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División Ingeniería Estructural y Geotécnica Área Ingeniería Estructural Ensayo dinámico en mesa vibradora para evaluar el desempeño sísmico de muro cortina Sistema Frame 100 con cinta de doble contacto VHB de 3M, con señal modificada en velocidad. 11/11/2013. Rev. 0

INFORME Nº

1117247

ENSAYO DINÁMICO EN MESA VIBRADORA PARA EVALUAR EL DESEMPEÑO SÍSMICO DE MURO CORTINA SISTEMA FRAME 100 CON CINTA DE DOBLE CONTACTO VHB, DE 3M CON SEÑAL MODIFICADA EN

VELOCIDAD.

Para:

3M CHILE S.A.

Preparado por:

DICTUC S.A.

Laboratorio de Ingeniería Estructural

“La información contenida en el presente informe o certificado constituye el resultado de un ensayo, calibración o inspección técnica especificada acotado únicamente a las piezas, partes, instrumentos, patrones o procesos analizados, lo que en ningún caso permite al

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SOLICITANTE : 3M Chile S.A.

RUT : 96.626.000-4

DIRECCIÓN : Avda. Santa Isabel 1001, Providencia, Santiago.

ATENCIÓN : Sr. Cristian Alcota.

TELÉFONO : (56-2) 2410 3000

TRABAJO SOLICITADO : Realización de ensayo dinámico en mesa vibradora para evaluar el desempeño sísmico de un sistema de muro-cortina implementado por la empresa Arquetipo, compuestos por cristales pegados a un marco de aluminio con cinta de doble contacto VHB, de 3M.

1.- INTRODUCCIÓN

El presente informe da a conocer los resultados obtenidos del ensayo dinámico realizado a un sistema de muro-cortina fabricado y proporcionado por Arquetipo, el cual está compuesto por termopaneles adheridos a un marco de aluminio mediante una cinta adhesiva de doble contacto, de marca 3M S.A. y denominada VHB SGT. Las pruebas fueron realizadas el día 21 de agosto de 2013.

Para la realización del ensayo se utilizó un equipo especial o mesa vibradora capaz de someter al muro-cortina a desplazamientos impuestos en términos de una señal en el tiempo. Esta señal se obtuvo de un proceso que implica aplicar registros sísmicos a un modelo computacional de edificio típico, y obtener los desplazamientos promedio del edificio, de lo cual se puede obtener la señal que se introducirá en la mesa vibradora. En este caso particular, dicha señal se modificó adicionalmente a fin de, según requerimientos del mandante, generar desplazamientos en el muro-cortina con velocidades mayores a las naturales de aplicar la señal original.

Los ensayos fueron ejecutados a petición del Sr. Cristian Alcota, en representación de 3M Chile S.A., bajo la aceptación de la propuesta de trabajo LIE–13–140, realizándose en las dependencias del Laboratorio de Ingeniería Estructural de DICTUC S.A. filial de la Pontificia Universidad Católica de Chile.

El informe se divide en: Antecedentes, Ensayos realizados, Resultados obtenidos y Resumen y comentarios. No se presentan antecedentes que acrediten calidad o las características mecánicas del aluminio de los muros-cortina ensayados.

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2.- ANTECEDENTES

El sistema de muro-cortina que ensayado consta de tres módulos conformados cada uno por un marco de aluminio perimetral y un termopanel compuesto por un par de cristales con una cámara de separación entre ellos, y que están pegados al marco de aluminio mediante una cinta adhesiva estructural de la compañía 3M, denominada

VHBTM_{. Estos tres módulos se ubican verticalmente uno a continuación del otro, y en cada lado del conjunto se}

conecta un perfil de aluminio dilatado sellando la estructura. El modulo central es de menor tamaño que los extremos, cual característica tiene como objetivo inicial ajustarse a las dimensiones permitidas por el sistema de ensayo existente en el Laboratorio DICTUC. Este tipo de muro-cortina es denominado por el mandante como Sistema Frame 100.

2.1.- Marco de aluminio perimetral

El sistema compuesto tiene dimensiones aproximadas de 3900 mm de ancho, y 3200 mm de alto. Cada módulo lateral es de dimensiones aproximadas de 3200 x 1500 x 161 mm, y tiene un peso aproximado de 163.5 kgf, y el módulo central es de dimensiones aproximadas de 3200 x 650 x 161 mm, y tiene un peso aproximado de 75 kgf. El marco de aluminio está constituido por secciones que permiten una conexión machihembrada con módulos adyacentes. Los perfiles ubicados en el lado corto (ancho del módulo) poseen formas especiales para generar una conexión con el marco exterior de acero y en los perfiles ubicados en el lado largo (alto del módulo) también poseen formas especiales para generar la conexión con los perfiles de aluminio verticales fijados al marco de acero exterior. En la Figura 2.1.1 se presentan dos vistas en plantas de los perfiles verticales exteriores e interiores. En la Figura 2.1.2 se presenta una vista lateral de los perfiles horizontales y otros detalles del sistema ensayado.

TERMOPANEL

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Figura 2.1.2. Esquema de la geometría de los perfiles horizontales del marco de aluminio.

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En las Fotografías 2.1.1, 2.1.2, 2.3 y 2.1.4 se muestran vistas generales y detalles del marco de aluminio, las secciones de los perfiles y conexiones.

Cabe mencionar que los módulos, y por consiguiente los marcos de aluminio, fueron fabricados y ensamblados en planta, con excepción de los perfiles más exteriores. Además de ello, en el Laboratorio se efectuó el montaje de cada módulo utilizando dos vigas horizontales de acero, tipo cajón, las cuales simulan las losas superior e inferior entre las cuales se encontraría el muro-cortina en una construcción típica. En la parte superior, los módulos se sujetan por su extremo derecho mediante anclajes de acero apernados a la viga-losa y al perfil de aluminio, como el que se muestra en la Figura 2.1.2 y se observa en la Fotografía 2.1.4. El extremo izquierdo de los módulos se encaja en el derecho del módulo contiguo gracias a la geometría de los perfiles de acero. No se proporcionaron mayores detalles acerca de las propiedades de los perfiles de aluminio ni de los anclajes. El proceso de montaje fue ejecutado y supervisado por la empresa Arquetipo.

