Criterios de Diseño y Cálculo de Muros Cortina
Temas a desarrollar • normas técnicas como criterio objetivo de calidad • cuál es el nivel de seguridad estructural de un muro cortina ? • el muro cortina: solución solución arquitectónica y constructiva consolidada consolidada • tipologías tipologías técnicas técnicas de muros cortina • requisitos estructurales y funcionales del muro cortina • especificaciones técnicas de materiales y componentes • memoria de cálculo cálculo estructural estructural del muro cortina
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M a n u a l d e l M u r o C or or t i n a Norma Técnico: criterio objetivo de calidad • • •
Segú Segúnn dat datos os 2006 2006,, Espa España ña disp dispon onee de de 93 normas y documentos técnicos de referencia para los Muros Cortina. USA USA dis dispponía onía en el 2004 2004 de 120 normas técnicas para las ventanas y puertas Segú Segúnn dat datos os del INN INN,, Chil Chilee dis dispon ponee app app.. de 26 normas para puertas y ventanas.
Ingreso Ingreso per cápita de cada cada país: país: • • • !
España US US$ 26.000 USA US$ 35.000 Chile US$ 7.000
Debemos desarrollar más normas técnicas en Chile !!!
Nivel de se eg gu urr iid da ad d es stt r u c t u r a l diferenciados : • Niveles de protección diferenciados: • vida de las personas al interior del edificio y durante la evacuación • colapso del muro cortina y daños al edificio edificio • Vida Útil del muro cortina: 30 años (no inferior al resto del edificio ?) • Garantías contra fallas y defectos: • garantía legal (según Ley Calidad) = 5 años • garantía contractual (típica) = 10 años • Periodo de retorno de las solicitaciones de viento: • norma chilena NCh432 of.71 = 20 años (probabilidad excedencia = 5,0 %) • norma europea UNE 85 - 220 = 50 años (probabilidad excedencia = 2,0 %) • Factor seguridad de resistencia de materiales (cargas eventuales): • aluminio A6063 T5 > 1,7 • cristal de seguridad > 3,0 • silicona estructural ASTM C1184 > 2,5 (típico = 6,0) • Cuánto vale la póliza de seguro de un Muro Cortina con respaldo ?
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Mu urr o s C o rrtt i n a e n C Ch h iill e
E d if i f ic ic i o M o on n t o l í n , P r o v i d eenn c i a
Fachada Norte y Poniente
Fachada Poniente y Sur
Fachada Sur y Oriente
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Si s t e m a s d e M u r o C Co ort ina "
un muro cortina es un revestimiento vertical de la envolvente del edificio " las dimensiones de paños depende del aprovechamiento de materiales, de la modulación del interior, de razones estéticas. " el muro cortina no forma parte de la estructura resistente del edificio
"
diseño estructural debe considerar las cargas: cargas : " cargas permanentes: peso propio " cargas eventuales: viento, sismo, temperaturas " otras solicitaciones que definen los los requisitos funcionales: lluvia, lluvia, radiación solar, iluminación, condensación, protección al fuego
"
según tipo de fabricación e instalación: • muros cortinas cortinas tipo tipo “stick” “stick” (se ejecuta ejecuta en obra) • muros cortinas cortinas unitizados, unitizados, o del tipo tipo “frame” (se ejecuta ejecuta en taller)
"
tecnología de sellado: • silicona silicona estructura estructurall (“wet (“wet glazing” glazing” / cantería cantería húmeda húmeda)) • con burlet burletes es (“dry (“dry glazin glazing” g” / cantería cantería seca) seca)
P r e s e n t a c i ón d e f a c h a d a s Parilla Ortogonal (con burletes)
Trama Horizontal (tapa horizontal)
Silicona Estructural (4 lados)
Arañas y tensores
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Mu urr o C o rrtt i n na a t i p o “s t i c k ”
Serie 23
Mu urr o C o rrtt i n na a t i p o “f r a m e ”
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Mu urr o C o rrtt i n na a : S i llii c o n na a E s t r uc u c t u rra al El fabricante de la silicona estructural debe colaborar con:
• REVISIÓN REVISIÓN DEL PROYECTO • ENSAYOS DE LABORATORIO LABORATORIO • ITO TALLER TALLER y/o y/o OBRA OBRA cada etapa concluye con la entrega de los certificados correspondientes.
