por James Baty, miembro de la Academia de Arquitectos de Estados Unidos (FACI) y miembro de la Academia de Arquitectos de California (FTCA)
¿Qué es una Condición de Barrera?
En las últimas décadas, los equipos de construcción han prestado cada vez más atención al rendimiento del envolvente del edificio. Esta atención ha impulsado a los profesionales del diseño a buscar información crítica sobre soluciones de los fabricantes, contratistas y de las propias industrias, para conocer el rendimiento aceptable de las barreras en diferentes tipos de condiciones climáticas.
La condición de barrera más conocida requerida por las envolventes de edificios es la de la humedad. El control de la humedad afecta tanto al confort climático interior como a la eficiencia del sistema mecánico. Como saben los familiarizados con el Diagrama Psicrométrico, la humedad es una función del volumen de vapor de agua y la temperatura del aire. Cuanto mayor sea la temperatura del aire, mayor será el volumen de agua que puede contener. A medida que aumenta la cantidad de volumen de agua disponible transportada por el aire, aumenta la humedad, y por lo tanto, las presiones cambian en la envolvente del edificio a medida que se crea la presión del vapor de agua de cálido-húmedo a frío-seco, atraída por los sistemas mecánicos que intentan enfriar o acondicionar el clima interior en consecuencia. Sin embargo, la humedad fue solo el principio de la creciente atención al rendimiento de la envolvente del edificio.
Durante las décadas de 1980 y 1990, las investigaciones sobre envolventes de edificios deteriorados y fallidos (construidos en gran parte con sistemas de mampostería y con interiores de paneles de yeso) revelaron que la humedad impulsada por el viento podía abrirse paso a través de envolventes porosos y sin mantenimiento. Cuando no se dirigía lejos del interior, la humedad podía exacerbar las condiciones para el moho y los hongos, y fomentar una miríada de otros problemas de mantenimiento.
A partir del Código Internacional de Conservación de Energía (IECC) de 2009, las envolventes de edificios para construcciones nuevas en una sección transversal cada vez mayor de las regiones climáticas de América del Norte se vieron sujetas a requisitos de aislamiento más estrictos. La barrera térmica para el control de la temperatura volvió a ser un foco, 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 los cerramientos de edificios con un nuevo requisito de barreras de aire continuas. Los cerramientos de edificios en toda Norteamérica debían ser evaluados para el control del movimiento del aire, asegurando que los edificios cumplieran con un componente máximo general de infiltración de aire, a medirse mediante una prueba de Blohridor cuando fuera necesario (si los componentes del cerramiento no pudieran validar dicho control).
La suma de estas medidas otorga una responsabilidad significativamente mayor al arquitecto y al ingeniero mecánico cuando intentan una configuración creativa de la envolvente del edificio, especialmente cuando introducen nuevas soluciones en programas de construcción en los que de otra manera tienen experiencia.
Envolventes de Edificios – Un Suma Total de Partes
Esta frase siempre ha sido objeto de debate, pero en realidad, ¿es el todo mayor que la suma de sus partes? En el caso de las envolventes de edificios, esto ciertamente no es cierto. El problema que enfrentan la mayoría de las envolventes de edificios es que el todo construido tiene debilidades inherentes. Las partes ensambladas, en otras palabras, la suma, resultan en huecos o tienen componentes ineficaces o ineficientes.
En “The Perfect Wall: Ultra eficiente, para garantizar que la energía dure para nuestros nietos” (ASHRAE Journal, mayo de 2008), el autor y gurú de la ciencia de la construcción, el Dr. Joseph Lstiburek, abordó el creciente problema de las envolventes de edificios que utilizan materiales inferiores para crear declaraciones estéticas modernas. “A medida que cambiamos nuestra tecnología de construcción para tener en cuenta las nuevas realidades de los costos energéticos”, escribió el Dr. Lstiburek, “nos espera un mundo de dolor en términos de corrosión, descomposición, moho y otras deterioraciones inducidas por la humedad”.”