Fotografía 2.1.1: Vista general de un módulo lateral con el marco

perimetral de aluminio ya adherido mediante la cinta VHB. Fotografía 2.1.2: Vista general del módulo central con el marco perimetral de aluminio ya adherido mediante la cinta VHB.

Fotografía 2.1.3: Detalle de la unión del marco de aluminio, donde

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terminación, los cuales quedan dilatados, o con posibilidad de deslizar verticalmente y así no generar esfuerzos internos producto del juego que el sismo inducirá. Las Fotografías 2.1.5 y 2.1.6 muestran este tipo de perfil dispuesto en los módulos laterales y la dilatación vertical. También está presente en la Figura 2.1.1a.

Fotografía 2.1.5: Vista parcial de un módulo lateral cubierto por un

perfil de aluminio de terminación con una dilatación vertical. Fotografía 2.1.6: Vista parcial de un módulo lateral cubierto por un perfil de aluminio de terminación con una dilatación vertical.

2.2.- Cristales

Los termopaneles que se encuentran pegados al marco de aluminio perimetral están compuestos por dos cristales incoloros con una cámara separadora de 11.5 mm entre ellos. Los cristales laterales son de dimensiones 3200x1500x6 mm, y el central de 3200x650x6 mm. Ambos tipos tienen un sello perimetral de silicona estructural negra. El cristal interior del sistema del termopanel es el que está directamente pegado con la cinta adhesiva de 3M al marco de aluminio. En la Fotografías 2.2.1 y 2.2.2 se muestran dos vistas de esquinas de los módulos donde se ven las superficies de aluminio y cristal del termopanel que están unidas directamente mediante la cinta VHB.

Fotografía 2.2.1: Vista parcial de una esquina del termopanel que

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División Ingeniería Estructural y Geotécnica Área Ingeniería Estructural Ensayo dinámico en mesa vibradora para evaluar el desempeño sísmico de muro cortina Sistema Frame 100 con cinta de doble contacto VHB de 3M, con señal modificada en velocidad. 11/11/2013. Rev. 0 2.3.- Cinta adhesiva 3M

Para unir los cristales a los perfiles de aluminio se utilizó una cinta adhesiva fabricada por la empresa 3M, cuyo

nombre comercial es VHB™_{SGT para muros-cortina. Según información proporcionada por el mandante es una}

cinta de espuma acrílica, doble faz, de celda cerrada que tiene la capacidad de desarrollar una resistencia de adherencia muy alta y excelente poder de retención a largo plazo cuando es adherida al vidrio o metal. Fue desarrollado para reemplazar los sellantes estructurales de silicona en los sistemas de muros cortina.

La metodología y proceso de colocación de la cinta de 3M en los módulos fue realizada fuera de las dependencias de DICTUC, bajo supervisión de personal calificado de 3M. Arquetipo entregó algunos pasos del procedimiento de pegado:

 Limpieza y retiro de residuos de silicona en cristal, esta se realiza con alcohol isopropilico/agua, aplicando la técnica de dos paños, el primero húmedo y el segundo seco, siempre en una sola dirección.

 Aplicación de Xilano, en la superficie que estará en contacto con la cinta VHB.

 Instalación de la cinta VHB en termopanel, revisando que no se produzcan burbujas de aire, para finalmente aplicar una presión constante con rodillo manual.

 Limpieza del aluminio, se utiliza mezcla de Alcohol isopropilico/agua, utilizando la técnica de dos paños.

 Aplicación de Primer 94 en la superficie del aluminio.

 Cuadratura y pegado de termopanel en módulo de aluminio

 Aplicación de alicate manual con presión constante para asegurar adherencia continua de la cinta VHB.

En la Figura 2.3.1 se presenta un resumen con las características principales de la cinta, las que se complementan con las mostradas en la Tabla 2.3.1. Toda la información presentada fue extraída de una hoja de datos técnicos y de una guía técnica proporcionada por el mandante.

Tabla 2.3.1. Características técnicas cinta adhesiva 3M.

Característica VHB SGT

Adhesivo Acrilico de alto desempeño

Soporte del adhesivo Espuma acrílica conformable de célula cerrada

Espesor 2,3 mm ± 10%

Color Gris Negro

Densidad 720 kg/m3

Protector siliconado Película de polietileno rojo Longitud del rollo _{(otras disponibles bajo pedido)}33 m

Anchura 15 mm, 19 mm, 25 mm, 33 mm _{(otras disponibles bajo pedido)}

Tolerancia de la anchura ± 0,4 mm

Carga de diseño dinámica 8435 kg/m2_{= 85 kPa}

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Figura 2.3.1. Datos técnicos de la cinta VHB™_{SGT de 3M para muros-cortina.}

(*) Según informa 3M, la sigla SGT es la actual para la denominación de la cinta VHB

En la Fotografía 2.3.1 se presenta un detalle de la cinta dispuesta en uno de los cristales que sería ensayado y en la Fotografía 2.3.2 se muestra a un técnico verificando la adherencia de la cinta VHB entre el cristal y el aluminio.

Fotografía 2.3.1: Detalle de la interfaz de pegado de la cinta VHB

de 3M con el cristal del termopanel y el marco de aluminio.

Fotografía 2.3.2: Chequeo de ausencia de problemas de

adherencia en interfaz cristal–cinta–marco realizado por personal DICTUC.

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3.- ENSAYOS REALIZADOS.

3.1.- Montaje del ensayo

Para la ejecución del ensayo, se sometió la probeta a una historia de desplazamientos controlados a través de una mesa vibradora de 6 grados de libertad, denominada ‘mesa Moog’ en el presente documento. La parte superior del sistema de muro-cortina se fijó a un marco metálico atirantado, rígidamente conectado al radier del Laboratorio, mientras que la parte inferior se apoyó sobre una estructura móvil, la que a su vez se conecta a la mesa Moog mediante un sistema de trabas mecánicas. Este sistema permite mantener aproximadamente fija la parte superior del muro-cortina, mientras que su base experimenta los desplazamientos impuestos por la mesa Moog. Las Fotografías 3.1.1 y 3.1.2 muestran se pueden ver las piezas mencionadas.

