prNCh3393: Paneles Estructurales Aislantes - Requisitos

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PROYECTO DE NORMA EN CONSULTA PUBLICA – prNCh3393
Paneles estructurales aislantes – Requisitos y métodos de ensayo
Preámbulo
El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el estudio y
preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL
ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE
NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos organismos.
Este proyecto de norma se estudió a través del Comité Técnico CL034/SC1 Ingeniería Estructural,
para determinar la los requisitos mínimos para la fabricación de paneles SIP.
Por no existir Norma Internacional, este proyecto de norma está basado en antecedentes nacionales
proporcionados por el Comité Técnico.
Si bien se ha tomado todo el cuidado razonable en la preparación y revisión de los documentos
normativos producto de la presente comercialización, INN no garantiza que el contenido del
documento es actualizado o exacto o que el documento será adecuado para los fines esperados por
el Cliente.
En la medida permitida por la legislación aplicable, el INN no es responsable de ningún daño directo,
indirecto, punitivo, incidental, especial, consecuencial o cualquier daño que surja o esté conectado
con el uso o el uso indebido de este documento.
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1. Alcance y campo de aplicación
1.1 Esta norma establece los requisitos mínimos que deben cumplir las materias primas que serán
empleadas para la fabricación de Paneles Estructurales Aislantes de espesor mayor que 75 mm.
1.2 Esta norma establece los requisitos físicos, mecánicos y geométricos de los elementos
terminados de Paneles Estructurales Aislantes, destinados a uso estructural en elementos tales
como muros, pisos o estructura de techumbre, entre otros.
1.3 Esta norma establece, además, las condiciones requeridas de transporte y acopio de los
paneles estructurales aislantes.
2. Referencia normativas
Los documentos referenciados siguientes son indispensables para la aplicación de esta norma. Para
referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para referencias sin fecha, se aplica la última
edición del documento referenciado (incluyendo cualquier enmienda).
Arquitectura y construcción – Paneles prefabricados – Ensayo de compresión
Arquitectura y construcción – Paneles prefabricados – Ensayo de carga
horizontal
NCh803
Arquitectura y construcción – Paneles prefabricados – Ensayo de flexión
NCh804
Arquitectura y construcción – Paneles prefabricados – Ensayo de impacto
NCh805
Arquitectura y construcción – Paneles prefabricados – Ensayo de penetración
NCh806
Arquitectura y construcción – Paneles prefabricados – Clasificación y
requisitos
NCh1905
Poliestireno expandido – Ensayos
NCh2148
Madera laminada encolada estructural – Requisitos e inspección
ASTM D-7446
Standard Specification for Structural Insulated Panel (SIP) Adhesives for
Laminating Oriented Strand Board (OSB) to Rigid Cellular Polystyrene
Thermal Insulation Core Materials
ASTM D-2559
Standard Specification for Adhesives for Structural Laminated Wood Products
for Use Under Exterior (Wet Use) Exposure Condition
ASTM E-1803
Standard test methods for determining strength capacities of structural
insulated panes
ANSI/APA PRS 610.1 Standard for Performance-Rated Structural Insulated Panels in Wall
Applications
APA R T2006P-33
Standarization testing of structural insulated panel association, Gig Harbor,
Washington
NCh801
NCh802
3. Términos y definiciones
3.1 Paneles Estructurales aislantes; Paneles SIP (por sus siglas en inglés “Structural Insulated
Panel”): paneles estructurales aislantes, conformados por un nucleo sin uniones, de material
aislante térmico rígido y dos placas de comportamiento mecánico homogéneo; materiales que van
unidos con un adhesivo permanente de uso estructural, logrando un elemento solidario con
capacidad para absorber solicitaciones estructurales.
3.2 Panel: componente prefabricado de una edificación, manejable como una pieza. Generalmente
cuando se coloca vertical, su altura corresponde a la altura de piso a cielo.
3.3 Placa: elemento componente del panel SIP, envolvente que posee la característica de confinar
el aislante térmico rígido y otorgar el comportamiento mecánico requerido, según su espesor.
