Las cubiertas de concreto son uno de los tipos más comunes de cubiertas de techo de pendiente baja para edificios comerciales. Las cubiertas de techo de acero y madera son los otros tipos más comunes. Las cubiertas de concreto para techos representan aproximadamente el 13-14 % del mercado de las construcciones nuevas y acondicionamientos de pendiente baja, según un estudio de mercado de 2015-2016 de la Asociación nacional de contratistas de techados (NRCA). Este artículo estudia en detalle las ventajas de las cubiertas de concreto para techos, los distintos tipos y algunas de las precauciones que deben tomarse para garantizar el éxito.
Ventajas de las cubiertas de concreto
Si bien las cubiertas de concreto ofrecen numerosas ventajas, existen dos motivos principales para considerarlas. Se basan en los requisitos estructurales y de clasificaciones de materiales ignífugos deseados.
El concreto puede tener una amplia gama de densidades en función del tipo y el monto de agregado usado, la cantidad de agua usada en la mezcla, y si se introduce aire como espuma a través del uso de surfactantes y sustancias similares. Por lo general, el concreto para aplicaciones de techado recae en una de varias categorías, según los requisitos. Las propiedades de cada tipo abarcan una gama, según las materias primas. La siguiente tabla muestra gamas de densidad seguidas de valores de propiedad típicos que pueden preverse.
* Los valores de tablero estructural de concreto son estimaciones que se basan en la densidad publicada.
Los diseñadores y especificadores siempre deben tener en cuenta que los valores de propiedad real dependerán del tipo de agregado y la fuente, del volumen de agua usada y de otros factores de materias primas. Siempre consulta a los proveedores locales para garantizar que se cumplan los requisitos.
Cuando el concreto se usa como componente estructural, típicamente, los diseñadores especifican la resistencia a la compresión. Esto solo está levemente relacionado con la resistencia a la compresión del agregado áspero, y la norma 213R-03 del American Concrete Institute (ACI) indica que, para resistencias a la compresión típicas de losa de edificio, de hasta alrededor de 5,000 psi, "no hay una correlación confiable entre la resistencia del agregado y la resistencia del concreto".
Existen cinco tipos generales de cubierta del techo de concreto, que se indican a continuación.
Cubiertas de concreto estructural
Estas se cuelan en la obra y se convierten en una parte fundamental de la estructura. Usan el peso normal del concreto y están diseñadas para soportar cargas pesadas. Puede adherirse aislante de espuma, como poliisocianurato, sobre ellas, seguido de la membrana para techos. Además, la cubierta de techo estructural puede aislarse con concreto aislante liviano vertido en el lugar, con la membrana para techos instalada encima.
Cubierta compuesta de concreto estructural
Se basan en un sistema de cubierta de paneles de acero que se recubre con concreto estructural liviano o de peso normal. Las cargas son soportadas por la combinación de cubierta de acero y concreto, que actúan como un componente único. Por lo general, los paneles de acero están en relieve para garantizar el acoplamiento mecánico con el concreto. Al igual que las cubiertas de techo de concreto estructural, las cubiertas compuestas se aíslan normalmente con paneles de aislante de espuma adheridos o concreto aislante liviano vertido en el lugar.
Cubiertas de concreto aislante liviano
El concreto aislante liviano (LWIC) puede verterse sobre diversos sistemas de cubiertas estructurales diseñados para soportar cargas. Estos pueden ser los dos tipos de cubierta de concreto estructural ya descritos o una cubierta de acero estructural. Si bien las propiedades publicadas del LWIC se basan en el uso de agregados livianos o concreto celular, el LWIC también puede incorporar tableros de espuma. La siguiente imagen muestra cómo se vierte concreto aislante liviano sobre tableros dispuestos para formar una capa delgada de LWIC.
Cuando se trabaja de esta manera, el concreto encapsula por completo la espuma, que suele ser poliestireno expandido. La imagen es de un sistema Siplast, y la estructura resultante se muestra aquí:
Al disponer tableros de distintos espesores, combinados con el emparejamiento de la superficie, puede obtenerse una pendiente positiva para posibilitar un buen drenaje.
Cubiertas de concreto premoldeadas
Existen varios tipos, pero, por lo general, los miembros premoldeados están compuestos por concreto de peso normal reforzado, pretensado o postensado. Pueden tener forma de T o ser tablones huecos. Normalmente, el sistema premoldeado está cubierto por una capa de concreto liviano estructural o concreto aislante liviano vertidos en el lugar, que actúa como capa de nivelación. Debido a que los tablones huecos suelen curbirse con concreto vertido, para los fines de este artículo, se consideran equivalentes a las cubiertas estructurales vertidas. Al igual que con los anteriores tipos, el techo se completa con aislante de espuma adherido y una membrana.
Tableros de concreto estructural
Son tableros conformados en la fábrica relativamente delgados (por lo general, de ¾ de pulgada) que se atornillan a un soporte de acero estructural (por ejemplo, canales "C"). Conceptualmente, puede considerarse que son similares a los paneles de cubierta de acero que se instalan sobre vigas de acero, pero con mayor protección contra incendios. El aislante puede acoplarse mecánicamente o adherirse, seguido por la aplicación de la membrana.