Fotografía 3.1.1: Detalle de uno de los tres conos (machos) que

permiten transmitir el movimiento de la mesa Moog a la estructura móvil.

Fotografía 3.1.2: Detalle de uno de los cilindros de la mesa móvil

en los cuales se ensamblan los conos, a fin de traspasar el movimiento a la probeta (muro-cortina).

El marco metálico es un prisma de base triangular, conformado por tres columnas simplemente apoyadas al radier, conectadas en la parte superior por medio de tres vigas que conforman un diafragma rígido, que simula la losa superior del edificio. En cada una de las caras verticales del marco se colocaron arriostramientos metálicos encargados de rigidizar el conjunto. De este marco externo y de la mesa móvil se suspende el ensamblaje completo del muro-cortina, cuyo peso total aproximado es de unos 400 kgf. Las Fotografías 3.1.3 y 3.1.4 muestran vistas generales del montaje utilizado en el laboratorio.

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Fotografía 3.1.3: Vista general de la implementación del ensayo

dinámico a muro-cortina mediante la mesa Moog. Fotografía 3.1.4: Vista general de la implementación del ensayo dinámico a muro-cortina mediante la mesa Moog.

El montaje de los módulos se lleva a cabo entre vigas de acero, perfil tipo cajón, las cuales se disponen horizontalmente y simulan las losas de los pisos superior e inferior. Una de estas vigas se ubica en la zona superior del sistema de ensayo, soldada al marco externo fijo con su eje mayor vertical, y hay otras dos vigas en la parte inferior, una soldada a la mesa móvil con su eje mayor vertical, y otra soldada a la anterior, pero con su eje mayor horizontal. Sobre esta última viga se procede a apernar un perfil de aluminio, el cual servirá de base para conectar la parte inferior del marco de aluminio de cada módulo. A este perfil va apernado un perfil de aluminio, tipo cajón que según informó Arquetipo sólo tiene funciones estéticas. En las Fotografías 3.1.5 y 3.1.6 se puede ver en detalle este perfil y como se ajusta al módulo del marco. En la Fotografía 3.1.7 se observa la instalación de un anclaje en la viga-losa superior.

Para finalizar el montaje, se aplica un sello climático con silicona Dow Corning 791 color negra en el intersticio entre los perfiles del marco perimetral y los cristales. Este procedimiento se puede ver en la Fotografía 3.1.8. Toda la información de este párrafo fue otorgada por Arquetipo, fabricante de los módulos del sistema.

Fotografía 3.1.5: Vista general del perfil de aluminio de la base, el

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Fotografía 3.1.7: Proceso de instalación de un anclaje en la viga

superior. Fotografía 3.1.8: Proceso de aplicación de silicona climática para sellar perímetro, tal como se ejecuta en terreno.

3.2.- Movimiento sísmico impuesto y registro de datos

El movimiento sísmico impuesto por la mesa Moog corresponde a las deformaciones de entrepiso promedio de un modelo lineal de un edifico de 20 pisos, con periodo natural T0=1.5 segundos, factor de amortiguamiento constante

x=0.05, sometido a un registro artificial compatible con el espectro de diseño de la norma NCh2745 Of. 2003, para suelo tipo 3. Para la generación del registro artificial se utilizó como semilla el registro de Constitución del terremoto del 27 de Febrero de 2010. No obstante, este ensayo tiene como objetivo principal evaluar el desempeño del sistema muro-cortina ante desplazamientos asociados a mayores niveles de velocidad, lo cual condicionó la generación de la señal teniéndose que modificar sus valores naturales lo que se traduciría en alcanzar velocidades con el doble de magnitud que las obtenidas para el caso original de la señal obtenida. Esto se logró reduciendo el intervalo de tiempo a la mitad de cada punto de la señal, por lo que se obtiene una señal de una duración menor, pero de mayores velocidades. Los Gráficos 3.2.1 y 3.2.2 muestran las deformaciones de entrepiso obtenidas en ambas direcciones, las que alcanzan valores máximos de aproximadamente 31 mm en ambas direcciones.

Se realizaron en total tres ensayos, uno unidireccional y dos bidireccionales. En el ensayo unidireccional se aplicó el desplazamiento en dirección paralela al plano del muro-cortina, con una escala teórica del 80% de la señal de desplazamiento original, mientras que en los ensayos bidireccionales se utilizaron escalas del 100% y 120%. Cabe destacar que la escala del 100% corresponde aproximadamente a una deformación del 1% de la altura del muro cortina (3135 mm).

Posterior a cada ensayo se observó la integridad estructural de los distintos componentes del sistema de muro-cortina, tales como la cinta VHB y su adherencia, el marco de aluminio, los cristales y los anclajes.

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Gráfico 3.2.1. Señal de desplazamientos en su escala del 100%, dirección paralela.

Gráfico 3.2.2. Señal de desplazamientos en su escala del 100%, dirección perpendicular.

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0 20 40 60 80 100 120 D esplaz amiento [mm] Tiempo [s]

Ensayo dinámico a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Señal de desplazamientos de entrepiso vs Tiempo

Para dirección paralela.

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0 20 40 60 80 100 120 D esplaz amiento [mm] Tiempo [s]

Ensayo dinámico a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Señal de desplazamientos de entrepiso vs Tiempo

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Para registrar el comportamiento del sistema se midieron deformaciones y aceleraciones en 24 puntos estratégicos:

 Dos transductores de desplazamiento perpendiculares, uno en cada extremo de la viga superior (DV1 poniente y DV3 oriente).

 Un transductor de desplazamiento paralelo en el centro de la viga superior (DV2).