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3.4 Aislante térmico rígido; aislante: elemento componente del panel SIP, núcleo que es capaz de
soportar solicitaciones térmicas y deformaciones compatibles con los requisitos establecidos en esta
norma.
3.5 Adhesivo: sustancia componente del panel SIP, adherente utilizado para unir las placas al
aislante térmico rígido.
3.6 Rectitud: condición de un elemento consistente en la rectangularidad de sus ángulos.
3.7 Planeidad: calidad de plano. Relación entre el largo y la flecha al centro del elemento.
3.8 Ensayos para panel SIP: pruebas de control tendientes a garantizar la calidad de producción de
paneles SIP, ver 6.2.
3.9 Lote: cantidad definida de paneles SIP, fabricados bajo condiciones uniformes.
3.10 Muestra: conjunto de uno o más paneles SIP extraídos aleatoriamente de un lote, según Tabla
5.
3.11 Probeta: sección de panel SIP, placa o aislante térmico rígido, destinado a ser sometido a
ensayos con el fin de conocer las características mecánicas definidas en esta norma.
4. Requisitos
4.1. Elementos que componen el panel SIP
Los elementos que forman parte de los paneles SIP, deben cumplir con los requisitos que se
detallan a continuación.
4.1.1. Placa
4.1.1.1 Requisitos mecánicos
Las placas que componen el panel deben ser mecánicamente homogéneas. Esto se aplica a ambas
placas, las que deben presentar igual comportamiento mecánico dentro de los parámetros
establecidos para su aplicación, verificados por ensayos de tracción y compresión según 6.1.1.1.
Las placas ensayadas deben cumplir con los requisitos mecánicos establecidos en Tabla 1.
Tabla 1 - Requisitos mecánicos para placas
Requisitos mecánicos
Valores mínimos
Resistencia a la tracción
4000
Resistencia a la compresión
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kg
m
kg
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m
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4.1.1.2 Requisitos geométricos
Las placas utilizadas en la fabricación de los paneles SIP deben cumplir con los requisitos
geométricos establecidos en Tabla 2.
Tabla 2 - Requisitos geométricos para placas
Requisitos Geométricos
Espesor
Largo
Ancho
Rectitud
Valor
± 0,8 mm
± 4 mm
± 4 mm
max 1,5 mm por metro
diagonal
4.1.2. Aislante térmico rígido
4.1.2.1 Requisitos mecánicos
El material aislante que conforma el núcleo del panel SIP debe cumplir con los requisitos mecánicos
especificados en Tabla 3
Tabla 3 - Requisitos mecánicos del aislante térmico rígido
Requisitos Mecánicos
Valores mínimos
Resistencia a la tracción
Resistencia al corte
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kg
cm3
kg
1,0
cm 2
kg
0,6
cm 2
15
Densidad aparente
4.1.2.2 Requisitos geométricos
Las dimensiones del material aislante determinadas de acuerdo a 6.1.2, deben cumplir con los
requisitos geométricos especificados en Tabla 4
Tabla 4 - Requisitos geométricos del aislante térmico rígido
Requisitos Geométricos
Espesor
Largo
Ancho
Rectitud
Tolerancia
máximo 2 mm
± 2 mm
± 2 mm
máximo 1,5 mm por metro
diagonal
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4.1.3 Adhesivo
Se debe usar el gramaje recomendado por el fabricante y su aplicación debe ser homogénea. Para
una mejor impregnación de las superficies se debe mantener la limpieza de las placas y de las caras
del núcleo. Además, los adhesivos deben cumplir con al menos una de las condiciones siguientes:
a) cumplir con los requisitos establecidos en ASTM D7446;
b) cumplir con los requisitos establecidos en ASTM D2559, y los requisitos establecidos en 6.2.1.2 y
Tabla 3;
c) cumplir con los requisitos establecidos en NCh2148, cláusulas A.1 y A.2, y los requisitos
establecidos en 6.2.1.2 y Tabla 3.
