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PANELES DE REVESTIMIENTO VENTILADOS: OPCIONES DE FACHADA PARA LOGRAR CONDICIONES DE BARRERA

English | Translation Sponsored by Nox-Crete Products Group

by James Baty, FACI, FTCA

¿Qué es una condición de barrera?

En las últimas décadas, los equipos de construcción han puesto más atención al desempeño de la unidad estructural. Esta atención ha hecho que los profesionales del diseño busquen información sobre soluciones críticas de los fabricantes, contratistas y de las industrias mismas, para aprender sobre el desempeño aceptable de una barrera en diferentes condiciones climáticas.

La condición de barrera más conocida requerida por las unidades estructurales es la de la humedad. El control de la humedad afecta el confort del clima interior y la eficacia del sistema mecánico. Y quienes están familiarizados con la tabla psicométrica saben que la humedad es una función del volumen de vapor de agua y la temperatura del aire. Mientras más alta sea la temperatura del aire, mayor volumen de agua puede retener. A medida que aumenta el volumen de agua transportado por el aire, aumenta la humedad y, por lo tanto, la presión cambia en la unidad estructural de la construcción ya que se crea presión de vapor de agua de cálido-húmedo a frío-seco, extraído por los sistemas mecánicos que intentan enfriar o acondicionar el clima interior de acuerdo con lo anterior. Sin embargo, la humedad fue solo el inicio del aumento en la atención del desempeño de las unidades estructurales.

Durante los años 80 y 90, las investigaciones sobre unidades estructurales dilapidadas y endebles (construidas en su mayoría con sistemas de mampostería e interiores afelpados de tablarroca) revelaron que la humedad generada por el viento podía entrar a las unidades porosas y endebles y si no se alejaba del interior, podía exacerbar las condiciones para moho y hongos y fomentar una gran cantidad de otros problemas de mantenimiento.

Empezando con el Código Internacional de Conservación de Energía (IECC) de 2009, las unidades estructurales para la nueva construcción en una amplia sección representativa de las regiones climáticas de Norteamérica, se convirtieron en sujeto de requisitos de aislamiento más estrictos. La barrera térmica para el control de temperatura fue el foco una vez más y, por primera vez, el aislamiento continuo se volvió característico en los requisitos.

Finalmente, en 2012, el IECC añadió un lenguaje más estricto al diseño y construcción de unidades estructurales en un nuevo requisito para barreras de aire continuas. Las unidades estructurales a lo largo de Norteamérica tenían que evaluarse en control de movimiento del aire, asegurándose de que las construcciones cumplieran con un componente de infiltración de aire general máximo que sería medido por una prueba de Blohridor donde fuese necesario (si los componentes de la unidad no podían validar dicho control).

La suma de estas medidas asigna una responsabilidad significativamente más grande en el arquitecto y en el ingeniero mecánico cuando intentan ser creativos con la configuración de la unidad estructural y especialmente cuando introducen soluciones nuevas a los programas de construcción en los que de lo contrario tienen experiencia.

Unidades estructurales: la suma total de las partes

Siempre se ha debatido esta frase, pero verdaderamente, ¿es el total mayor que la suma de sus partes? En el caso de las unidades estructurales, esto no es en absoluto cierto. El problema que enfrentan la mayoría de las unidades estructurales es que el total construido tiene debilidades inherentes. Las partes ensambladas, es decir, la suma, producen huecos o tienen componentes ineficaces o ineficientes. 

En “The Perfect Wall: Ultra efficient, to ensure energy will last for our grandchildren” (El muro perfecto: ultra eficiente para asegurar que la energía durará para nuestros nietos) (ASHRAE Journal, mayo de 2008), el autor y gurú de la ciencia de la construcción, el Dr. Joseph Lstiburek, abordó el problema creciente de las unidades estructurales que usan materiales inferiores para crear expresiones estéticas modernas. “A medida que cambiamos nuestra tecnología de la construcción para justificar las realidades del nuevo costo de energía”, escribió el Dr. Lstiburek, “nos espera un mundo de dolor en términos de corrosión, putrefacción, moho y otro deterioro ocasionado por la humedad”. 

Figure 1: “The Perfect Wall” or “Face-drained System” – In concept, the perfect wall has the rainwater control layer, the air control layer, the vapor control layer and the thermal control layer on the exterior side of the structure.  The insulated tilt-up sandwich panel places all four systems integral in one unit that is easily maintained at each vertical joint.

