LA ESTANQUEIDAD 1 COMPORTAMIENTO FRENTE AL AGUA DE LOS MATERIALES

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1 LA ESTANQUEIDAD 1 COMPORTAMIENTO FRENTE AL AGUA DE LOS MATERIALES Desde el punto de vista de los edificios, el agua es sin duda un gran problema. Los espacios interiores deben ser protegidos de la intrusión de la lluvia a través de los huecos y ventanas. Pero no sólo debe evitarse la penetración directa del agua exterior, sino que es preciso disponer unos cerramientos dotados de estanqueidad, es decir, impermeables al paso de la humedad, en cualquiera de sus formas. La estanqueidad está relacionada directamente con el comportamiento de los materiales de cerramiento, es decir, de sus características relacionadas con el agua. 1.1 TENSIÓN SUPERFICIAL La superficie de los líquidos se comporta como si se tratase de una membrana elástica que recubre el resto del líquido y que tiende a ocupar la menor superficie posible según la naturaleza del líquido y la de las paredes del recipiente. La fuerza que mantiene esa seudo membrana se denomina tensión superficial y se mide en unidades de fuerza partido por longitud. Cuando se ponen en contacto dos líquidos inmiscibles o un líquido con un sólido al que no moja totalmente, la tensión superficial actúa de tal manera que las gotas del líquido tienden a redondearse para ocupar la menor superficie (energía) libre, es decir, para evitar al máximo el contacto con el otro líquido o sólido. El ángulo que forman las superficies se llama ángulo de mojado y sirve para definir el grado mayor o menor de mojabilidad entre ambos. Este fenómeno se produce en el interior de los tubos capilares (de sección menor de un milímetro) dando lugar a la formación de meniscos, o superficies de avance del líquido, que pueden ser convexos si el ángulo de mojado es θ > 90 (poca mojabilidad porque predomina la cohesión interna del líquido frente a la adhesión a las paredes del capilar). O pueden ser cóncavos con ángulo de mojado θ< CAPILARIDAD Es la capacidad de un líquido de desplazarse a través de poros capilares, venciendo, incluso, la fuerza de la gravedad. La capilaridad será mayor si el desplazamiento es horizontal, caso muy frecuente en los materiales de construcción, cuando se trata del movimiento de la humedad en el seno de su porosidad capilar interna y en la de las juntas entre materiales iguales o no. La ascensión capilar sucede por la combinación de dos factores: - La mojabilidad superficial de los poros (actúa de 1

2 motor). - La tensión superficial (colabora en el arrastre de la columna de agua). El grado de ascenso capilar depende de: - El grado de mojado (θ<90 ). - El peso que puede soportar la tensión superficial. - La densidad del líquido (los ligeros suben más). - El diámetro del tubo (sube más en el más fino). 1.3 EL AGUA EN LOS MATERIALES El agua se encuentra en forma de humedad en todos los materiales y elementos constructivos, imponiendo variaciones en sus características físicas, así como alteraciones dimensionales. La manera de encontrarse el agua en los materiales se puede clasificar como sigue: - Químicamente combinada: es el agua de hidratación de muchos materiales, como el cemento. - Agua absorbida: propia de los materiales con porosidad accesible. Puede ser, a su vez: absorbida, capilar o higroscópica. - Agua adherida: en la superficie de los materiales, normalmente por tensión superficial, que se seca fácilmente por evaporación. El agua contenida en los materiales puede tener la siguiente procedencia: comportamiento (poliestireno expandido). Por el contrario, los materiales compactos proceden de procesamientos a partir de estados de fusión (metales, vidrio, plástico), con estructura cristalina o próxima a ella. O están formados espontáneamente por la naturaleza, como el granito, en cuyo caso, la absoluta compacidad e impermeabilidad no siempre están garantizadas, dependiendo mucho de la selección y control de calidad de la extracción en cantera. La porosidad puede ser abierta o aparente, en cuyo caso los huecos están comunicados con el exterior, por lo que el agua puede penetrar libremente según la capacidad de absorción del material. También existe una parte de huecos inaccesibles o incomunicados con el exterior, donde no accede la humedad, difíciles de cuantificar