!
el fabricante del M.C. debe entregar dichos certificados a su mandante para respaldar su aplicación de silicona estructural. !
Los sellos estructurales de: • pegado de bastidor bastidor aluminio aluminio al vidrio vidrio • sello secundario secundario del doble doble vidrio hermético hermético !
deben cumplir la norma ASTM C1184
S i li li c o n na u c t u rra a l “4 s i d e s ” a E s t r uc Nota: el uso de cintas cintas de 2 a 3 mm de base acrílica no deberían ser usadas en un país sísmico como Chile.
1/4”
Según memoria de cálculo de la silicona estructural: Ancho Anch o = Lc * V / 2 * Tadm
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S i li li c o n na a E s t r uc u c t u rra a l “2 s i d e s ” Nota: NO usar siliconas acéticas en el sello climático, ya que agreden el sello estructural estructural del Dvh.
1/4”
El ancho del cordón del DVH y de la junta climática deben ser calculadas según propiedades de silicona a usar
M.C. us s Frame M .C. St i c k v e r s u sistema Stick
sistema Frame
• se instala directamente directamente en obra, por por lo cual requiere un mayor costo de supervisión s upervisión en obra • requiere andamios para para instalación, y presenta mayor riesgo de accidente en obra y de quiebre de cristales por manipulación en obra • menor garantía de buena buena adhesión en obra obra de las siliconas • difícil realizar una revisión y chequeo chequeo detallado antes de la instalación • si no está está bien ejecut ejecutado, ado, tiend tiendee a “crujir” “crujir” más • se adapta mejor a M.C. Menores, Menores, en los cuales no hay una óptima definición de proyecto
• desplaza las operaciones operaciones de fabricación fabricación al taller (ambiente más controlado), lo cual facilita el control de calidad del proceso • requiere más ingeniería ingeniería de proyecto (recurso (recurso muy escaso en los armadores) • no requiere andamios, andamios, y ofrece menos menos riesgo de accidente en obra y de quiebre de cristales • mejor calidad del producto producto acabado (es (es más “silencioso”) • requiere de grúa o huinche para alzamiento alzamiento de módulos en obra • adapto para soluciones soluciones más industrializadas industrializadas grandes, que requieren mayor productividad y zonas de acopio en taller u obra
Edificios más bajos y superficies menores
Edificios en altura y grandes superficies
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S i st st e m a as urr o s C o rt r t i n a “I n d a l u m ” s de Mu Sistema
• muros cortina grandes grandes dimensiones dimensiones (proyectos corporativos): • sistemas privados privados de empresas empresas especializadas (solo extrusión perfiles)
Serie 21 Stick
• centros comerciales, comerciales, edificios industriales y fachadas estéticas de edificios de departamentos. • tecnología tecnología “stick” “stick”
5388 (50x103)
Travesaño (mm) 2102 (45x45) 2207 (55x50) 2304 (42x58) 7016 (50x77.3)
5384 (48x100)
7016 (50x77.3)
Serie 22 Stick
2201 (55x113)
Serie 23 Silfour Sil. Estructural Serie 70 Multiplex => Mullion Mullion vista vista Serie 70 Multiplex => Mullion Mullion S.E.
2301 (42x100)
• tecnologí tecnologíaa “stick” “stick” o “frame” “frame”
• muros cortinas cortinas de pequeña pequeña y mediana dimensión:
Mullion (mm) 2101 (45x94.5)
• existe
capacidad tecnológica nacional para fabricación de perfiles de aluminio para muros cortina y perfiles complementarios (quiebrasoles)
M a n u a l d e l M u r o C or or t i n a
Requisitos Estructurales y Funcionales del Muro Cortina
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Ca r g ga a s d e V iie en ntt o ( 1 ) Norma NCh 432 of.71
• localidad del proyecto
• presión básica básica de de diseño • factor de forma • factores de de distribución distribución • sobrepresión sobrepresión 2,0 en en franjas franjas de de 10% • periodo retorno > 20 años
1) 15 150% 0% P + 0% 0% S 2) 10 100% 0% P + 150% 150% S Nota: no se recomienda la zonificación de la fachada; sólo en edificios altos para los que se hagan ensayos en túneles de viento.