Para la fabricación de paneles SIP no se deben utilizar adhesivos que contengan combinaciones
con urea-formaldehido o acetato de polivinilo (PVA).
4.2. Panel SIP
4.2.1 Caracterización mecánica
La caracterización mecánica de paneles SIP se debe realizar de acuerdo a NCh806.
Para valores de espesor no disponible, se deben usar valores de configuración con un espesor
inferior.
4.2.2 Requisitos mecánicos
Las probetas de paneles SIP ensayadas (ver 6.2.1), deben cumplir los requisitos mínimos indicados
en Tabla 5.
Tabla 5 - Requisitos mecánicos de probetas SIP
Requisitos
Mecánicos
Tracción
Corte
Flexión
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Unidad
σ rotura
kgf
cm 2
kgf
cm 2
kgf
m
1,0
20%
0,6
20%
900
20%
% defectuosos aceptable
4.2.3 Requisitos geométricos
Las dimensiones determinadas según 6.2.2, deben cumplir con los requisitos geométricos
establecidos en Tabla 6
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Tabla 6 - Requisitos geométricos de los paneles SIP
Requisitos Geométricos
Espesor
Largo
Ancho
Planeidad
Rectitud
Alineamiento Cara Cara
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Tolerancia
Máximo 4 mm
± 4 mm
± 4 mm
Flecha max
L
1000
Máx. 1,5 mm por metro diagonal
4 mm una cara contra otra
4.2.4 Requisitos de fabricación
Para determinar el tiempo y la fuerza en el proceso de prensado, se debe realizar de acuerdo a la
indicación del fabricante de forma que se permita el fraguado del adhesivo.
El prensado se debe efectuar sobre una superficie estable y de óptima planeidad.
En caso de pre-corte o rebaje de paneles, el fabricante debe tomar las precauciones que
correspondan para mantener las condiciones iniciales.
Los paneles SIP deben estar protegidos en contra de la humedad directa, golpes por mala
manipulación y/o daños en los bordes.
5. Muestreo
El muestreo para la producción mensual de paneles SIP se debe realizar de acuerdo a lo indicado
en Tabla 7.
Tabla 7 - Muestreo de producción
Tamaño del Lote.
(Nº de paneles)
Hasta 150
151 a 1 200
Más de 1 200
Tamaño de la Muestra
(Nº de paneles)
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Figura 1 - Esquema de extracción de probetas
Definido el tamaño de muestras, se debe extraer el número de probetas siguientes (ver Figura 1):
-
5 probetas para ensayo de corte; probetas para corte (PC): de dimensiones 5 cm de ancho por
un largo de, al menos, 5 veces el espesor del panel, y del espesor del panel;
-
10 probetas para ensayo de tracción; probetas para tracción (PT): de dimensiones 5 cm de
largo, 5 cm de ancho y del espesor del panel. Las placas deben tener una sección de 5 cm por
6,5 cm, como se muestra en la Figura 8;
-
5 probetas para ensayo de flexión; probetas para flexión (PF): de dimensiones 5 cm de ancho
por un largo de 122 cm y del espesor del panel.
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Figura 2 - Detalle de medidas y formas de las probetas
6. Ensayos
6.1. Ensayos para elementos componentes del panel SIP
6.1.1. Placa
6.1.1.1 Ensayos mecánicos
Para caracterizar el material a ensayar, se requiere un mínimo de 5 probetas para los ensayos de
tracción y 5 probetas para los ensayos de compresión, extraídas según clausula 5.
Las pruebas de resistencia a la tracción y a la compresión de las placas se deben hacer en probetas
en estado seco. El espesor, el ancho, y la longitud de cada muestra deben ser medidos con una
precisión no menor que 0,02 mm. Las probetas para los ensayos a compresión y tracción, deben ser
de sección transversal rectangular. Las probetas deben tener un espesor igual que el material a
probar.
Cuando el material no sea homogéneo, los ensayos se deben realizar sobre probetas con las fibras
en ambas direcciones.
