Impermeabilidad y protección De Obras de construcción

1.0 INTRODUCCION

La impermeabilización y protección contra la humedad de obras de construcción constituye, desde hace algún tiempo, un tema de especial preocupación tanto en nuestro país como en el mundo entero.

La presencia de agua, en la estructura, produce alteraciones importantes de sus características físicas e incluso mecánicas que significan anualmente cuantiosas pérdidas de recursos para las empresas y el país.

Para visualizar estas alteraciones basta recordar la dependencia que existe entre la aislación térmica y el contenido de humedad del material aislante, el efecto de los ciclos hielo deshielo, o los daños por incorporación de sales agresivas disueltas.

Algunas de estas sustancias agresivas, pueden ser sales contenidas en el suelo en contacto con las fundaciones, como por ejemplo el sulfato de calcio y de magnesio, o bien gases agresivos, como son el exceso de anhídrido carbónico y el dióxido o trióxido de azufre (SO₂ y SO₃), producidos por el insumo de combustibles fósiles como el petróleo y el carbón.

El dióxido y trióxido de azufre, normalmente presentes en la atmósfera de ciudades altamente contaminadas, al combinarse con el agua lluvia, dan origen a las conocidas lluvias ácidas, por formación de ácido sulfúrico, que reacciona con los conglomerantes alcalinos de acuerdo al siguiente esquema de ataque:

· El ácido disuelto en el agua penetra en la estructura donde combina con la cal de hidrólisis generada en las reacciones de hidratación del cemento.

Aglomerante alcalino + ácido Þ sal + agua

· Cuando la concentración de sulfato de calcio, en la solución intersticial, es suficientemente elevada se combina con los aluminatos hidratados del cemento formando una sal de sulfoaluminato de calcio hidratado de carácter fuertemente expansivo, denominada ettringite o sal de Candlot, que es capaz de disgregar la estructura del hormigón o mortero atacado.

Por otra parte la presencia de concentraciones elevadas de CO₂ atmosférico, puede provocar una paulatina disminución de la alcalinidad de los compuestos cementicios, debido a la transformación del hidróxido de calcio Ca(OH)₂ en carbonato o bicarbonato de calcio, este último soluble en agua. La consecuente reducción del PH de la pasta de cemento, por efecto de la transformación indicada, elimina la protección básica generada sobre las armaduras por el ambiente altamente alcalino, facilitando el inicio del fenómeno de oxido reducción (corrosión), en presencia de agua y oxígeno.

Figura Nº 1

Independientemente del ataque químico indicado, la presencia de humedad en muros y losas, altera su capacidad de aislación térmica y facilita la proliferación de hongos y bacteria, produciendo las características manchas negras en el interior de las viviendas, lo que afecta directamente su habitabilidad.

Finalmente la penetración de agua al interior de materiales porosos, como ladrillos, morteros u hormigones, puede disolver las sales solubles contenidas en los poros abiertos, produciendo manchas, generalmente de color blanco, conocidas como eflorecencias

Figura Nº 2

El incremento sostenido de la contaminación en las grandes ciudades, ha obligado, en los países de mayor desarrollo, ha invertir enormes sumas en la reparación y protección de estructuras afectadas por el ataque de atmósferas agresivas, por lo que el problema ha adquirido una gran relevancia a nivel mundial.

A este respecto, ha partir del congreso de Durabilidad de las estructuras de hormigón, realizado en Padua en octubre de 1987, se han realizado numerosos trabajos de investigación, los que han permitido un mejor conocimiento de los mecanismos de ataque de los gases agresivos y han propuesto distintas alternativas de protección. Todas las alternativas de solución presentadas apuntan a la disminución de la permeabilidad al agua y gases de las superficies expuestas de las estructuras, como factor determinante de su durabilidad.

En nuestro país, los problemas de impermeabilidad y protección de las estructuras representan un serio problema no resuelto, que afecta tanto a las empresas como a los usuarios de las obras. Por este motivo, PROCRET Ltda, ha destinado una parte importante de sus recursos al desarrollo de una línea de productos que constituye un aporte importante en la búsqueda de alternativas económicas y confiables, para la impermeabilización y protección de estructuras.