Esta tecnología a la que se refirió en 2008 fue la llegada de productos de madera modificada, sistemas de cavidad y ensambles complejos de unidades estructurales que aprovechan los productos de fibra de celulosa, que absorben o dispersan la humedad a través de ensambles de muro. Sin embargo, esto no es tan diferente de los ensambles de muro de los años 80 y 90, donde las personas observaban problemas de humedad que ocasionaban que se derrumbaran estructuras enteras o se quitaran sus fachadas, en lugar de unidades de alto rendimiento con un nuevo requisito, “el panel de revestimiento ventilado”.

A lo que el Dr. Lstiburek se refirió como “el muro perfecto” es aquel donde realmente el total no es menor que y es probablemente mayor que, la suma de sus partes. Dicho muro se debe medir por su capacidad de brindar control de lluvia, control de aire, control de vapor y control térmico. En su reporte, dicho muro es aquel que tiene una capa de revestimiento exterior (estética y protección), una capa de control (térmico y de humedad) y una capa estructural interior. El Dr. Lstiburek escribió, “El mejor lugar para las capas de control es ubicarlas en el exterior de la estructura para protegerla (Figura 1). Cuando construíamos con rocas, las rocas no necesitaban mucha protección. Cuando construimos con acero y madera necesitamos proteger el acero y la madera. Y como la mayoría de las cosas malas vienen del exterior, el mejor lugar para controlar las cosas malas es afuera de la estructura antes de que lleguen a la estructura”.

En esta nueva era, el Dr. Lstiburek ha encontrado una debilidad inherente en muchas tecnologías de construcción, las fachadas de componentes múltiples construidas de una amplia variedad de materiales porosos, suaves y modulares. Aunque estos materiales se reúnen y detallan para hacer una unidad estructural armoniosa, siguen siendo solo eso, un ensamble construido. El proceso de construir capas individuales, instaladas por múltiples oficios, secuenciadas en capas unas arribas de otras y después sujetadas para durabilidad, este proceso deja muchas rutas para el fallo de desempeño de la unidad. Lo que es un poco desconcertante es que lo que estaba disponible para el Dr. Lstiburek entonces, sigue estando disponible en el mercado ahora… y hasta ha seguido evolucionando.

Muro perfecto para una barrera perfecta

El método de “muro perfecto” del Dr. Lstiburek obtiene resultados y cumple con los requisitos de perfil de barrera. Va unido a la descripción de la “barrera perfecta”, descrita por el Dr. John Straube de RDG Building Science Inc, autor de “Maintenance and Inspection Manual for Precast Concrete Building Enclosures” (Manual de mantenimiento y de inspección para el cerramiento de edificios de concreto prefabricado) (Canadian Precast/Prestressed Concrete Institute [CPCI], junio de 2016). 

En este manual de CPCI, el Dr. Straube establece que los sistemas de muros prefabricados modernos ofrecen la mejor protección y cumplen completamente el propósito de un panel de revestimiento ventilado. Los sistemas de muros prefabricados hacen esto sin usar sistemas vastos de sistemas de recolección y eliminación encontrados en unidades estructurales menores de componentes múltiples. Las unidades estructurales, explica el Dr. Straube, cumplen tres funciones físicas principales para la separación ambiental. Estas funciones son apoyo, control y acabado. El apoyo es, básicamente, estructural y el acabado es el aspecto estético. Sin embargo, el control es con frecuencia lo más complicado, ya que debe existir entre el apoyo y acabado y, en muchos casos, debe existir a pesar del apoyo y acabado. De hecho, el control como función física fue un problema identificado en los años 80 y 90, ya que se sacrificaba el control a favor de combinar apoyo y acabado dentro de un marco de trabajo más eficaz y económico.

“Para el desempeño físico”, escribe el Dr. Straube, “las funciones de control de caja más comúnmente requeridas incluyen la resistencia a: penetración de lluvia, flujo de aire, transferencia térmica, condensación, propagación de fuego y humo, transmisión de sonido y luz (incluyendo vista, calor solar y luz del día, infestación de insectos, penetración de partículas y acceso humano)”. Esta lista es integral y demuestra la complejidad que con frecuencia se omite cuando un sistema de construcción se elige por su estética exterior, cuando la configuración del espacio interior y la estética se determinan mucho después. La durabilidad de un edificio, como lo indica el Dr. Straube, se ve impactada enormemente por su capacidad de resistir las presiones elementales de la lluvia, aire, calor y vapor. Por ello, los paneles de revestimiento ventilados.