 Dos transductores de desplazamiento perpendiculares, uno en cada extremo de la viga inferior (DV4 poniente y DV7 oriente)

 Dos transductores de desplazamiento midiendo desplazamientos verticales de los extremos de la viga inferior (DV5 poniente y DV8 oriente)

 Un transductor paralelo en el centro de la viga inferior (DV6).

 Dos transductores de desplazamiento perpendiculares, uno en el borde superior del centro de cada módulo

lateral (D1 y D2, respectivamente).

 Cuatro transductores de desplazamiento perpendiculares, uno en cada esquina inferior de los módulos laterales (de poniente a oriente, D3, D4, D5 y D6).

 Dos transductores de desplazamiento midiendo la deformación vertical relativa entre los módulos laterales

y el central (DR1 poniente y DR2 oriente).

 Dos transductores de desplazamiento midiendo las deformaciones de la mesa Moog en direcciones

paralela (DM1) y perpendicular (DM2).

 Dos acelerómetros midiendo en dirección perpendicular, cada uno en la viga superior, pero al nivel del centro de los módulos laterales (A1 poniente y A3 oriente).

 Un acelerómetro midiendo en dirección paralela, al centro de la viga superior (A2).

 Dos acelerómetros midiendo en dirección perpendicular, cada uno en la viga inferior, pero al nivel del centro de los módulos laterales (A4 poniente y A6 oriente).

 Un acelerómetro midiendo en dirección paralela, al centro de la viga inferior (A5). La Figura 3.2.1 muestra un esquema del montaje del ensayo y los sensores utilizados.

Durante el ensayo se utilizaron tres equipos de adquisición de datos marca HBM, modelo QuantumX MX840A, con una frecuencia de muestreo de 100 Hz.

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Figura 3.2.1. Esquema ensayo dinámico a muro-cortina de Arquetipo con cinta VHBTM_{de 3M.}

En la Fotografía 3.2.1 se muestra una vista general del montaje del ensayo y en las Fotografías 3.2.2 a 3.2.8 se pueden ver las posiciones de algunos de los transductores que registran el comportamiento de la probeta durante el ensayo. Notar que algunos dispositivos, como los acelerómetros (de cable azul) no se aprecian bien en las fotografías dado que están posicionados en zonas de difícil acceso, pero que son clave para la caracterización del comportamiento de la probeta.

Fotografía 3.2.1: Vista general del montaje del ensayo

dinámico. Fotografía 3.2.2: Vista general de los transductores que miden desplazamientos perpendiculares al muro al nivel inferior.

DV5 DV8 A1 A3 A4 A6 DV1 DV3 DV4 DV7 DV6 DV2 D1 D2 D3 D4 D5 D6 DR1 DR2 DM1 DM2 A2 A5

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Fotografía 3.2.3: Detalle de los transductores implementados

perpendicularmente en la zona central inferior. Fotografía 3.2.4: Detalle de transductores perpendiculares en nivel inferior oriente, uno en el panel y otro en la viga.

Fotografía 3.2.5: Vista general de los transductores midiendo

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4.- RESULTADOS OBTENIDOS.

Se presentan a continuación los resultados de los tres ensayos dinámicos realizados, aportándose tablas de resultados con los parámetros de interés y curvas de comportamiento, además de material fotográfico y comentarios.

Las deformaciones de entrepiso presentadas no son medidas directamente, sino que se obtienen por diferencia de desplazamientos absolutos medidos. Por ejemplo, las deformaciones de entrepiso paralelas al muro-cortina se obtienen de restar los desplazamientos medidos por el transductor paralelo en la viga inferior (DV6), y los desplazamientos medidos por el transductor en la viga superior (DV2). Para el desplazamiento de entrepiso perpendicular, lo graficado proviene de la diferencia entre el promedio de lo medido por el par de transductores perpendiculares a la viga-losa inferior (DV4 y DV7) y lo registrado por el par de transductores perpendiculares a la viga-losa superior (DV1 y DV3). Así también, las velocidades relativas (paralela y perpendicular), no se midieron directamente, sino que se calcularon por diferenciación respecto al tiempo de los registros de desplazamiento siguiendo un principio de cálculo similar al usado para el caso de las deformaciones de entrepiso.

Es importante mencionar que los acelerómetros (A1 a A6), los transductores perpendiculares adheridos a los cristales de los módulos (D1 a D6), dos transductores midiendo deformaciones verticales en extremos de la viga-losa inferior (DV5 y DV8) y dos transductores en la mesa Moog (DM1 y DM2), fueron dispuestos para chequeo interno por parte de DICTUC, y no entregan información relevante para la caracterización de la probeta ni el cumplimiento de los objetivos del ensayo, ya que los datos obtenidos con el resto de la instrumentación son suficientes para ello. En el caso de los acelerómetros, sólo se mostrarán los valores máximos en tablas porque no entregan información determinante para la evaluación, debido a que la señal impuesta es de desplazamientos relativos de entrepiso, por lo que las aceleraciones no están asociadas al sismo real. Para los transductores perpendiculares a los módulos, sólo son relevantes las mediciones en los ensayos bidireccionales tomadas por los sensores dispuestos cerca de la viga-losa inferior. En el caso de los transductores que miden deformaciones verticales de extremos de la viga-losa inferior, sólo se colocaron para descartar influencias de vibraciones o deformaciones importantes de ella, que pudieran afectar la pureza de los datos sí graficados.

Notar que la escala de los gráficos de desplazamiento relativo que se incluyen a continuación, es distinta a la de los gráficos de desplazamientos de entrepiso, esto para poder apreciar mejor la representación visual de su comportamiento, dado que sus magnitudes son diferentes entre sí.

4.1.- Ensayo unidireccional

Se muestran los resultados del ensayo en que se aplicaron los desplazamientos mostrados en el Gráfico 3.2.1 en la dirección paralela al muro cortina, para la escala teórica del 80%. Es importante destacar que los desplazamientos medidos alcanzaron una escala efectiva de un 60%, es decir, menor que la teórica. A continuación se explica el origen de estas diferencias.