La tecnología cambiante a la que se refirió en 2008 es la llegada de productos de madera de ingeniería, sistemas de cavidades y ensamblajes complejos de envolventes de edificios que capitalizan productos de fibra de celulosa, todos absorbiendo o canalizando la humedad a través de ensamblajes de paredes. Sin embargo, esto no es muy diferente de los ensamblajes de paredes de mampostería de los años 80 y 90, donde se observaron problemas de humedad que llevaron a la demolición de estructuras enteras o a la remoción de sus fachadas, en lugar de envolventes de alto rendimiento con un nuevo requisito, la “pantalla de lluvia”.”
Lo que el Dr. Lstiburek denominó “el muro perfecto” es aquel en el que, en verdad, el todo es no menos que, y probablemente mayor que, la suma de sus partes. Dicho muro debe medirse por su capacidad para proporcionar control de lluvia, control de aire, control de vapor y control térmico. En su informe, dicho muro es aquel que tiene una capa de revestimiento exterior (estética y protección), una capa de control (térmica 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 dado que la mayoría de las cosas malas provienen del exterior, el mejor lugar para controlar las cosas malas es en el exterior de la estructura antes de que llegue a ella”.”
En esta nueva era, el Dr. Lstiburek ha encontrado debilidades inherentes en muchas tecnologías constructivas, como las fachadas multicomponente construidas a partir de una amplia variedad de materiales porosos, blandos y modulares. Aunque estos materiales se unen y detallan para crear una envolvente edilicia armónica, siguen siendo solo eso, un ensamblaje construido. El proceso de construir capas individuales, instaladas por varios oficios, secuenciadas una encima de otra y luego fijadas para su durabilidad, deja muchas vías para fallos en el rendimiento de la envolvente. Lo que resulta un poco desconcertante es que lo que estaba disponible para el Dr. Lstiburek entonces sigue disponible para el mercado ahora... e incluso ha continuado evolucionando.
Pared perfecta a barrera perfecta
El método de la “pared perfecta” del Dr. Lstiburek ofrece resultados y cumple con los requisitos del perfil de barrera. Es paralelo a la descripción de la “barrera perfecta”, descrita por el Dr. John Straube de RDG Building Science Inc., autor del “Manual de Mantenimiento e Inspección para Cerramientos de Edificios de Concreto Prefabricado” (Canadian Precast/Prestressed Concrete Institute [CPCI], junio de 2016).
En este manual del CPCI, el Dr. Straube establece que los sistemas de muros prefabricados modernos ofrecen la mejor protección y cumplen completamente el propósito de una barrera contra la lluvia. Los sistemas de muros prefabricados modernos logran esto sin utilizar extensos sistemas de recolección y remoción que se encuentran en envolventes de edificios de múltiples componentes inferiores. Las envolventes de edificios, explica el Dr. Straube, cumplen tres funciones físicas principales para la separación ambiental. Estas funciones son soporte, control y acabado. El soporte es, básicamente, estructural, y el acabado es estético. El control, sin embargo, suele ser 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 las décadas de 1980 y 1990, ya que el control se sacrificó en favor de la combinación de soporte y acabado dentro de un marco económico más eficiente.
“Para el rendimiento físico”, escribe el Dr. Straube, “las funciones de control de cerramiento más comúnmente requeridas incluyen resistencia a: penetración de lluvia, flujo de aire, transferencia de calor, condensación, propagación de fuego y humo, transmisión de sonido y luz (incluyendo vista, calor solar y luz diurna, infestación de insectos, penetración de partículas y acceso humano)”. Esta lista es exhaustiva y demuestra la complejidad que a menudo se pasa por alto cuando se elige un sistema de construcción por su estética exterior, cuando la configuración y la estética del espacio interior solo se definen mucho más tarde. La durabilidad de un edificio, como afirma además el Dr. Straube, se ve muy afectada por su capacidad de resistir las presiones elementales de la lluvia, el aire, el calor y el vapor. De ahí, el revestimiento ventilado.