Ca r g ga en ntt o ( 2 ) a s d e V iie Estudio de zonificación de vientos, realizado por Decon-UC y la Univ. Bio Bio Bio: Bio: • ráfagas de 10 min. a 10 mts altura • periodo de retorno 50 años
Clase Estructural por zona de presión de vientos y por ubicación:
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Ot r a s C a r g a s d e d i s e ñ o CARGAS SISMICAS (S): • norma norma sismore sismoresis sisten tente te NCh 433 of.96 of.96 • cualquier componente debe soportar aceleración horizontal y vertical (simultánea) de 1,32 g (suponiendo zona sísmica N°2) • deformación deformación entre pisos pisos < L/500 VARIACION DE TEMPERATURA (T): • su evaluación no es importante por los esfuerzos inducidos, inducidos, sino que por las holguras que es necesario respetar. • en algunos vidrios vidrios coloreados, coloreados, las temperturas temperturas exteriores exteriores pueden llegar llegar a los 90°C. • todos los componentes deben deben estar diseñados para absorber dilataciones y contracciones con un diferencial de temperatura de entre – 10°C y +71 +71°C SOBRECARGAS (SC): • en los elementos inclinados inclinados se considerará considerará las sobrecargas sobrecargas producidas producidas por la acumulación de nieve (N) según la NCh 431 of.77 • además se verificará verificará la carga puntual puntual de equipos (carro (carro limpia fachadas fachadas “CLF”) o de personas sobre cada elemento.
Co m p o r t a m i e n t o S Siiissm sm miicc o M.C. M ..C C. •
A nivel nivel intern internacion acional al existen existen pocas pocas normas normas sísmicas, sísmicas, y en general general sólo sólo dicen “las deformaciones de los edificios deben ser adecuadamente absorbidas por los s istemas M.C.”
•
Los coeficientes de seguridad (viento, silicona estructural) son más elevados que los usados en la comprobación de estructuras convencionale convencionales, s, debido a la mayor incertidumbre en la estimación de cargas y a los métodos de cálculo.
•
Principales recomendaciones para mejorar desempeño sísmico son: • marcos de aluminio flexibles y anclajes capaces de absorber los desplazamientos (H. y V.) impuestos por el edificio •
holgur holguras as ade adecua cuada dass entre entre crista cristall y M.C., M.C., segú segúnn las las “deformaciones “ deformaciones de entrepiso” entrepiso” calculadas en el análisis estructural del edificio
•
uso apropiado de calzos inferiores y laterales de los vidrios
•
uso de silicona estructural de calidad (que cumpla ASTM C1184)
•
uso de cristal de seguridad, seguridad, los cristales laminados se comportan bien ya que la lámina intermedia de Pvb retiene los trozos trozos de cristales después después de la fisuración fisuración de las planchas.
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M e m o r i a d e C á l c u l o Es Es t r u c t u r a l •
El dis diseñ eñoo del del muro muro cor cortitina na deb debee conte contempl mplar ar una una Memoria de Cálculo que debe ser preparada y firmada por un ingeniero estructural, quien además debe revisar los planos de fabricación.