La carga se debe aplicar a través de una celda de carga, a velocidad constante, de manera de
producir la rotura en un tiempo comprendido entre 3 min y 10 min de aplicada la carga. Se debe
registrar la carga máxima de rotura y calcular el esfuerzo de rotura en kg por metro lineal de placa.
El informe debe especificar el espesor de las probetas ensayadas. Se deben verificar los siguientes
ensayos:
a) Ensayo de tracción
Las probetas se preparan como se muestra en la Figura 3. El ancho mínimo de la sección
reducida y el espesor se utilizan para calcular el área de la sección transversal neta para
determinar el esfuerzo de rotura.
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Figura 3 - Ensayo de placas a tracción
b) Ensayo de compresión
El ancho de la placa debe ser mayor o igual que 25 mm y el largo debe ser menor o igual que
siete veces el espesor. Las superficies de los extremos de la muestra deben ser lisas, paralelas
entre sí y en ángulo recto a la longitud.
Figura 4 - Ensayo de placas a compresión
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6.1.1.2 Ensayos de medición geométrica
Para caracterizar el material geométricamente, se deben realizar las siguientes mediciones:
a) Largo: se debe medir, L1 a 50 mm del borde, L2 al centro y L3 a 50 mm del borde (ver Figura 5).
No se permite medir en lugares dañados. Se debe calcular el promedio de las tres dimensiones,
el que debe cumplir con las tolerancias establecidas en Tabla 2.
Figura 5 - Esquema de medición placas - largo
b) Ancho: se debe medir, L1 a 50 mm del borde, L2 al centro y L3 a 50 mm del borde (ver Figura
6). No se permite medir en lugares dañados. Se debe calcular el promedio de las tres
dimensiones, el cual debe cumplir con las tolerancias establecidas en tabla 2.
Figura 6 - Esquema de medición placas – ancho
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c) Espesor: se debe medir en cuatro puntos distintos, en el medio de cada lado de la placa y a 25
mm de los bordes (ver Figura 7). No se permite medir en lugares dañados. Calcular el promedio
de las cuatro dimensiones, el cual debe cumplir con las tolerancias establecidas en tabla 2.
Figura 7 - Esquema de medición placas – espesor
d) Rectitud: se debe medir cualquiera de las diagonales (ver Figura 8) y calcular la diferencia entre
D1 y la diagonal del rectángulo de medidas nominales. La diferencia debe ser menor que 1,5
mm por metro de la diagonal del rectángulo de medidas nominales, según Tabla 2.
Figura 8 - Esquema de medición placas - rectitud
6.1.2 Aislante térmico rígido
El material aislante debe ser ensayado según se especifica a continuación:
a) la densidad se debe medir de acuerdo con NCh1905;
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b) la resistencia al corte se debe medir de acuerdo a 6.2.1.1;
c) la resistencia a la tracción se debe medir de acuerdo a 6.2.1.2;
d) las dimensiones geométricas se deben medir de acuerdo a NCh1905.
Los ensayos deben cumplir con los requisitos mecánicos especificados en Tabla 3 y los requisitos
geométricos especificados en Tabla 4.
6.1.3 Adhesivo
Para efectos de esta norma no se establece un ensayo en particular para el adhesivo, sin embargo
su desempeño debe ser verificado con el cumplimiento de los ensayos que se establecen en 6.2.1.1
y 6.2.1.2
6.2. Ensayos para panel SIP
6.2.1. Ensayos mecánicos
Se deben ensayar las 5 probetas a corte (PC), las 10 probetas a tracción (PT) y las 5 probetas a
flexión (PF) extraídas de acuerdo a lo indicado en la cláusula 5. Los esquemas de ensayos se
muestran en las Figuras 9, 10 y 11.
6.2.1.1 Ensayo de corte
Las probetas deben ser acondicionadas durante las 24 h previas al ensayo.
El largo de la probeta debe ser como mínimo 5 veces el espesor del panel. La carga se debe aplicar
a través de una celda de carga, a una velocidad constante, de manera de producir la rotura en un
tiempo comprendido entre 3 min y 10 min desde el inicio de la aplicación de la carga, ver Figura 9.