Como explica el Dr. Straube en el manual, una buena solución al complejo problema de control que se presenta en las fachadas duraderas suele encontrarse en las envolventes de construcción prefabricadas. Tal como se establece en los Requisitos del Código de Construcción para el Hormigón Estructural (ACI 318), el término “prefabricado‘ se refiere tanto a los elementos de pared fabricados en planta como a los construidos en obra (incluido el método tilt-up), ya sean pretensados o no. El Dr. Straube teoriza que, para los ensamblajes de muros prefabricados, la función de control se lleva a cabo de una de dos maneras: fachadas con sellado frontal o fachadas drenadas. ’Una fachada con sellado frontal es un tipo de enfoque de ”barrera perfecta“ para el control de la lluvia y el aire”, escribe. (figura 2) “El control de la penetración de la lluvia se produce en la cara exterior del sistema utilizando los paneles de hormigón y las juntas de sellador”. Y luego, «para adaptarse a las juntas entre paneles, se ha promovido el concepto de junta drenada o sellado de dos etapas» (figura 3). Es decir (especialmente en remodelaciones, mantenimiento e incluso en configuraciones antiguas ampliamente utilizadas), las juntas entre los paneles se consideran por separado, incorporando un enfoque de pantalla de lluvia drenada.
Por lo tanto, al Dr. Straube, se le ofrecen al diseñador opciones con sistemas de muros prefabricados (tilt-up) para lograr un enfoque efectivo y duradero para controlar los impactos ambientales que de otro modo requerirían sistemas de barrera de lluvia en ensamblajes de varias capas.
Definiciones opcionales a incluir en el texto del manual de Straube:
Sistema de Barrera o Barrera Perfecta – El término general que describe un enfoque de control de lluvia que se basa en la perfección de un solo plano de material(es) para resistir la penetración del agua de lluvia. Se utilizan comúnmente dos subtipos: sellado en la cara y barrera oculta. Ver Figura 2.
Pantalla con drenaje Una estrategia de control de lluvia para cerramientos de edificios que acepta que algo de agua penetrará en la superficie exterior (el revestimiento, que “filtra” la lluvia) y dirige esta agua de regreso al exterior mediante drenaje por gravedad sobre un plano de drenaje, a través de un espacio de drenaje y saliendo por tapajuntas y orificios de drenaje. También llamado "rain screen" (muro cortaviento). Ver Figura 3.
Los sistemas de cerramiento para edificios prefabricados con paneles basculantes y aislados ofrecen la solución más auténtica de barrera contra la lluvia
En el manual del Dr. Straube y en el artículo del Dr. Lstiburek, el rendimiento de la envolvente del edificio aborda principalmente las condiciones para oficinas, edificios de uso mixto o viviendas multifamiliares. Es en estas estructuras donde las configuraciones de los ensambles de la envolvente del edificio suelen ser más complejas y la capa de control se interrumpe, se pierde o se pasa por alto. Aquí es donde tilt-up se separa de la discusión general. En las estructuras tilt-up, independientemente del programa del edificio, el concepto básico es un panel continuo desde la cimentación hasta el techo, o en estructuras de mediana altura, limitado horizontalmente a una unión, como 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 (figura 4). De lo contrario, los paneles tilt-up han superado los 110 pies de altura y continúan estando limitados en su altura y anchura puramente por el tamaño de la grúa disponible (o económicamente elegida) para el proyecto.