Como el Dr. Straube continúa explicando en el manual, una buena respuesta al complejo problema de control vista en las fachadas duraderas se encuentra con frecuencia en las unidades estructurales prefabricadas. Como se encuentra en los Requisitos del código de construcción de concreto de estructuras (ACI 318), prefabricado se refiere a elementos de muro en la planta y en el sitio (incluyendo tilt-up) que son no pretensados o pretensados. El Dr. Straube teoriza que, para los ensambles de muro prefabricados, la función de control se presenta en una de dos maneras: fachadas de frente sellado o fachadas drenadas. “Una fachada de frente sellado es un tipo de método de control de lluvia y aire de ‘barrera perfecta’”, escribe. “El control de penetración de la lluvia ocurre en el frente exterior del sistema usando los paneles de concreto y las juntas del sellador”. Y después, “para acomodar las juntas entre los paneles, se ha promovido el concepto de una junta drenada o un sello de dos etapas”. Eso es (particularmente en adecuación, mantenimiento y hasta en configuraciones más antiguas ampliamente usadas), las juntas entre los paneles se ven de forma separada, incorporando un método de panel de revestimiento ventilado drenado.

Por lo tanto, para el Dr. Straube, al diseñador se le dan opciones con los sistemas de muro prefabricados (tilt-up) para lograr un método efectivo y duradero para controlar los impactos ambientales que de lo contrario requieren sistemas de paneles de revestimiento ventilados en ensambles de múltiples capas.

Definiciones opcionales para incluir en la pieza del manual de Straube:

Sistema de barrera o barrera perfecta – Término general usado para describir un método de control de lluvia que depende de la perfección de un solo plano de materiales para resistir la penetración de agua de lluvia. Se usan comúnmente dos tipos, frente sellado y barrera oculta. Vea la figura 2.

Figure 2 – Three-dimensional representation of a Face-Sealed Joint, common to the tilt-up industry, with a supportive concealed joint back-up system, oriented vertically between tilt-up panels.  Note the integration of the “Perfect Barrier” components of the monolithic sandwich panel construction.

Panel de revestimiento drenado – Estrategia de control de lluvia de caja de una construcción que acepta que algo de agua penetrará en la superficie exterior (el revestimiento, que “filtra” la lluvia) y dirige el agua de vuelta al exterior por drenaje de gravedad sobre un plano de drenaje a través de una hendidura de drenaje y sale por botaguas y agujeros de drenaje. También se llama panel de revestimiento ventilado. Vea la figura 3.

Figure 3 – Three-dimensional representation of a Two-Stage Drained Joint, made possible by pressing the backer rod deeper into the panel joint prior to caulking, caulking the lower joint system first back to the depth of the recess and then completing the caulking on the upper section.  Detail is less common but possible in tilt-up projects.

Las unidades estructurales de tilt-up aisladas ofrecen verdaderos paneles de revestimiento ventilados

En el manual del Dr. Straube y en el artículo del Dr. Lstiburek, el desempeño de la unidad estructural aborda más directamente las condiciones para oficinas, construcciones de uso mixto o residencias multifamiliares. Es en estas estructuras donde las configuraciones de ensambles de unidad estructural son con frecuencia las más complejas y la capa de control se interrumpe, pierde o ignora. Aquí es donde el tilt-up se separa de la discusión general. En las estructuras de tilt-up, sin importar el programa de construcción, el concepto básico es un panel continuo desde la zapata hasta el techo o en las estructuras de altura media, se limitan a una junta horizontal, como en la configuración 4/2 para un edificio de oficinas de seis pisos con un panel de cuatro pisos que soporta un panel de dos pisos. De lo contrario, los paneles de tilt-up han excedido ahora los 110 pies de altura y siguen restringiéndose en altura y anchura simplemente por el tamaño de grúa disponible (o elegida por motivos económicos) para el proyecto.

Figure 4

En los paneles de concreto de tilt-up, el otro punto importante de separación de la discusión general de prefabricación es la entrega de los diseños de panel de muros sándwich aislados. Tilt-up tiene décadas de experiencia con las unidades estructurales ofreciendo un 100% de separación entre las dos capas de concreto con una capa de poliestireno extrusionado, poliestireno expandido o, en algunos programas de construcción, un aislamiento de poliisocianurato. Estos ensambles de placa de aislamiento rígida ofrecen la solución más completa a los requisitos de 2012 y posteriores del IECC de aislamiento continuo en cualquier región climática (los IECC anteriores tenían requisitos para porciones de climas). En combinación con la continuidad monolítica de las capas de concreto reforzado con un grosor exterior mínimo de 2.5 pulgadas y una capa estructural o interior mínima de 4.5 pulgadas, el panel sándwich de tilt-up aislado combina todos los elementos requeridos de la capa de control en un solo sistema de frente sellado (Straube). Es entonces la decisión del equipo de diseño en conjunto con el equipo de construcción determinar la mejor solución para las juntas del panel con base en la especificación del material. Usando sistemas de juntas de poliuretano tradicionales para sellar los frentes exteriores e interiores de las juntas de los paneles, el exterior logra un parámetro de frente sellado y el interior está aún más protegido por un sistema de respaldo.