Ventajas de las cubiertas de concreto vertido
Ya sean estructurales o aislantes, las cubiertas de concreto vertidas en el lugar ofrecen numerosas ventajas.
Clasificaciones de material ignífugo: de acuerdo con la norma ASTM E119, Métodos estándares de pruebas de incendios de construcción y materiales de edificios, el American National Standards Institute (ANSI) y Underwriters Laboratories (UL) detallan espesores de concreto mínimos requeridos para diversas clasificaciones de materiales ignífugos. La siguiente tabla se ha resumido de la norma ANSI/UL 263 de diseño n.º J718.
A menor densidad, menor conductividad térmica, lo que mejora la resistencia al fuego. Sin embargo, si la densidad es menor, también lo es la resistencia a la compresión.
Clasificaciones de resistencia a vientos fuertes: cuando el viento sube por encima de un edificio, crea una presión ascendente que ejerce una fuerza hacia arriba sobre las membranas para techo. Al restringir sustancialmente el flujo de aire hacia un sistema de techo, se incrementa la resistencia a esa fuerza ascendente. Las cubiertas de concreto vertido pueden sellarse de manera efectiva en las penetraciones y los bordes del techo, lo que permite reducir de forma significativa la cantidad de aire que puede penetrar y ascender. Esto se muestra en el siguiente diagrama, que compara una cubierta de concreto con una cubierta de acero.
Existen dos motivos principales por los que las cubiertas de concreto pueden mejorar potencialmente la resistencia a vientos fuertes, según la especificación del concreto y el diseño general del sistema de techo. En primer lugar, los sujetadores en el concreto estructural tienen una resistencia a la tracción muy superior a la del acero. Por ejemplo, con 14 sujetadores, la relación es de 2:1. En segundo lugar, un sistema de cubierta de acero que tiene una membrana adherida y un aislante acoplado mecánicamente puede estar limitado, en definitiva, por la resistencia a la tracción de los sujetadores. Esto tiende a limitar la resistencia a vientos fuertes en los techos con cubiertas de acero a, aproximadamente, 1-180 psf en pruebas de resistencia a vientos fuertes en techos de 12x24. Sin embargo, los sistemas de cubierta de concreto estructural totalmente adheridos han alcanzado 1-300 psf o más en pruebas similares.
Si bien, a menudo, la resistencia a vientos fuertes se analiza en términos de velocidad del viento, la causa real del levantamiento del techo por el viento es un poco más compleja. El daño en el techo causado por viento se produce cuando la presión de aire debajo del sistema de techo es superior a la presión de aire por encima del techo del edificio. Cuando el viento sopla por encima del edificio, la presión directamente encima de la superficie del techo disminuye. Al mismo tiempo, la presión de aire interna se incrementa debido a la infiltración de aire a través de aberturas, grietas, etc. Como resultado, se ejerce una fuerza neta ascendente sobre el sistema de techo. Las cubiertas de concreto, cuando se instalan de forma adecuada, pueden reducir sustancialmente el flujo de aire interno hacia un sistema de techo, pero si se realizan penetraciones a través de una cubierta de concreto más adelante, estas deben sellarse con cuidado para evitar el movimiento de aire hacia arriba.
Barrera de aire: el Código Internacional de Conservación de Energía (IECC) considera que el concreto, en las siguientes formas, es una barrera de aire efectiva, siempre y cuando todas las uniones y juntas estén selladas.
Tablero de cemento con un espesor de no menos de 1/2 in (12 mm).
Cemento Portland/arenilla o yeso con un espesor de no menos de 5/8 in (16 mm).
Concreto premoldeado y colado en el lugar.
Como se ha indicado previamente, las cubiertas de concreto vertido sellan de manera efectiva alrededor de las penetraciones. Sin embargo, con cualquier cubierta de concreto, es importante considerar detenidamente la terminación de techo a pared y asegurarse de que todas los huecos estén cerrados y sellados.
Masa térmica: comúnmente, se logran mejoras en la eficiencia energética de los edificios a través de más aislante térmico. De hecho, la mayoría de los códigos de modelo utilizan aislante térmico como el único método para mejorar la eficiencia energética de los cerramientos de edificios. Sin embargo, existen numerosas indicaciones de que la masa térmica también podría ofrecer un medio tanto para mejorar la comodidad de los ocupantes como para reducir el consumo de energía. La masa térmica afecta el flujo dinámico del calor hacia el edificio y fuera de él, pero no ha recibido tanta atención como la resistencia térmica para mejorar la eficiencia energética de los cerramientos de edificios. El concreto puede añadir una masa térmica significativa a un sistema. Esa masa térmica podría ayudar a atenuar los vaivenes de temperatura en el interior y, por lo tanto, mejorar la comodidad de los ocupantes. Asimismo, puede atenuar y retrasar los flujos de calor causados por el sol, y trasladar el flujo de calor pico del mediodía a más adelante por la tarde. Esto podría ayudar a mejorar la eficiencia energética, especialmente para edificios ocupados solo durante las horas del día.