En los paneles de hormigón de montaje vertical, otro aspecto clave que los distingue del debate general sobre los prefabricados es la oferta de diseños de paneles sándwich aislantes para paredes. La técnica de montaje vertical cuenta con décadas de experiencia en envolventes de edificios que proporcionan una separación 100% entre las dos capas de hormigón mediante una capa de poliestireno extruido de alto rendimiento (figura 5), poliestireno expandido o, en algunos proyectos de construcción, aislamiento de poliisocianurato. Estos conjuntos de paneles aislantes rígidos ofrecen la solución más completa a los requisitos del IECC de 2012 y posteriores para el aislamiento continuo en cualquier región climática (los IECC anteriores tenían requisitos para partes de los climas). En combinación con la continuidad monolítica de las capas de la envolvente de hormigón armado, con un espesor exterior mínimo de 2,5 pulgadas y una capa estructural o interior de un mínimo de 4,5 pulgadas, el panel sándwich aislante de montaje inclinado combina todos los elementos requeridos de la capa de control en un único sistema sellado por la cara (Straube). Es entonces el equipo de diseño, en colaboración con el equipo de construcción, quien determina la mejor solución para las juntas de los paneles basándose en las especificaciones de los materiales. Al utilizar sistemas tradicionales de juntas de poliuretano para sellar las caras exterior e interior de las juntas de los paneles, el exterior alcanza un parámetro de sellado frontal y el interior queda protegido adicionalmente por un sistema de respaldo.
Sin embargo, sigue siendo una pregunta que vale la pena hacer sobre el mantenimiento de la junta y el ciclo de vida de los selladores de juntas al determinar si se debe usar el detalle de junta con sello frontal (figura 2) o una configuración del detalle de junta drenada (figura 3). Es cierto que hoy en día hay muy pocos ejemplos de edificios prediseñados que incorporan el detalle de junta drenada, pero a medida que el número de programas de construcción continúa aumentando, los equipos de diseño que buscan envolventes de edificios libres de mantenimiento o a prueba de mantenimiento pueden recurrir a esta solución.
Oportunidad de Mercado o Ignorancia
En septiembre de 2009, Pro-Demnity Insurance Company, el mayor proveedor de seguros de responsabilidad profesional (E&O) para arquitectos en Canadá, emitió una declaración de exclusión a los titulares de pólizas indicando que no se proporcionaría apoyo, cobertura ni defensa en reclamaciones de pólizas por incumplimiento de la capa de control de edificios. Esta declaración, sin embargo, reconoció que si la envolvente del edificio contenía una capa de drenaje activa de barrera contra la lluvia, estaba construida de hormigón macizo sin material superficial que pudiera afectar negativamente el secado, o tenía sistemas de paneles prefabricados que incorporaban una junta drenada de dos etapas, la exclusión no se aplicaría y, por lo tanto, tales reclamaciones serían apoyadas.
Sin embargo, más recientemente, esta misma cuestión ha sido planteada por Pro-Demnity y otros proveedores de seguros, que aparentemente ignoran o no reconocen el rendimiento demostrado y el lenguaje de los documentos de investigación y exclusión que proporcionan una dirección tan clara. A pesar de la rica historia de la solución de barrera perfecta para los cerramientos de edificios proporcionada por las industrias prefabricadas (fundidas en planta e inclinables), ciertos mercados continúan enfrentando la interpretación literal de los requisitos del código para una “fachada ventilada”.”
Ejemplos con el concreto como sistema de control primordial para los cerramientos de edificios, incorporado con sistemas de soporte y acabado, se encuentran en numerosos recursos adicionales. El Código Internacional de Conservación de Energía (IECC) 2015 establece que para cumplir con el requisito de barrera de aire continua, el concreto es una opción prescriptiva aceptable de acuerdo con la Sección C402.5.1.2.1 Materiales, artículo 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 muros. Con respecto a los ensamblajes de muros prefabricados, este informe afirma: “La barrera de vapor en este ensamblaje es el propio concreto prefabricado. Por lo tanto, este ensamblaje de muro tiene todo el aislamiento térmico instalado al interior de la barrera de vapor”. Y: “En este ensamblaje de muro, el concreto prefabricado es también el plano de drenaje y la barrera de aire” (BSD-012: “Control de humedad para edificios residenciales nuevos” por Joseph Lstiburek, http://buildingsciencecorp.com).
Los edificios tipo "tilt-up" seguirán rindiendo a un nivel superior al de cualquier otro sistema de cerramiento de edificios disponibles 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 barrera contra la lluvia, póngase en contacto con la TCA para obtener más información y asistencia a través de nuestros servicios de defensa para miembros.
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