2.0 MECANISMOS DE PENETRACIÓN DEL AGUA

Los principales mecanismos que conducen a la absorción de agua por parte de un material son los siguientes:

· Absorción por capilaridad

· Permeabilidad al agua de escurrimiento superficial, subterránea o de depósitos.

· Condensación capilar

2.1 Absorción por capilaridad

Todos los materiales de construcción absorben agua a través de sus capilares abiertos. Esto ocurre principalmente en superficies expuesta como fachadas y en los muros de fundación, no impermeabilizados, en contacto con el terreno.

El mecanismo de absorción de agua por capilaridad es muy eficiente, permitiendo incorporar a la estructura, en algunos casos, incluso varios litros por hora.

Como se sabe, la velocidad y volumen del agua absorbida es directamente proporcionales al radio de los capilares y la altura que alcanza el agua en su interior es inversamente proporcional a dicho radio, lo que puede expresarse por la relación:

H=

2t cos α

H =

r q g

Donde: H = altura del líquido capilar

t = tensión superficial Nm^-1

a = ángulo de contacto entre líquido y pared capilar

r = radio del capilar en m

q = densidad del líquido

g = aceleración de gravedad 10 m/seg²

Considerando que un material poroso el ángulo de contacto tiende a 0, cos a tiende a 1 y aceptando como densidad del agua 1 kg/l se tiene

H = 0,000015/ r para H y r en m

O bien

H = 15/r para H y r en mm

Por otra parte la absorción capilar se mide a través del coeficiente de absorción, cuyo valor está determinado por la pendiente de la curva que se produce al graficar la absorción de agua, de una superficie porosa, en función a la raíz cuadrada del tiempo de exposición.

Donde:

Cw= coeficiente de absorción expresado en kg/m² h^0,5

W= Masa de agua absorbida por m² de superficie expuesta.

t = tiempo en horas

Experimentalmente el coeficiente de absorción puede ser determinado de acuerdo a la norma DIN 52617E.

Para protección de fachadas y paramentos verticales pueden establecerse los siguientes valores límites de referencia.

Cw £ 2,0 kg/m² h^0,5 para tratamientos inhibidores de absorción de agua.

Cw £ 0,5 kg/m² h^0,5 para tratamientos hidrorepelentes.

2.2 Permeabilidad

La presión de agua, incluso cuando es muy reducida, fuerza la penetración del agua a través de los capilares de mayor diámetro y poros abiertos, permitiendo su paso al interior de las estructuras.

No obstante lo anterior, los numerosos ensayes realizados, han demostrado que la penetración de agua a través de elementos de hormigón de alta resistencia, con dosis de cemento iguales o superiores a 300 k/m³ y relaciones A/C inferiores a 0,5, es bastante lenta y reducida, ya que difícilmente alcanza los 5 a 6 cm, incluso con una presión hidrostática relativamente elevada. En estos casos la permeabilidad de la estructura se produce principalmente a través de puntos de discontinuidad, tales como fisuras, grietas, nidos, hormigones poco compactos y juntas de hormigonado mal ejecutadas.

Figura Nº3

La permeabilidad de un material sometido a una cierta presión de agua, generalmente se mide a través del coeficiente de permeabilidad k ,determinado por la relación propuesta por D’Arcy.

Donde: Q = Gasto en régimen constante cm³/s

A = Area de la sección expuesta al agua cm²

H = Altura de la columna de agua que ejerce presión

E = Espesor del elemento sometido a presión hidrostática

K_h = Coeficiente de permeabilidad cm/seg

2.3 Absorción por condensación

El proceso de precipitación del vapor de agua en la atmósfera cuando se encuentra saturada recibe el nombre de condensación. Esta condensación ocurre cuando el aire a una determinada temperatura contiene una cantidad de agua, en forma de vapor, superior a su capacidad de retenerla (punto de condensación).