•
El cálc cálculo ulo de la la estruc estructur turaa debe debe cump cumplir lir con los criteri criterios os de de resistencia y deformación de los elementos, apoyos y anclajes al ser sometidos a la combinación de carga más desfavorable:
• • •
0,75 0,75 * (PP (PP + S) 0,75 * (PP + V) CLF + 0,33*V
0,67 0,67 * (PP (PP + S + V) 0,67 * (PP + S + N) 0,50 * (PP + S + V + N)
Deformaciones Admisibles: • deform. horizont horizontal al admisible: admisible: mín (L/175 y 19 mm) mm) • deform. vertica verticall admisible: admisible: mín mín (L/360 y 3.2 mm) • en mamparas: mamparas: 25 25 mm • máx. deform. elementos verticales esquina: 6 mm
To oll e err an an c i a as s y D eeffo rm rm ne es Admisib bll e s maacc i o n Tolerancias de la Construcción: • hoy mayores luces luces entre puntos de de apoyo y además eliminación de vigas en las cabezas de losas (zapateo y descenso) • Según la norma ACI de hormigón las deformaciones máximas de losas deben ser inferiores a L/480.• es más crítico en el primer piso y en los cambios cambios de pisos tipos de edificios. • instalación: 3mm / 6mt y fabricación: fabricación: 1mm / 1mt Procedimiento Cálculo Juntas Dinámicas: (A): sello con capac. movimiento = 50% • S = (H/5 (H/500 00))/50 /50% + 1.0 + 1. 1.5 • S = 2/3* 2/3*(H (H/5 /500 00+D +DT) T)/5 /50% 0% + 1.0 1.0 + 1.5 1.5 (B): sello con capac. movimiento = 25% • S = (H/5 (H/500 00))/25 /25% + 1.0 + 1. 1.5 • S = 2/3* 2/3*(H (H/5 /500 00+D +DT) T)/2 /25% 5% + 1.0 1.0 + 1.5 1.5 H: altura de entrepiso DT: dilatación térmica
Juntas de dilatación (con silicona 50%): • deformación entrepisos: 6 mm • dilatación térmica (0,8x6): 5 mm • tolerancia fabricación perfiles: 1 mm • tolerancia instalación 6 metros: 3 mm !
Dimensión Junta Vertical:
15 mm
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Verificaci ón de Vidrios •
La resistencia a compresión del vidrio es muy elevada (R = 10.000 Kg/cm2), y su resistencia a flexión varía si las cargas son de corta duración (viento) o permanente (agua, nieve, etc.)
•
El vidr vidrio io se cons consid ider eraa como como una una placa sometida a flexión debido a la carga uniforme del viento. Los apoyos son contínuos contínuos o puntuales, y el peso propio es tomado tomado por los calzos inferiores.
•
Los vidr vidrios ios de de seguri seguridad dad debe debenn estar estar acri acrista stalad lados os de for forma ma tal tal que en en ningún momento puedan sufrir esfuerzos debidos a: • • •
•
contraccio contracciones, nes, dilatacione dilatacioness o deformacion deformaciones es del del vidrio vidrio o de los bastid bastidores ores que lo enmarcan enmarcan deformacio deformaciones nes por por asentami asentamiento ento de la obra, obra, como como las flechas flechas de los elemen elementos tos resiste resistentes. ntes. los conta contacto ctoss vidrio-v vidrio-vidr idrio, io, vidrio vidrio-me -metal tal y vidriovidrio-hor hormig migón ón están están prohib prohibido idoss.
Para ara ser ser con conside siderrado ado co como vidrio de seguridad (clases A, B y C) el vidrio no debe romperse o debe hacerlo en forma segura, es decir: • frag fragme ment ntos os pequ pequeñ eños os y no cort cortan ante tess • fragme fragmento ntoss de vidr vidrio io roto roto no se despr desprend enden en y en caso caso de aguj agujero ero < 75 mm mm diám diám
T e rrm mopane ell e s E s t r u c t u rra ale es s VIDRIO
Comparación Rendimiento Térmico Tipo Cristal
ESPACIO DE AIRE
Cristal flotado incoloro
SHGC
TL
-
%
5.7
0.82
88
2.8
0.72
80
1.8
0.20
10
espesor = 6 mm
TP con cristal incoloro
DESECANTE
U W/m2°C
6 + 10 + 4 mm TP con cristal Supergrey Supergrey más Low-e (cara 3) 6 + 10 + 5 mm
SELLO SECUNDARIO DE SILICONA Fijaci ón mecánica cristales
SELLO PRIMARIO DE POLI-ISOBUTILENO POLI-ISOBUTILENO Barrera de vapor
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C o n t r o l d e l a Ra R a d i a c i ón Solar So l a r