si no es a través de ensayos destructivos. La tipología de los poros es tan importante o más que su cuantificación, sobre todo a efectos de la sensibilidad de los materiales a la captación de humedad. Cada material suele presentar porosidad característica, relacionada con su formación, siendo muy distinta en piedras, cerámicas, hormigones y maderas, siendo frecuente la red capilar en disposición tridimensional compleja. - Humedad natural de los materiales al ser recibidos en la obra. - Humedad de obra, introducida para la colocación de los materiales. - Humedad de equilibrio de los materiales, una vez colocados en obra y tras el primer secado. Suele acceder por higroscopicidad. - Humedad infiltrada, procedente del exterior, normalmente en forma de lluvia. - Humedad capilar: succionada por capilaridad a partir del agua freática, o de la adherida por distintas causas sobre los materiales. 2 NATURALEZA POROSA DE LOS MATERIALES La existencia de poros o huecos es el carácter distintivo de los materiales denominados porosos, en comparación con los compactos. Como consecuencia de ello, los primeros tienen capacidad para absorber agua, mientras que los segundos son, en teoría, impermeables, salvo por las imperfecciones de fabricación o formación. La porosidad proviene, en general, de la evaporación de agua de materiales naturales (rocas sedimentarias) o elaborados (morteros, cerámica). También puede ser un tipo de porosidad específica, creada intencionadamente para obtener mejoras de 2 Washburn estableció en 1921 una clasificación de poros: en canal; en lazo (canal curvo); canal ciego; en bolsa; y cerrado o inaccesible. Un sexto grupo sería el de microporos, tan pequeños que no permitirían la penetración del agua. La cantidad de poros y su forma y localización son fundamentales para determinar o influir en numerosas propiedades de los materiales de edificación. Las principales son: densidad; resistencias mecánicas; higroscopicidad y aislamiento higrotérmico.

3 Los materiales compactos ocuparían los primeros puestos de una clasificación de materiales más aptos, por su elevada resistencia, impermeabilidad, comportamiento a la intemperie, carencia de rugosidad superficial, buena conductividad higrotérmica. Conviene analizar las consecuencias que la porosidad tiene para los materiales pétreos, los más abundantes y usados en nuestro entorno para las técnicas tradicionales de albañilería y edificación. La porosidad se mide como el cociente entre el volumen de poros y el volumen aparente. Por existir poros accesibles e inaccesibles, distinguiremos entre el volumen aparente de poros (el de los externos) y el volumen real de poros (el del conjunto), obteniéndose entonces dos tipos de porosidad: aparente y real o absoluta. Vpap (volumen de poros aparente) = (G E - G S )/γ A Es decir, se calcula indirectamente, hallando el volumen del agua que puede ocupar los poros. G E : peso del material embebido en agua. G S : peso del material desecado. γ A : densidad del agua (= 1) ß(%) (porosidad aparente) = (G E - G S )/V a γ A = = (G E - G S )γ a /G S γ A = C A. γ a /d A = β(%) C A = Coeficiente de absorción. γ a = densidad aparente = G s /V a γ r = densidad real = G s /V r Vpr (volumen de poros real) = V a - V r η(%) (porosidad real) = (V a - V r )/V a = = (G S /γ a - G S /γ r )/G S /γ a ) = η(%) = (γ r - γ a )/γ r La compacidad es la relación entre densidades aparente y real: κ (compacidad) = γ a 100/γ r (%) Se cumple que: κ + η = 1, es decir, la porosidad real y la compacidad suman la unidad, o 100, en caso de porcentaje. El módulo de saturación es la relación entre la porosidad aparente y la real. Mide la proporción de poros accesibles con relación a los totales. De él depende la heladicidad, fenómeno que se debe a la congelación del agua que ha penetrado en los poros del material, por lo que aumenta hasta un 9% de su volumen, provocando tensiones de expansión que pueden producir el cuarteamiento del material. ξ (módulo de saturación = ß.100/η (%). El material puede ser heladizo si ξ > 70%. Superando este valor hay que proceder a realizar un ensayo de heladicidad. 