Inglés | Traducción patrocinada por Grupo de productos Nox-Crete
por James Baty, miembro de la Academia de Arquitectos de Estados Unidos (FACI) y miembro de la Academia de Arquitectos de California (FTCA)
Una condición de barrera es una restricción que se impone a la concesión de un préstamo bancario para garantizar que el prestatario y el prestamista cumplan sus obligaciones.
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 psicrométrica 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, investigaciones sobre unidades estructurales dilapidadas y endebles (construidas en su mayoría con sistemas de mampostería e interiores de tablarroca con acabados afelpados) revelaron que la humedad generada por el viento podía penetrar en estas unidades porosas y endebles y, si no se evacuaba del interior, podía exacerbar las condiciones para el crecimiento de moho y hongos y fomentar una gran cantidad de otros problemas de mantenimiento.
A partir del Código Internacional de Conservación de Energía (IECC) de 2009, las unidades estructurales para la construcción nueva en una amplia sección representativa de las regiones climáticas de América del Norte se convirtieron en objeto de requisitos de aislamiento más estrictos. La barrera térmica para el control de la temperatura se centró una vez más y, por primera vez, el aislamiento continuo se convirtió en una característica de 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 mayor al arquitecto y al ingeniero mecánico cuando intentan ser creativos con la configuración de la unidad estructural y especialmente cuando introducen soluciones nuevas a 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: ultraeficiente 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 construcción para justificar las realidades del nuevo costo de la energía”, escribió el Dr. Lstiburek, “nos espera un mundo de dolor en términos de corrosión, podredumbre, moho y otro deterioro causado por la humedad”.
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 la gente observó problemas de humedad que ocasionaron 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 el total realmente no es menor que, y probablemente sea 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 a partir de una amplia variedad de materiales porosos, blandos y modulares. Aunque estos materiales se unen y detallan para formar una unidad estructural armoniosa, siguen siendo únicamente eso: un ensamblaje construido. El proceso de construir capas individuales, instaladas por múltiples oficios, secuenciadas en capas una encima de la otra y luego sujetadas para mayor durabilidad, deja muchas rutas para el fallo de desempeño de la unidad. Lo desconcertante es que lo que estaba disponible para el Dr. Lstiburek entonces, sigue estando disponible en el mercado ahora... y hasta ha continuado evolucionando.
Muro perfecto para una barrera perfecta
El método de “muro perfecto” del Dr. Lstiburek produce resultados y cumple con los requisitos de perfil de barrera. Está asociado con 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 afirma que los sistemas de muros prefabricados modernos ofrecen la mejor protección y cumplen plenamente la función de un panel de revestimiento ventilado. Los sistemas de muros prefabricados logran esto sin recurrir a los extensos sistemas de recolección y eliminación que se encuentran en las unidades estructurales menores de múltiples componentes. Las unidades estructurales, explica el Dr. Straube, cumplen tres funciones físicas principales para la separación ambiental. Estas funciones son el soporte, el control y el acabado. El soporte 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 soporte y el acabado y, en muchos casos, debe existir a pesar del soporte y el 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 soporte 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 explica el Dr. Straube en el manual, una buena solución al complejo problema del control de la vista en las fachadas duraderas suele encontrarse en las unidades estructurales prefabricadas. Según los Requisitos del Código de Construcción de Estructuras de Concreto (ACI 318), el término “prefabricado‘ se refiere a elementos de muro en planta y en obra (incluidos los de tipo tilt-up) que pueden ser pretensados o no pretensados. El Dr. Straube teoriza que, para los ensamblajes de muro prefabricados, la función de control se presenta 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 la penetración de la lluvia se produce en la parte exterior del sistema utilizando los paneles de concreto y las juntas de sellador”. Y luego, «para acomodar las juntas entre los paneles, se ha promovido el concepto de una junta drenada o un sellado de dos etapas». Es decir (especialmente en la adaptación, el mantenimiento e incluso en configuraciones más antiguas ampliamente utilizadas), las juntas entre los paneles se ven por separado, 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 ensamblajes 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.
Panel de revestimiento con drenaje 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.
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, edificios de uso mixto o viviendas multifamiliares. Es en estas estructuras donde las configuraciones de los ensamblajes de la unidad estructural suelen ser las más complejas y donde la capa de control se interrumpe, se pierde o se 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 superado ya los 110 pies de altura y siguen viéndose limitados en altura y anchura simplemente por el tamaño de la grúa disponible (o elegida por motivos económicos) para el proyecto.
En los paneles de hormigón de sistema tilt-up, otro aspecto importante que distingue este tema del debate general sobre la prefabricación es la entrega de los diseños de paneles de muros sándwich aislados. Tilt-up cuenta con décadas de experiencia con unidades estructurales que ofrecen una separación de 100% entre las dos capas de concreto con una capa de poliestireno extruido, 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 armado con un espesor 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 decisión del equipo de diseño, junto con el equipo de construcción, determinar la mejor solución para las juntas del panel basándose en la especificación del material. Al utilizar sistemas de juntas de poliuretano tradicionales para sellar las caras exteriores e interiores de las juntas de los paneles, el exterior alcanza un parámetro de cara sellada y el interior queda aún más protegido por un sistema de respaldo.
Sin embargo, la pregunta sobre el mantenimiento de la junta y el ciclo de vida de los selladores de junta sigue siendo útil para determinar si se debe emplear el detalle de junta sellada frontal (figura 2) o una configuración de detalle de junta drenada (figura 3). Indudablemente, existen muy pocos ejemplos de construcciones de concreto prefabricado (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 busquen unidades estructurales libres de mantenimiento o de bajo 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 responsabilidad profesional para arquitectos en Canadá, emitió una declaración de exclusión en su póliza que indicaba que no se brindaría soporte, cobertura ni defensa en reclamaciones de póliza por problemas de rotura de la capa de control en 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 material de acabado que pudiera afectar negativamente el secado, o tenía sistemas de paneles prefabricados que incorporaban una junta drenada de dos etapas, la exclusión no aplicaría y, por lo tanto, dichas reclamaciones serían válidas.
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 el lenguaje de la investigación y los 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 planta y tilt-up), ciertos mercados continúan siendo desafiados por la interpretación literal de los requisitos del código para los paneles de revestimiento ventilados.
En diversos recursos adicionales se pueden encontrar ejemplos de hormigón como sistema de control principal para unidades estructurales integradas con sistemas de soporte y acabados. 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 las paredes. Con respecto a los ensamblajes de pared prefabricados, este informe indica: “La barrera de vapor de este ensamblaje es el mismo concreto prefabricado. Por lo tanto, este ensamblaje de pared tiene todo el aislamiento térmico instalado en el interior de la barrera de vapor”. Y: “En este ensamblaje 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 funcionando a un nivel superior al de cualquier otro ensamblaje de unidad estructural disponible para arquitectos y equipos de construcción debido a esta combinación de materiales y sistemas. Si se enfrenta a decisiones relacionadas con 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.
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