Se debe registrar la carga máxima de rotura y calcular el esfuerzo de rotura en kg/cm 2 .
Para el cálculo del esfuerzo máximo de corte se debe dividir la fuerza máxima de rotura (kgf) por el
área de acción de la carga (ancho multiplicado por el largo de la línea de acción de la carga, ver
Figura 9). Se debe registrar el tipo de falla y su porcentaje de influencia en la rotura de la probeta
(aislante térmico rígido, adherencia, deslaminación de la placa).
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Figura 9 - Ensayo de corte de probetas SIP
6.2.1.2 Ensayo de tracción
Las probetas deben ser acondicionadas durante las 24 h previas al ensayo. La carga se debe
aplicar a través de una celda de carga (ver Figura 10), a una velocidad constante, de manera de
producir la rotura en un tiempo comprendido entre 3 min y 10 min desde el inicio de la aplicación de
la carga.
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Figura 10 - Ensayo de tracción de probetas SIP
Se debe registrar la carga máxima de rotura y calcular el esfuerzo de rotura en kg/cm 2 . Se debe
registrar el tipo de falla y su porcentaje de influencia en la rotura de la probeta (núcleo, adherencia,
deslaminación de la placa).
6.2.1.3 Ensayo de Flexión
Las probetas a flexión (PF) deben ser acondicionadas durante las 24 h previas al ensayo.
El mecanismo de aplicación de la carga es el descrito en la Figura 11. La carga se debe aplicar a
través de una celda de carga, a una velocidad constante, de manera de producir la rotura en un
tiempo comprendido entre 3 min y 10 min desde el inicio de la aplicación de la carga.
Se debe registrar la carga máxima de rotura (las deformaciones no deben superar el espesor de la
probeta y, se considera como carga máxima de rotura la carga en el momento en que la
deformación alcance el espesor de la probeta).
Se debe calcular la carga de rotura por metro lineal de panel dividiendo la carga máxima de rotura
(kgf) por el ancho de la probeta (0,05 m).
Se debe describir el tipo de falla y donde ocurre.
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Figura 11- Ensayo de flexión de probetas SIP
6.2.2 Ensayos de medición geométrica
El espesor, largo, ancho y rectitud deben ser medidos según se indica en 6.1.1.2.
a) Planeidad: se debe medir en sentido longitudinal y sentido transversal. F1 a 50 mm del borde,
F2 a 50 mm del borde (ver Figura 12). No se debe medir en lugares dañados. Calcular el
promedio de las dos medidas longitudinales y las dos transversales en forma separada.
Figura 12 - Esquema de medición panel SIP - planeidad
b) Alineamiento cara cara: se debe medir en cualquier parte del panel. No se debe medir en
lugares dañados. La distancia entre caras, D, no debe ser mayor que lo indicado en Tabla 6
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Figura 13 - Esquema de medición panel SIP - Alineamiento cara a cara
En Anexo A se establecen, recomendaciones para la ejecución de ensayos no contenidos dentro de
esta norma a paneles SIP, de acuerdo a las normas NCh801, NCh802 y NCh804.
7 Resultados
Para cada muestra de panel, se acepta un máximo de 20% de probetas defectuosas por tipo de
ensayo, y no más de un panel rechazado por muestra.
En caso de rechazo de la muestra se debe repetir el muestreo y el número de ensayos para el
mismo lote.
Si el remuestreo es rechazado se rechaza el lote.
El lote rechazado deberá ser identificado por medio de una marca clara y visible, y solo se podrán
destinar a uso no estructural.
8. Informes de ensayo
El informe de ensayo, debe contener al menos lo siguiente:
8.1 Identificación del panel de ensayo
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- marca, tipo, fecha de fabricación;
- dimensiones nominales del panel SIP;
- Dimensiones según 6.2.2, materiales y características constructivas.
8.2 Resultados de los ensayos
- ensayo de corte, según 6.2.1.1;
-
tiempo comprendido entre el inicio de aplicación de la carga y la rotura en min.;
-
carga máxima de rotura.