Para una mejor comprensión del problema recordemos que el aire atmosférico esta compuesto por una mezcla de nitrógeno, oxígeno, vapor e agua y otros gases, en menores proporciones, como por ejemplo anhídrido carbónico. La masa de vapor de agua por unidad de volumen, contenida en la atmósfera, se denomina humedad absoluta.

Por otra parte la presión total ejercida por la mezcla de gases, presente en la atmósfera, es equivalente a la suma de las presiones parciales ejercidas por sus componentes, por lo que cada uno de los gases de una mezcla actúa con independencia de los demás.

De lo anterior resulta evidente que la presión parcial del vapor de agua atmosférico, a una determinada temperatura, no puede ser mayor a la presión de vapor de agua a dicha temperatura, por lo que si estas presiones se igualan necesariamente parte del agua contenida en la atmósfera se condensa.

La razón entre la presión parcial y la presión de vapor del agua a una determinada temperatura se denomina humedad relativa y se expresa en porcentaje.

HR= presión parcial del vapor e agua presente x 100

Presión de vapor a la misma temperatura

El fenómeno descrito, dentro de los capilares estrechos de los materiales de construcción, se produce antes de alcanzar la presión de saturación, de acuerdo a una ley estudiada por Kelvin que establece que, a menor diámetro de capilares corresponde un menor porcentaje de HR de saturación, como por ejemplo en capilares de diámetro inferior a 5m donde la condensación se produce con una humedad relativa del 75%.

La condensación de agua a menor presión parcial, en el interior de los capilares finos contenidos en un material poroso, se debe a la presencia de energía disponible en las paredes capilares, producto de la falta de moléculas vecinas, la que genera fuerzas de atracción (fuerzas de Van Der Walls) que actúan sobre las moléculas de agua, en contacto o muy próximas a la superficie interna de los capilares, incrementando su presión parcial de vapor.

El mecanismo de condensación capilar descrito determina la humedad de equilibrio propia de un material y depende de la cantidad y diámetro de capilares que este tenga. Este valor, conocido como higroscopicidad, puede verse alterado por la presencia de sales solubles que aumentan la humedad de equilibrio de un determinado material. De acuerdo con lo anterior, un material debe considerarse seco cuando contiene la humedad de equilibrio correspondiente al ambiente en el que está inmerso.

Como la humedad de equilibrio depende del ambiente que rodea los materiales utilizados y ésta necesariamente varía con los cambios climáticos estacionales, los elementos expuestos, como en el caso de fachadas, deben permitir el intercambio de vapor, propiedad que se conoce como difusión de vapor y que resulta fundamental en la protección de superficies expuestas.

A este respecto la teoría de Künzel establece que una fachada o superficie expuesta a la intemperie estará protegida cuando su capacidad de difusión de vapor supera la capacidad de absorción de agua.

2.4 Protección e impermeabilización

El incremento de la construcción en altura, producido por la necesidad de un mayor número de viviendas y el aumento del costo de los terrenos en zonas urbanas, ha generado la necesidad de proteger mayores superficies expuestas a la absorción de agua, como por ejemplo; terrazas, techos planos y subterráneos.

Para cubrir esta necesidad actualmente existen un número importante de alternativas de protección e impermeabilización las que pueden clasificarse de acuerdo a los siguientes criterios:

a) Productos para protección de parámetros expuestos que no estén sometidos a presión hidrostática.

b) Productos impermeabilizantes capaces de resistir presión hidrostática

Dentro de esta clasificación, para una adecuada elección del tipo de producto a utilizar en la protección de fachadas y paramentos verticales expuestos, dentro de la vasta gama de revestimientos y pinturas impermeables que ofrece el mercado, es necesario considerar su capacidad de difusión de vapor, a fin de no alterar la habitabilidad de los recintos en contacto con el paramento protegido.

Por otra parte los productos impermeabilizantes capaces de resistir presión hidrostática disponibles, pueden clasificarse de acuerdo a distintos criterios entre los cuales:

1.- Según el material con que están constituidos; asfaltos, acrílicos, polietileno, PVC y otros.

2.- Según su elasticidad; rígidos, semi elásticos y elásticos.