Quiebrasoles para controlar ganancias de calor Para modulación > 1400 resulta insuficiente los quiebraso quie brasoles les en aluzinc aluzinc 0,4 o 05, y es mejor considerar extrusiones de bajos espesores
P r o t e c c i ón a l f u e g o
COMPORTAMIENTO AL FUEGO
• el control del fuego es dif ícil ya que los vidrios se quiebran frente a la exposici ón al fuego, lo que libera calor, humo y baja la temperatura interna; sin embargo entra ox ígeno que contribuye a que el fuego se extienda hacia fuera y arriba. •
La protección tiene como objetivos: objetivos • contener el fuego en el punto de origen • proteger y rescatar a los ocupantes del edificio • limitar daños del fuego y humo • prevenir la falla estructural
Según la NC NCh h 935/ 935/1 la separación entre losas y muro cortina se debe llenar con una soluci ón que sea F-60.- Debe incorporar incorporar barreras de fuego y humo para prevenir la transmisi ón del fuego (lana mineral, pinturas intumescentes, sellantes).•
• Según la OGUC para edificios > 10 pisos, pisos, los dinteles dinteles deben tener > 10% altura del piso, y en el segundo y superiores, con antepechos = 0,90 m. Estos elementos elementos deben ser F-60.•
Se exceptúa lo anterior, si el edificio tiene sistema Sprinkler .
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I n ffii lt lt r a c i o on n de Ag gu ua en la fachada INFILTRACIÓN DE AGUA A. por gra gravvedad B.
por por ene energ rgíía cin cinéética tica
C.
por por tens tensió iónn sup super erfifici cial al
D.
por cap capiilaridad
E.
por por corr corrie ient ntes es de aire aire
F.
por diferencia de presión Ver norma norma NCh 888 sobre sobre Estanquidad al Agua
T rra at a mien t o de Ag gu ua as u vvii a as s s L llu Ecualización de presiones con sistema de junta seca Evitar contacto agua y sello secundario Dvh
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T rra at a mien ntt o d e A g gu ua as s L l u vvii a as s Sello: barrera primaria con junta húmeda
Pantalla de Lluvia (ecualiza presiones)
C o n d e n s a c i ón d e l M u urr o C o rt rt i n a La condensación depende de tres factores importantes: la humedad relativa del aire, la temperatura al interior del edificio y la temperatura del aire al exterior. exterior. Dicho fenómeno sucede en las superficies de cristal o de aluminio cuando la humedad del aire circundante entra en contacto con una superf superfici iciee fría (temperatura de rocío), rocío), produciéndose vapor líquido. La condensación puede limitarse mediante el uso de: • barreras de vapor, vapor, • ventilación del interior del panel, panel, • aislantes en las zonas mas críticas. críticas.
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M a n u a l d e l M u r o C or or t i n a
Especificaciones Técnicas de Materiales y Componentes
P r op o p iie ed da de s ad e s m e c án i c a s d e m a t e r i a l ees propiedad
unidad
CRISTAL
ALUMINIO
ACERO
A6063 T5
A 3724 ES
2.500
2.700
7.850
densidad
Kg/m3
Coef. Dilatación lineal
mm/mm°C
9 x 10-6
23 x 10-6
Módulo elasticidad
Kg/cm2
720.000
700.000
2.100.000
0.22
0.3
0.33
Se rompe por tracci ón
Falla dúctil
Falla dúctil
1.100
3.700
Admisible: 668
2.400
Coef. Poisson Resistencia mecánica Carga rotura
--
-Kg/cm2
11
x 10-6
Falla fr ágil Recocido: 400 Templado: 1600
Carga Trabajo
Kg/cm2
Recocido: 170 momentán. Recocido: 60, permanent. Templado: 500 Laminado: -10% float float monol monol
Admisible Eventual: 89 1
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P o rr q u é s e u s a e l a l u m i n i o ? • excelente excelente relación: relación: resistencia / peso • se puede puede ext extrui ruirr en formas muy complejas • su peso especif especifico ico = 2700 kg/m3 • comportamiento dúctil evita su falla frágil. • la aleaci aleación ón 6063 T5 (con magnesio y silicio).