Se debe tener en cuenta que en esta etapa, la curva de desplazamiento de entrepiso perpendicular versus tiempo se grafica en una escala cinco veces menor a la de la curva de desplazamiento de entrepiso paralelo. Esto con el objetivo de permitir una buena visualización del comportamiento en dirección perpendicular, puesto que sus valores son mucho menores que en la dirección paralela, en la cual se aplicó la señal.

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4.1.1.- Ensayo de 60% amplitud máxima efectiva (80% teórica)

La deformación de entrepiso paralela máxima efectivamente alcanzada por la probeta corresponde al 60% del desplazamiento máximo de la señal original (escala del 100%). En los Gráficos 4.1.1.1 al 4.1.1.6, se muestran las historias de deformación de entrepiso paralela al muro-cortina, velocidad relativa paralela al muro-cortina, deformación de entrepiso perpendicular al muro-cortina, velocidad relativa perpendicular al muro-cortina, desplazamiento relativo entre módulos poniente y de desplazamiento relativo entre módulos oriente, respectivamente, todas versus tiempo. A partir de los registros de los transductores dispuestos perpendiculares a la probeta, se obtiene que la deformación de entrepiso perpendicular máxima es sólo un 5% del máximo de la señal impuesta.

Gráfico 4.1.1.1. Deformaciones de entrepiso medidas en dirección paralela (60%).

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 60 De sp lazam ien to , D [mm ] Tiempo [s]

Ensayo dinámico unidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Desplazamiento de entrepiso paralelo vs Tiempo

Sistema Frame 100 (60% amplitud de Señal de Desplazamientos)

Desplazamiento de entrepiso paralelo

Dentrepiso_par = DV6 – DV2

Dmáx = 18.7 mm Dmín = -13.9 mm

DV2

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Gráfico 4.1.1.2. Velocidad relativa medida en dirección paralela (60%).

Gráfico 4.1.1.3. Deformación de entrepiso medida en dirección perpendicular (60%).

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 60 Ve lo cid ad , V [mm /s] Tiempo [s]

Ensayo dinámico unidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Velocidad paralela vs Tiempo

Sistema Frame 100 (60% amplitud de Señal de Desplazamientos) Velocidad relativa paralela

Vpar = V(6)_{– V}(2) Vmáx = 239.9 mm/s Vmín = -259.8 mm/s DV2 DV6 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 0 10 20 30 40 50 60 De sp lazam ien to , D [mm ] Tiempo [s]

Ensayo dinámico unidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Desplazamiento de entrepiso perpendicular vs Tiempo

Sistema Frame 100 (60% amplitud de Señal de Desplazamientos) Desplazamiento de entrepiso perpendicular

Dentrepiso_per= (DV4+DV7)/2 – (DV1+DV3)/2 Dmáx = 1.6 mm Dmín = -1.2 mm DV1 DV3 DV4 DV7 DV1 DV3 DV4 DV7

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Gráfico 4.1.1.4. Velocidad relativa medida en dirección perpendicular (60%).

Ensayo dinámico unidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Velocidad perpendicular vs Tiempo

Sistema Frame 100 (60% amplitud de Señal de Desplazamientos) Velocidad relativa perpendicular

Vper = (V4+V7)/2 – (V1+V3)/2 Vmáx = 42.0 mm/s Vmín = -53.0 mm/s DV1 DV3 DV4 DV7 DV1 DV3 DV4 DV7 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 De sp lazam ien to , D [mm ]

Ensayo dinámico unidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Desplazamiento relativo entre cristales poniente vs Tiempo

Sistema Frame 100 (60% amplitud de Señal de Desplazamientos) Desplazamiento relativo poniente

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Gráfico 4.1.1.6. Desplazamiento relativo entre módulos (oriente) (60%).

Se pudo notar que los gráficos de desplazamiento relativo entre módulos, lado poniente presentan un comportamiento anómalo de la interfaz de esos módulos del muro-cortina, entregando valores despreciables en la práctica, y que implican que no hubo desplazamientos relativos durante el ensayo. Esto contrasta con lo que presentan los gráficos del desplazamiento relativo entre módulos, lado oriente, que sí es lo esperable. Esta situación puede deberse a una gran adhesión entre los módulos del centro y del poniente, o a maniobras del montaje del ensayo. No obstante, lo anterior no implica en ningún caso un comportamiento inseguro, o cercano al colapso o falla del sistema de muro-cortina o alguno de sus componentes, incluyendo la cinta VHB.

En la Tabla 4.1.4.1 se presenta un resumen de las deformaciones máximas de entrepiso del muro-cortina, tanto para la dirección paralela como para la perpendicular, en los ensayos unidireccionales. Se observa una diferencia entre el desplazamiento máximo ingresado (por software) a la mesa Moog (primera columna) y la deformación máxima de entrepiso que efectivamente experimentó el sistema (segunda columna). La deformación efectiva fue menor a la ingresada. Esto se debe a 4 factores: (1) deformación (inevitable) del marco metálico externo; (2) roce entre la estructura móvil y el suelo; (3) holgura entre los conos y los cilindros; y (4) torsión en planta por asimetría estructural. Además, pese a haberse aplicado la señal de desplazamientos sólo en dirección paralela al muro-cortina, se generaron desplazamientos en la dirección perpendicular, aunque de menor magnitud.

Ensayo dinámico unidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Desplazamiento relativo entre cristales oriente vs Tiempo

Sistema Frame 100 (60% amplitud de Señal de Desplazamientos) Desplazamiento relativo oriente

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Desplazamientos de entrepiso máximos, ensayos unidireccionales.

% escala Señal de Desplazamientos (teórico)* % de Desplazamiento Máximo (efectivo) Dir. Paralela [mm] Dir. perpendicular [mm] 80% 60% 18.7 1.6

* Se debe recordar que el 100% del desplazamiento máximo de la Señal es 31.35 mm.