Sin embargo, la pregunta del mantenimiento de la junta y el ciclo de vida de los selladores de la junta sigue siendo útil para determinar si se debe usar el detalle de la junta del frente sellado (figura 2) o una configuración del detalle de junta drenada (figura 3). Sin duda alguna, hay muy pocos ejemplos de construcciones de tilt-up en la actualidad que incorporen el detalle de junta drenada, pero a medida que la cantidad de programas de construcción continúe aumentando, los equipos de diseño que buscan unidades estructurales libres de mantenimiento o a prueba de mantenimiento, podrían recurrir a esta solución.

Desafío o ignorancia del mercado

En septiembre de 2009, Pro-Demnity Insurance Company, el proveedor más grande de seguros de E&O para arquitectos en Canadá, emitió una declaración de exclusión en su póliza que indicaba que no se proporcionaría apoyo, cobertura y defensa en reclamos de póliza por problemas de rupturas de la capa de control de las construcciones. Sin embargo, esta declaración sí reconocía que, si la unidad estructural contenía una capa de drenaje de panel de revestimiento ventilado activo, estaba hecha de concreto sólido sin un material de superficie: que pudiera afectar adversamente el secado o tenía sistemas de paneles prefabricados que incorporaban una junta drenada de dos etapas, la exclusión no aplicaría y, por lo tanto, esos reclamos serían válidos.

Sin embargo, más recientemente, se ha planteado este mismo problema con Pro-Demnity y otras compañías aseguradoras, ignorando o no reconociendo aparentemente el desempeño comprobado y lenguaje de la investigación y documentos de exclusión que ofrecen estas claras indicaciones. A pesar de la vasta historia de la solución de barrera perfecta para unidades estructurales ofrecida por las industrias de prefabricación (coladas en la planta y tilt-up), ciertos mercados continúan siendo desafiados por la interpretación a blanco y negro de los requisitos de código para los paneles de revestimiento ventilados.

Se pueden encontrar ejemplos de concreto como el sistema de control principal para unidades estructurales incorporados con sistemas de apoyo y acabados en varios recursos adicionales. El Código Internacional de Conservación de Energía (IECC) de 2015 indica que, para cumplir con el requisito de una barrera de aire continua, el concreto es una selección aceptable de acuerdo con C402.5.1.2.1 Materiales, elemento 13 (International Code Council, www.iccsafe.org, 2015). En su sitio web, Building Science Corp, publicó un documento que describe el control de humedad en los muros. Con respecto a los ensambles de muro prefabricados, este reporte indica: “La barrera de vapor de este ensamble es el mismo concreto prefabricado. Por lo tanto, este ensamble de muro tiene todo el aislamiento térmico instalado en el interior de la barrera de vapor”. Y: “En este ensamble de muro, el concreto prefabricado también es el plano de drenaje y la barrera de aire” (BSD-012: “Moisture Control for New Residential Buildings” (Control de humedad para edificios residenciales nuevos) por Joseph Lstiburek, http://buildingsciencecorp.com).

Las construcciones de tilt-up continuarán desempeñándose a un nivel más alto que cualquier otro ensamble de unidad estructural disponible a los arquitectos y equipos de construcción debido a esta combinación de materiales y sistemas. Si usted se enfrenta a decisiones relacionadas con las exclusiones basadas en requisitos prescriptivos de paneles de revestimiento ventilados, comuníquese con la TCA para obtener más información sobre cómo solicitar asistencia a través de nuestros servicios de apoyo a miembros.

Figure 5 – Seen here, the insulated tilt-up sandwich panel provides all three cladding control functions of a “Perfect Barrier” in a singular construction.  The embedded brick or other architectural cladding solution is part of a monolithic concrete skin of a minimum of 2.5 in. thick.  The function is principally to act as an ultraviolet screen and an impenetrable weather barrier, along with the aesthetics.  The vapor and thermal control layers are integrated into one continuous, while the structure exists inside, yet fully connected and additional in its control.
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