Recomendaciones de acabados superficiales: ANODIZADOS: • zonas zonas urbanas: urbanas: 15 micrones micrones • zonas zonas costeras: costeras: 18 micrones micrones PINTADOS: • 50 micro micrones nes
S i li li c o n na ica as y por p or or t a n or ntt o r e es s iis ste en n a s s o n n i n o r g á á n s y m u c h o m e j o orr l a a r a d i a c i ó ó n n U V y e l o z o n o
Tipos de
Inorganicos CH 3 O
Si CH 3
Selladores
CH3 O
Si
Silicona
CH 3
Híbridos Híbridos (STPE (STPE & STPU) STPU) Poliuretanos y Polisulfuros
Organicos
Acrílicos Acrílicos (base agua agua y solvente solvente)) Butilos Butilos y Masillas Masillas
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Pr o p pii e d da es cona es stt r u c t u r a all ade s s iill iic
C o m p a t i b i l i d a d A l u m i n i o v s S i li li c o on na • en muros cortina con silicona estructural es indispensable indispensable verificar la adhesión y compatibilidad del sellador con el acabado superficial de los sustratos críticos: Aluminio natural: – NO USAR
Aluminios Anodizados: – plata mate y titanio: titanio: presentan buena adhesión
Aluminios Pintados: – pintados requieren de buena adherencia de de pintura – en algunos casos requieren requieren el uso de de primer
Aluminios con otros acabados: – cromatizado o alodinizado: alodinizado: muestran buena adhesión adhesión
También los otros materiales críticos (cristal, DVH, calzos, backer rod, burletes, burletes, cintas, cintas, etc.) deben ser verficad verficados os en su adhesión y compatibilidad.
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M a n u a l d e l M u r o C or or t i n a
Memoria de Cálculo del Muro Cortina
D i s t r i b u c i ón d e c a r g a as ent o s d e v iie
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(1) ( 1 ) Dise Dis e ño e st Dis s t r u c t u rra al montante
(2) Dis e ño es Dis es t r u c t u r a l t r a v e a ño ( 2 ) Dise es ssa
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(3) ull o d e I n e r c i a s Re Re q u e r i d a s ( 3 ) C ál c u
S i s tt e m a s d e A n c l a j e s • Los anclajes deben permitir una regulación adecuada, adecuada, de manera que puedan absorber las variaciones (en 3 dimensiones) entre las cotas teóricas y las correspondientes a la obra gruesa. • Los Los insertos y anclajes deben ser diseñados para la condición de carga más desfavorable: • insertos embebidos embebidos en el el hormigón • pernos de anclaje (más difícil inspeccionar en altura) • deformació deformaciónn máxima máxima anclaje anclaje < 1/8” 1/8” (3.2 mm) mm) • verificar estructuralmente estructuralmente placas, pletinas, tornillos, tornillos, soldaduras • Tolerancia admisible en vertical y horizontal (según norma Iram): • +/- 3 mm cada cada 6 metro metross • +/- 15 mm para la altura altura total o el largo largo total de una fachada fachada liviana • Recomendaciones para los anclajes: • espesor mínimo = 5 mm y galvanizado galvanizado mínimo = 40 micrones micrones • bulones y tornillos: diámetro diámetro mínimo = 12,5 mm • colocar elemento separador: separador: acero / aluminio para evitar corrosión corrosión • Se recomienda que el fabricante del M.C. haga la provisión y la supervisión supervisión de la instalación de insertos.
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S i s tt e m a s d e A n c l a j e s
Normas Técnic as re ell e v a n ntt e s •
OGUC: OGUC: Ordenanza General define las normas técnicas obligatorias.
•
NCH:: normas técnicas chilenas voluntarias NCH
•
ASTM: ASTM: normas técnicas Usa, American Standard Testing Material
•
AAMA: AAMA: normas técnicas Usa, American Architectural Manufacturing Asociation
•
ISO: ISO: normas técnicas Europa, International Standard Organization
•
NBR / IRAM: IRAM: normas técnicas de Brasil y de Argentina
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AGRADECEMOS SU PARTICIPACION
[email protected] Septiembre 2006
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