En la Tabla 4.1.4.2 se pueden ver los valores máximos de velocidad relativa tanto para la dirección paralela como la perpendicular para la escala del 60% de amplitud efectiva. Pese a que la señal se aplicó en la dirección paralela solamente, se advierten velocidades no menores de movimiento en la otra dirección.

Tabla 4.1.4.2.

Velocidades relativas máximas, ensayos unidireccionales.

% de Desplazamiento Máximo Dir. Paralela [mm/s] Dir. Perpendicular [mm/s] 60% 259.8 53.0

En la Tabla 4.1.4.3 se pueden ver los valores máximos y mínimos de las aceleraciones en las vigas-losas superior e inferior, tanto en sentido paralelo como perpendicular al muro-cortina. Se enfatiza que no se corresponden con las aceleraciones que hubiera experimentado el sistema instalado en obra durante el sismo real. De todas formas, el valor máximo de aceleración alcanzada es de 163.8 cm/s2_(0.167g).

Tabla 4.1.4.3. Aceleraciones máximas (positivas y negativas), ensayos unidireccionales.

% de Despl. Máximo Perpendicular superior poniente [g] Perpendicular superior oriente [g] Perpendicular inferior poniente [g] Perpendicular inferior oriente [g] Paralela superior [g] Paralela inferior [g] Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín 60% 0.125 -0.149 0.104 -0.109 0.167 -0.110 0.156 -0.128 0.106 -0.094 0.117 -0.118 4.2.- Ensayos bidireccionales

Se muestran los resultados de los ensayos en que se aplicaron los desplazamientos mostrados en los Gráficos 3.2.1 y 3.2.2 en las direcciones paralela y perpendicular (simultáneamente), para escalas teóricas del 100% y el 120%. Es importante destacar que las escalas efectivas resultaron mayores que las teóricas, a saber, 113% en lugar de 100% y 134% en lugar de 120%; en cada caso se explica el origen de estas diferencias.

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La deformación de entrepiso perpendicular máxima efectivamente alcanzada por la probeta corresponde al 113% del desplazamiento máximo de la señal original (escala del 100%). Dado que la deformación de entrepiso paralela máxima es de sólo un 79% del máximo de la señal, se considera como representativo el 113%. En los Gráficos 4.2.1.1 al 4.2.1.6, se muestran las historias de deformación de entrepiso paralela al muro-cortina, velocidad relativa paralela al muro-cortina, desplazamiento de entrepiso perpendicular al muro-cortina, velocidad relativa perpendicular al muro-cortina, desplazamiento relativo entre módulos poniente y desplazamiento relativo entre módulos oriente, respectivamente, todas versus tiempo.

Ensayo dinámico bidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Desplazamiento de entrepiso paralelo vs Tiempo

Sistema Frame 100 (113% amplitud de Señal de Desplazamientos) Desplazamiento de entrepiso paralelo

Dentrepiso_par = DV6 – DV2 Dmáx = 24.8 mm Dmín = -17.2 mm

DV2

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Ensayo dinámico bidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Velocidad paralela vs Tiempo

Sistema Frame 100 (113% amplitud de Señal de Desplazamientos) Veparalel relativa paralela

Vpar = V(6)_{– V}(2) Vmáx = 308.4 mm/s Vmín = -319.4 mm/s DV2 DV6 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 Des pl azami en to , D [mm]

Ensayo dinámico bidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Desplazamiento de entrepiso perpendicular vs Tiempo

Dentrepiso_per= (DV4+DV7)/2 – (DV1+DV3)/2 Dmáx = 32.7 mm Dmín = -35.4 mm DV1 DV3 DV4 DV7 DV1 DV3 DV4 DV7

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Gráfico 4.2.1.4. Velocidad relativa medida en dirección perpendicular (113%).

Gráfico 4.2.1.5. Desplazamiento relativo entre módulos (poniente) (113%).

Ensayo dinámico bidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Velocidad perpendicular vs Tiempo

Vper = (V4+V7)/2 – (V1+V3)/2 Vmáx = 299.0 mm/s Vmín = -395.2 mm/s DV1 DV3 DV4 DV7 DV1 DV3 DV4 DV7 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 0 10 20 30 40 50 60 De sp lazam ien to , D [mm ] Tiempo [s]

Ensayo dinámico bidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Desplazamiento relativo entre cristales poniente vs Tiempo

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La deformación de entrepiso perpendicular máxima efectivamente alcanzada por la probeta corresponde al 134% del desplazamiento máximo de la señal original (escala del 100%). Dado que la deformación de entrepiso paralela máxima es de sólo un 95% del máximo de la señal, se considera como representativo el 134%.En los Gráficos 4.2.2.1 al 4.2.2.6, se muestran las historias de deformación de entrepiso paralela al muro-cortina, velocidad relativa paralela al muro-cortina, desplazamiento de entrepiso perpendicular al muro-cortina, velocidad relativa perpendicular al muro-cortina, desplazamiento relativo entre módulos poniente y desplazamiento relativo entre módulos oriente, respectivamente, todas versus tiempo.

Ensayo dinámico bidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Desplazamiento relativo entre cristales oriente vs Tiempo

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Ensayo dinámico bidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Desplazamiento de entrepiso paralelo vs Tiempo

Sistema Frame 100 (134% amplitud de Señal de Desplazamientos) Desplazamiento de entrepiso paralelo

Dentrepiso_par = DV6 – DV2 Dmáx = 29.7 mm Dmín = -22.2 mm DV2 DV6 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 60 Ve lo cid ad , V [mm /s] Tiempo [s]

Ensayo dinámico bidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Velocidad paralela vs Tiempo

Sistema Frame 100 (134% amplitud de Señal de Desplazamientos) Velocidad relativa paralela

Vpar = V(6)_{– V}(2) Vmáx = 329.5 mm/s Vmín = -361.2 mm/s

DV2

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Gráfico 4.2.2.3. Deformación de entrepiso medida en dirección perpendicular (134%).