- ensayo de tracción, según 6.2.1.2;
-
tiempo de mantención de la carga;
-
velocidad nominal de aplicación de la carga;
-
carga de ensayo máxima.
c) ensayo de flexión, según 6.2.1.3:
-
tiempo de mantención de la carga;
-
velocidad nominal de aplicación de la carga;
-
gráfico carga/deflexión.
El fabricante debe mantener registros de los informes de ensayos. Los registros deben estar
disponibles.
9. Marcado
El marcado del panel SIP se debe realizar de acuerdo a uno de los sistemas siguientes:
a) etiqueta impresa;
b) etiqueta autoadhesiva o marbete adherido;
c) incorporado en la Guía de Despacho.
El marcado debe contener, al menos, la información siguiente:
a) identificación del proveedor o fabricante;
b) identificación del tipo de panel y sus valores mecánicos según puntos 4.2.1 y 6.2.1;
c) cumplimiento con esta norma.
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Independiente del sistema de marcado que se utilice, la información contenida en la etiqueta debe
estar en idioma español, con caracteres y que permita identificar la unidad, lote o partida a los
cuales hace referencia.
10. Carga y transporte
El método de carga ideal es mediante grúa horquilla. Para el transporte se deben tomar las mismas
precauciones mínimas que se consideran para el acopio, ver cláusula 11.
11. Acopio y manipulación
Los paneles se deben agrupar u ordenar en paquetes enzunchados y protegidos de los posibles
deterioros debido al transporte y manipulación.
Para el acopio de paneles SIP se deben considerar las recomendaciones siguientes:
a) deben ser acopiados en lugares limpios y secos;
b) deben ser acopiados apoyados en tres partes como mínimo, sobre una superficie nivelada y
seca;
c) en zonas de lluvia se debe acopiar bajo techo, o cubiertos con polietileno u otro material que
permita aislarlos de la lluvia;
d) no se debe apilar más de 20 paneles, pues se pueden provocar efectos de aplastamiento en el
primer panel, ver Figura 14;
e) se deben proteger los bordes del panel.
Figura 14 - Esquema de apilación de paneles SIP
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Anexo A
(Informativo)
Recomendaciones para la ejecución de ensayos mecánicos a paneles SIP
Los paneles deben ser ensayados como una unidad estructural independiente, sin considerar
bastidores perimetrales o estructura adicional al panel como elemento autosoportante.
Nota: Los valores obtenidos de estos ensayos caracterizan las propiedades mecánicas del panel
SIP, y no necesariamente las propiedades mecánicas del sistema constructivo.
A.1 Compresión
El ensayo de compresión se debe efectuar de acuerdo a NCh801. Se debe aplicar la carga con una
excentricidad a 1/3 del espesor del panel.
A.2 Corte
El ensayo de corte (carga horizontal) se debe efectuar de acuerdo a NCh802 en base a un panel. La
solera superior (donde se aplica la carga) e inferior deben ir fijas al panel, según el sistema de
fijación especificado por el fabricante. El tope inferior debe entrar en contacto con las caras
exteriores del panel. Se deben usar tensores.
A.3 Impacto
El ensayo de impacto se debe efectuar de acuerdo a NCh804.
El fabricante debe identificar los ensayos de fabricación que correspondan al lote ensayado.
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Anexo B
(Informativo)
Bibliografía
ASTM D-3501-94
ASTM D-1037-99
ASTM C297/C297M
ASTM C273/C273M
ASTM C393/C393M
NCh1905
Standard Test Method for Wood-Based Structural Panels in
Compression
Standard Test Method for Evaluating Properties of Wood-Based Fiber
and Particle Panel Materials
Standard Test Method for Flatwise Tensile Strength of Sandwich
Constructions
Standard Test Method for Shear Properties of Sandwich Core
Materials
Standard Test Method for Core Shear Properties of Sandwich
Construction by Beam Flexure
Poliestireno expandido – Ensayos
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