excelente servicio al cliente. El fabricante de componentes de propiedad familiar tiene su sede en Bossier City, Louisiana, y cuenta con 13 plantas de fabricación en los Estados Unidos. RF