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 60 Des pl azami en to , D [mm] Tiempo [s]

Ensayo dinámico bidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Desplazamiento de entrepiso perpendicular vs Tiempo

Dentrepiso_per = (DV4+DV7)/2 – (DV1+DV3)/2 Dmáx = 39.5 mm Dmín = -42.1 mm DV1 DV3 DV4 DV7 DV1 DV3 DV4 DV7 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 Ve lo cid ad , V [mm /s]

Ensayo dinámico bidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Velocidad perpendicular vs Tiempo

Vper = (V4+V7)/2 – (V1+V3)/2 Vmáx = 358.4 mm/s Vmín = -432.8 mm/s DV1 DV3 DV4 DV7 DV1 DV3 DV4 DV7

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Gráfico 4.2.2.5. Desplazamiento relativo entre módulos (poniente) (134%).

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 0 10 20 30 40 50 60 De sp lazam in to , D [mm ] Tiempo [s]

Ensayo dinámico bidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Desplazamiento relativo entre cristales poniente vs Tiempo

Dmáx = 0.5 mm Dmín = -0.3 mm Dmáx = 0.5 mm Dmín = -0.3 mm DR1 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 0 10 20 30 40 50 60 De sp lazam in to , D [mm ] Tiempo [s]

Ensayo dinámico bidireccional a muro cortina con cinta de doble contacto VHB de 3M Curva Desplazamiento relativo entre cristales oriente vs Tiempo

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En la Tabla 4.2.2.1 se presenta un resumen de las deformaciones máximas de entrepiso del muro-cortina, tanto para la dirección paralela como para la perpendicular, para los ensayos bidireccionales. Se observa una diferencia entre el desplazamiento máximo ingresado (por software) a la mesa Moog (primera columna) y la deformación máxima de entrepiso que efectivamente experimentó el sistema (segunda columna). En la dirección perpendicular se obtuvo una deformación máxima mayor a lo ingresado en esa dirección, mientras que en la dirección paralela se obtuvo una deformación menor a lo ingresado en esa dirección. Este fenómeno se debe a factores superpuestos: (1) la estructura del muro cortina funciona como mecanismo en la dirección perpendicular (está rotulada), por lo tanto no ofrece resistencia a una deformación impuesta en esa dirección; y (2) torsión en planta del sistema completo, debido a la excentricidad de la estructura (el muro esta descentrado respecto al centro de la mesa Moog donde se aplica el movimiento).

Tabla 4.2.2.1.

Desplazamientos de entrepiso máximos, ensayos bidireccionales.

% escala Señal de Desplazamientos (teórico)* % de Desplazamiento Máximo (efectivo) Dir. Paralela [mm] Dir. perpendicular [mm] 100% 113% 24.8 35.4 120% 134% 29.7 39.5

* Se debe recordar que el 100% del desplazamiento máximo de la Señal es 31.35 mm.

En la Tabla 4.2.2.2 se pueden ver los valores máximos absolutos de velocidad relativa tanto para la dirección paralela como la perpendicular para cada una de las escalas de los ensayos bidireccionales. Se aprecia un aumento de magnitud con el aumento de la escala de la señal en las dos direcciones, lo cual es esperado puesto que la señal fue aplicada en ambas. De todas maneras, las velocidades máximas alcanzadas en la dirección perpendicular son algo mayores a las alcanzadas en la dirección paralela.

Tabla 4.2.2.2.

Velocidades relativas máximas, ensayos bidireccionales.

% de Desplazamiento

Máximo (efectivo) Dir. Paralela [mm/s] Dir. Perpendicular [mm/s]

113% 319.4 395.2

134% 361.2 432.8

En la Tabla 4.1.4.3 se pueden ver los valores máximos y mínimos de las aceleraciones en las vigas-losas superior e inferior, tanto en sentido paralelo como perpendicular al muro-cortina. Se puede ver en ella que, en general, las aceleraciones aumentan a medida que la escala de la señal aumenta, pero se enfatiza que no se corresponden con las aceleraciones que hubiera experimentado el sistema instalado en obra durante el sismo real. De todas formas, el valor máximo de aceleración se alcanza en la escala efectiva del 134%, con un valor de 375.4 cm/s2_(0.383g).

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División Ingeniería Estructural y Geotécnica Área Ingeniería Estructural Ensayo dinámico en mesa vibradora para evaluar el desempeño sísmico de muro cortina Sistema Frame 100 con cinta de doble contacto VHB de 3M, con señal modificada en velocidad. 11/11/2013. Rev. 0 Tabla 4.1.4.3. Aceleraciones máximas (positivas y negativas), ensayos bidireccionales.

% de Despl. Máximo (efectivo)

Perpendicular

superior poniente [g] superior oriente [g] Perpendicular inferior poniente [g] Perpendicular inferior oriente [g] Perpendicular superior [g] Paralela inferior [g] Paralela

Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín

113% 0.185 -0.169 0.210 -0.224 0.188 -0.215 0.232 -0.215 0.155 -0.147 0.209 -0.217

134% 0.193 -0.172 0.239 -0.209 0.235 -0.203 0.383 -0.362 0.278 -0.195 0.191 -0.164

Posterior a la realización de los ensayos se procedió a revisar cada parte del sistema muro-cortina para advertir algún tipo de daño o desprendimiento. En primera instancia se inspeccionaron los perfiles de aluminio, tanto los exteriores como los del marco perimetral de los módulos y se constató que no se produjeron daños atribuibles a los ensayos. Si bien se encontraron, en baja cantidad, algunos perfiles doblados, DICTUC comprobó que aquel daño se debió a esfuerzos realizados durante el montaje de los módulos o en su desmontaje (ver Fotografía 4.6 para un caso particular de ello). No obstante, con excepción de lo anterior la mayoría de los perfiles presentó ausencia de daño. En las Fotografías 4.1 a 4.4 se puede ver el estado de las piezas del muro-cortina posterior a los ensayos, donde se ve que los cristales tampoco sufrieron fracturas o fisuras. Los anclajes metálicos tampoco fueron dañados por los desplazamientos impuestos durante el ensayo.