3 Sin embargo, la heladicidad y otras propiedades de los materiales dependen no sólo de la cantidad de poros sino de la forma de éstos y de su distribución en el material. Es lo que se conoce como estructura porosa, siendo importante la proporción de poros capilares sobre el total, así como su interconexión. Dicha estructura puede observarse mediante el ensayo de porometría de mercurio. 3 ABSORCIÓN, PERMEABILIDAD, DILATACIÓN Los materiales, debido a la presencia de espacios vacíos o de componentes higroscópicos, son capaces de captar agua por diversos mecanismos. Cuando las condiciones ambientales cambian, en el sentido de facilitar la evaporación, el agua que se encuentra en su interior tiende a salir al exterior (desorción o evaporación). La absorción expresa la cantidad de agua que puede captar un material, y que depende de: - Número de poros de cara a la fuente que proporciona el agua. - Tamaño e interconexión de los poros. - Naturaleza absorbente de los granos o partículas del material. La succión es un tipo de absorción que se realiza principalmente por efecto de la capilaridad, atracción que ejercen sobre el líquido los poros capilares, lo que permite la penetración aunque el material no se encuentre sumergido en el agua y venciendo la fuerza de la gravedad. La adsorción es un tipo de absorción que tiene lugar en la superficie de los granos o partículas de ciertos materiales (cerámica, hormigón), en los que las gotas de líquido quedan adheridas por tensión superficial. No existe verdadera penetración del agua en el seno de la porosidad. La sorción o higroscopicidad consiste en la captación por el material de humedad a partir del vapor de agua existente en la atmósfera por adsorción sobre la superficie de los poros o por condensación capilar. Este fenómeno, de transformación del gas en líquido en el interior del los poros es reversible, por lo que, según las variaciones de la humedad atmosférica, el material capta o cede alternativamente al agua para equilibrar su contenido de humedad con el ambiente. Todos los materiales, en estado natural, contienen una cierta cantidad de agua, que depende de las variaciones higrométricas de la atmósfera o del medio en que se halle. Para esa cantidad de agua suele procederse mediante desecación del material a peso constante, para lo cual se introduce la

4 muestra en un medio ávido de agua (como aire caliente o conteniendo óxido de cal, cloruro cálcico o ácido sulfúrico) y pesándolo a continuación: El proceso se repite hasta que la diferencia entre dos pesadas consecutivas no difiera en más de un 0,2%. La diferencia: G N - G S es el peso de agua que contenía la muestra, siendo G N y G S respectivamente, el peso de la muestra en estado natural y desecada a peso constante. El cociente H = (G N - G S )100/G S (%) es el valor del contenido de humedad en porcentaje. La absorción se mide saturando una muestra de material con un líquido (agua), hasta peso constante (G E ), y a continuación desecándola hasta peso constante (G S ). El coeficiente de absorción, que es característico para cada pareja de material/líquido, será: C A = (G E - G S )100/G S (%) La permeabilidad es la capacidad de un material de permitir el paso de un líquido a su través, por los poros, supuestos éstos comunicados. Está ligada a la porosidad. Se trata de una característica relativa, pues depende de la presión del líquido (agua) y de la temperatura, reduciéndose conforme van colmatándose los poros. Este fenómeno suele ser más frecuente en la retracción de ciertos materiales tras su hidratación, como morteros y hormigones; pero en otros la fisuración puede ser por expansión, característica de los ladrillos y bovedillas cerámicos. 4 MATERIALES PARA CERRAMIENTO Los cerramientos constituyen sistemas constructivos cuyos componentes deben garantizar la estanqueidad al agua y al viento de los espacios interiores. Para ello suelen utilizarse materiales con mayor o menor grado de absorción de agua y permeabilidad. Así, las fábricas de fachada y tejados captan una parte de la humedad exterior. No sucede lo mismo si los elementos de cierre son de chapa, polímeros o vidrio, carentes de porosidad accesible. Las piedras compactas y pulidas, como granitos y mármoles, se comportan también como materiales impermeables. Si los materiales son absorbentes ha de asegurarse que, mediante su limitada permeabilidad, o por el espesor dispuesto, o la adopción de barreras impermeables complementarias la humedad no podrá atravesar