3.- Según su adherencia a la base; adheridos o flotantes

4.- Según su forma de aplicación; láminas prefabricadas adheridas o flotantes, láminas de formación en sito, productos que impermeabilizan por formación de cristales que sellan los poros abiertos, y productos impermeabilizantes incorporados al material, generalmente hormigón, durante su elaboración.

Cada uno de los tipos de impermeabilización descritos presenta ventajas y desventajas que pueden resumirse brevemente como sigue:

· El uso de láminas prefabricadas tiene la ventaja de un espesor y características constantes pero su colocación requiere de uniones soldadas por termofusión, lo que incrementa la posibilidad de fallas, producidas por errores de ejecución y a las tensiones generadas por la contracción del material al enfriarse, sobretodo en la materialización de retornos en los encuentros con muros, ductos y pasadas, debido a las dificultades de ejecución que estos puntos presentan. Por otra parte estas láminas son generalmente degradables cuando no están protegidas, producto de la oxidación por exposición a la radiación solar, la que, en las láminas asfálticas y PVC, entrega la energía suficiente para romper los enlaces poliméricos, generando radicales libres que se combinan con el oxigeno formando cadenas cortas, lo que se traduce en una pérdida progresiva de su elasticidad.

· Otra consideración, que debe tenerse presente respecto a las láminas asfálticas, es su baja resistencia al ataque de solventes y ácidos orgánicos débiles, lo que limita su utilización, sin protección, en muros en contacto con suelos que contengan materias orgánicas o superficies expuestas a derrames de solventes orgánicos como bencina y aceites, entre otros.

· Las láminas de formación en sito, elaboradas sobre la base de emulsiones acrílicas, como los acrilatos de estireno, en general presentan una buena resistencia a la radiación ultravioleta y envejecimiento, debido mayor aporte de energía necesario para romper los enlaces iónicos de estos tipos de polímeros, son resistentes a los ácidos orgánicos débiles y además permiten resolver, en forma simple, los puntos singulares, incluso con encuentros complejos. Tienen el inconveniente de requerir un estricto control de aplicación, ya que el espesor de la lámina depende del aplicador y el método utilizado, lo que puede traducirse en la existencia de puntos con espesores variables e incluso insuficientes, aumentando la probabilidad de dejar poros abiertos, que pueden provocar filtraciones puntuales. Por este motivo la aplicación de estas membranas debe realizarse siempre en dos o mas capas, que minimicen la posibilidad de coincidencia de poros, siendo recomendable su aplicación con pistolas de proyección, ya que este procedimiento permite lograr espesores más uniformes y reduce el riesgo de formación de poros por defectos de colocación.

· La elasticidad del material utilizado es otro factor relevante a considerar en la elección del producto adecuado para cada caso. A este respecto es necesario hacer presente que el uso de impermeabilizantes rígidos, en base a morteros, cemento modificados, o sellantes de superficie, en estructuras sometidas a deformaciones es una de las causas recurrentes de fallas de la impermeabilización colocada.

· De lo anterior resulta evidente la necesidad de conocer el grado de elasticidad del producto utilizado y compararla con la deformación que pueda tener la estructura, sobretodo si es probable que se generen fisuras después de aplicada la impermeabilización o bien si existen fisuras activas, cuya abertura y movimiento debe ser absorbido por la impermeabilización a utilizada. En este aspecto, el uso de láminas flotantes permite independizar la impermeabilización del substrato evitando el reflejo de fisuras, pero tiene el inconveniente de que posibles las fallas puntuales, producidas por defectos en las uniones soldadas o por indentación del material colocado, son difíciles de localizar, debido a que el agua se acumula bajo la impermeabilización, por lo que las filtraciones pueden aparecer a varios metros del punto de falla en cualquier dirección y un problema puntual puede comprometer toda la zona impermeabilizada.

· Resumiendo lo expuesto puede concluirse que el éxito de una impermeabilización depende fundamentalmente de la elección de un producto adecuado al comportamiento de la estructura en servicio, de su ubicación, de la protección considerada y de la realización de un proyecto de impermeabilización que resuelva los puntos singulares, propios de cada obra, considerando las características del material elegido.