De la misma forma, personal de DICTUC procedió a verificar la adherencia de la cinta VHB de 3M con el marco perimetral y con los cristales del termopanel, y no se encontró que estuviera despegada la cinta de ninguna de las dos superficies en todo el perímetro de los tres módulos (ver Fotografía 4.5). La cinta tampoco manifestó deformaciones permanentes ya sea por su propio colapso o por deformaciones remanentes del marco perimetral o los cristales.

Fotografía 4.1: Proceso de desmontaje de los módulos

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Fotografía 4.3: Detalle de las vigas de acero inferiores y

algunos perfiles de aluminio del muro-cortina sin daños producto de los desplazamientos impuestos por el ensayo

Fotografía 4.4: Vista general de los módulos desmontados

donde, por simple inspección, no se aprecian daños.

Fotografía 4.5: Personal de DICTUC revisa los termopaneles

para descartar problemas de adherencia en interfaz cristal-cinta-aluminio.

Fotografía 4.6: Detalle de una esquina del muro-cortina que

presenta daños, no atribuibles al ensayo sino a maniobras de montaje.

Es destacable el que el sistema no haya sufrido daños evidentes teniendo en cuenta las altas velocidades a las que fue sometido, las cuales son superiores incluso a las resultantes de aplicar el registro natural del sismo del 27F. De esta forma, tanto el sistema de muro-cortina de Arquetipo, como la cinta VHB SGT de 3M manifestaron un comportamiento seguro y capaz de resistir la solicitación dinámica sin colapsar. En esto, la dilatación de los perfiles del marco perimetral jugó un papel importante flexibilizando la estructura liberándola de esfuerzos concentrados en las uniones, además del comportamiento de la cinta, la cual se deformó durante el ensayo, pero no sufrió daños y pudo mantener los termopaneles en completamente adheridos al resto del sistema.

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5.- RESUMEN Y COMENTARIOS

A continuación se presenta un resumen ejecutivo con los resultados obtenidos de los ensayos y el análisis posterior, ambos realizados un sistema de muro-cortina compuesto por termopaneles adheridos a perfiles de aluminio, ambos provistos por Arquetipo, mediante una cinta adhesiva de doble contacto denominada VHB SGT, de la empresa 3M, quien es el mandante de este trabajo. El ensayo se realizó el día 21 de agosto de 2013, en las dependencias del Laboratorio de DICTUC S.A.

De los ensayos dinámicos realizados en la mesa vibradora Moog para determinar el desempeño sísmico de un muro-cortina de dimensiones aproximadas 3900 x 3200 x 160 mm, se puede comentar lo siguiente:

5.1.- Se aplicó un movimiento sísmico en forma de una señal de desplazamientos escalada en distintos porcentajes progresivos, teniéndose que para la escala del 100%, la señal impone un desplazamiento máximo correspondiente al 1% de la altura del muro-cortina, esto es para el caso particular, 31.35 mm. La prueba se realizó en dos grupos de ensayos sucesivos al mismo sistema: ensayos unidireccionales con la señal en dirección paralela y ensayos bidireccionales, con la señal en direcciones paralela y perpendicular al muro-cortina simultáneamente.

5.2.- Para el ensayo unidireccional se aplicó la señal de desplazamientos en la escala teórica del 80%.

5.2.1.- Hubo diferencias entre los desplazamientos ingresados (teóricos) y los desplazamientos efectivamente experimentado por el muro-cortina, alcanzándose un 60% real. Este valor efectivo fue el que se tomó en cuenta para la realización del análisis y presentación de resultados con sus respectivos comentarios. Esta diferencia se debe a los factores ya explicados en el cuerpo del presente informe.

5.2.2.- Durante la aplicación del movimiento sísmico no se observó visualmente ningún tipo de daños en el sistema, ni pérdida de la integridad estructural del sistema del muro-cortina, ni colapso o desprendimiento de ninguno de sus componentes, incluyendo los cristales de los termopaneles, los perfiles de aluminio del marco perimetral o los anclajes de acero que conectan los módulos con el marco rígido. Tampoco se evidenciaron desprendimientos o algún tipo de daño producto del ensayo en la cinta VHB de 3M que unía los cristales al aluminio.

5.2.3.- Se observaron desplazamientos relativos entre los componentes del sistema durante la aplicación del ensayo unidireccional, los cuales no indujeron esfuerzos en el sistema tales que pudieran dañarlo.

5.3.- Para los ensayos bidireccionales se aplicó la señal de desplazamientos en escalas teóricas del 100% y 120%.

5.3.1.- Hubo diferencias entre los desplazamientos ingresados y las deformaciones efectivamente experimentadas por el muro-cortina en la dirección perpendicular, alcanzándose un 113% y un 134%, respectivamente. Esta diferencia se debe a los factores ya explicados en el cuerpo del presente informe.

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5.3.2.- En el ensayo en el cual se aplicó la señal original en su 100% y en el ensayo con un porcentaje mayor al exigido de 120% (teórico), no se evidenciaron daños atribuibles al ensayo en el muro-cortina o en sus componentes, ni tampoco en la cinta VHB.

5.3.3.- Se observaron desplazamientos relativos entre los componentes del muro-cortina durante la aplicación de los ensayos bidireccionales, los cuales no indujeron esfuerzos en el sistema tales que pudieran dañarlo.

5.4.- Si bien se encontraron algunos perfiles deformados, DICTUC responsabiliza de ello a maniobras de montaje, sin embargo en ningún caso se tradujeron en perjuicio para la integridad estructural del sistema. 5.5.- En los dos grupos de ensayos no se observan desprendimientos de la cinta VHB de 3M atribuibles a los

desplazamientos impuestos. Tampoco se encontraron deformaciones permanentes ni zonas con daños en ella producto de los desplazamientos impuestos a elevadas velocidades.

Los resultados presentados son válidos solo para las muestras ensayadas y no representan lote alguno.

Ing. José L. Almazán Campillay Ing. Jaime Arriagada Rosas

Profesor Dpto. Ingeniería Estructural y Geotécnica Subgerente División Ingeniería Estructural

DICTUC S.A.

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