el cerramiento filtrándose hasta los paramentos del local encerrado. La solubilidad es una característica físico-química de algunos materiales que, sumergidos en agua u otro líquido, sufren una disminución progresiva de su volumen. Tiene lugar en mayor o menor medida en todos los materiales de revestimiento expuestos a la acción del viento y la lluvia. La eflorescibilidad es un fenómeno ligado a la solubilidad, ocasionado por la cristalización de las sales solubles al evaporarse el agua en tiempo seco o cálido, produciéndose en el exterior de los materiales porosos (piedra, ladrillo, hormigón) unas manchas blanquecinas o eflorescencias. Si la cristalización sucede antes de alcanzar la superficie, el fenómeno se denomina criptoflorescibilidad, y las criptoflorescencias ocasionan tensiones en el interior del material que llevan a su erosión por caída de las capas exteriores. Dilatación y contracción hídricas: Los cambios hídricos de los materiales, como consecuencia de los procesos de absorción y desorción de humedad provocan tensiones inducidas en su estructura interna (textura) que, en el caso de las tracciones, son capaces de romperla, con la típica apariencia de fisuras y grietas. 4 Así mismo hay que asegurarse que la filtración no será favorecida por los puentes o elementos de conexión entre las capas del cerramiento. Por otro lado, la absorción o penetración de agua desde el exterior puede ser potenciada por la presión del viento, siendo importante la existencia de zonas con diferente presión que favorecen o dificultan penetración del aire y con él la humedad. Este fenómeno es frecuente si los elementos de cierre son piezas o paneles dotados de juntas entre ellos,

5 de cuya solución puede depender la adecuada estanqueidad. 4.1 LAS JUNTAS EN LOS CERRAMIENTOS Las fachadas y cubiertas de paneles pueden tener juntas abiertas totalmente, como los sistemas transventilados. O totalmente estancos e impermeables, como los cerramientos prefabricados de hormigón, sellados con materiales de caucho o polímeros. También pueden darse situaciones intermedias. En cualquier caso las juntas deben evitar el paso directo del agua hacia el paramento interior de los cerramientos, ya sea con ayuda de la presión del viento o por capilaridad. Si el agua puede penetrar parcialmente en una cámara, en los sistemas de doble junta, debe poder drenarse para evitar el mojado de las capas de aislamiento o la succión capilar si la humedad permanece largo tiempo. 4.2 SISTEMAS DE IMPERMEABILIZACIÓN En ocasiones se proyectan cerramientos que deben garantizar una total impermeabilidad al agua y al viento, lo que obliga a diseñar lo que se denomina sistema de estanqueidad, en que tan importante es el grado de impermeabilidad de los materiales como el número y la disposición de las capas, así como los anclajes, conexiones y juntas entre elementos componentes. Las fachadas, por su posición vertical, resultan menos accesibles al agua de lluvia, salvo con mucho viento o en las zonas de coronación. En ellas no es tan importante la impermeabilidad superficial, siendo más variadas las soluciones de revestimiento y de juntas. Pero debe prestarse especial atención a los huecos, impostas y elementos sobresalientes donde la retención de agua puede facilitar las filtraciones. Las cubiertas, por el contrario, deben resolver la posibilidad de penetración directa del agua por simple gravedad, así como la eliminación rápida del agua acumulada en sus planos, más próximos a la posición horizontal. Son las soluciones de continuidad de las piezas o elementos que componen el cerramiento. En las fábricas suelen ser cerradas, generalmente a base de morteros, lo cual no significa que sean impermeables. En las cubiertas tradicionales, como tejados de tejas cerámicas o de pizarras suelen ser abiertas, favoreciéndose la ventilación de los espacios inferiores, tableros y armaduras, para evitar condensaciones y ataque biológicos. La estanqueidad se apoya en buena medida en la impermeabilidad de ciertos materiales específicos, principalmente los bituminosos y poliméricos, de estructura compacta, resistente y dotada de cierta elasticidad para adaptarse a los movimientos diferenciales causados por los cambios térmicos e hídricos, así como los producidos en los elementos que los soportan. 5