Capacidad de añadir pendiente: durante la instalación, puede añadirse una pendiente a una cubierta de concreto vertida. Esto se analizó en la sección de LWIC anterior. Al lograr una pendiente positiva con el concreto, es posible eliminar la necesidad de aislante de espuma biselado y, a la vez, posibilitar el drenaje.
Desventajas de las cubiertas de concreto vertido
Peso: los diseñadores de techos deben considerar el incremento de peso generado por las cubiertas de concreto. Es importante comprender el peso de concreto obtenido localmente y no simplemente confiar en datos de manuales nacionales. Siempre consulta a un ingeniero estructural. Una ventaja de los tableros de concreto estructurales radica en que el peso agregado es inferior al del concreto vertido. Sin embargo, los tableros de concreto requieren sellar cuidadosamente las juntas y penetraciones para reducir el movimiento de aire en el sistema.
Contenido de agua: las cubiertas de techos coladas en el lugar contienen un alto nivel de agua cuando se vierten. Esto es cierto en el concreto estructural de peso normal y, lo que es aún más importante, la cantidad de agua se incrementa de forma significativa al usar concreto estructural liviano. El concreto estructural de peso normal utiliza agregados normales (p. ej., rocas duras) con una tasa de absorción de humedad baja, mientras que el concreto liviano utiliza esquistos y arcillas que se expanden con el aire para reducir la densidad, pero que tienen una tasa de absorción de humedad más alta.
En un sitio de trabajo, independientemente del tipo de concreto, a menudo se agrega más agua a la mezcla para reducir la viscosidad, y así garantizar que el concreto fluya con facilidad y no queden huecos ni espacios en el producto final. A menudo, el agregado para concreto liviano se carga intencionalmente con agua debido a los huecos. Esto es necesario para que el agua necesaria para el curado del concreto no sea captada por el agregado.
Por lo general, la industria de techado estipula un período de curado de 28 días antes de probar la "sequedad" e idoneidad para techado de una cubierta de techo. Esta recomendación se obtuvo de la recomendación de la industria de concreto respecto del tiempo apropiado para que el concreto se cure y desarrolle una resistencia a la compresión adecuada; sin embargo, el período de 28 días no está relacionado con la cantidad de agua en el concreto, sino solamente con el tiempo de curado. La industria de techado ahora comprende que el concreto continúa curándose y liberando el exceso de humedad (es decir, secándose) durante un período significativo. Es importante tener en cuenta que el mayor contenido de humedad del concreto liviano (en relación con el de peso normal) implica un tiempo de secado mucho mayor.
Al verter una cubierta de concreto, una parte del agua de la mezcla es utilizada en el proceso de curado y otra parte se evapora, pero la tasa de evaporación es lenta, por lo que grandes cantidades de agua permanecen almacenadas dentro de la estructura del concreto durante un período extenso. La retención de humedad es exacerbada por los métodos de construcción que instalan concreto sobre formas de metal sin ventilación y no extraíbles (u otros sustratos impermeables). Si bien el concreto en sí no suele ser dañado por la humedad, esta última suele migrar hacia el sistema de techo, donde es absorbida por materiales que sí son más sensibles a la humedad.
Existen varias recomendaciones técnicas que han sido emitidas para informar sobre los posibles problemas de humedad asociados con las cubiertas de techo de concreto. Se incluyen recomendaciones de National Roofing Contractors Association, Asphalt Roofing Manufacturers Association, Single-Ply Roofing Institute, Polyisocyanurate Insulation Manufacturers Association y de International Institute of Building Enclosure Consultants.
Lo ideal es dejar que el concreto se seque por completo; sin embargo, muchas veces no es nada práctico esperar más de 28 días. Por lo tanto, deben implementarse ideas más realistas para instalar un potencial sustrato, como las que se indican a continuación.
Instalación de un retardador de vapor en la capa superior de la cubierta de concreto. Midwest Roofing Contractors Association (MRCA) informa que se necesita un retardador de vapor de menos de 0.01 perm sobre cubiertas de techo de concreto nuevas. Desde una perspectiva práctica, un retardador de vapor de menos de 0.01 perm es efectivamente una barrera de vapor, ya que impide casi por completo el pasaje de humedad hacia el sistema de techo. Para obtener más información sobre el uso de retardadores de vapor, consulta esta guía.
Existen tres clases de retardadores/barreras de vapor: clase I, II y III. Cada una de ellas tiene diversas clasificaciones de permeabilidad. Un retardador de vapor de clase I tiene una clasificación de permeabilidad de 0.01 a 0.1; un retardador de vapor de clase II tiene una clasificación de permeabilidad de 0.1 a 1.0; y un retardador de vapor de clase III tiene una clasificación de permeabilidad de 1 a 10. MRCA aconseja usar un retardante de vapor superior a los de clase 1 sobre cubiertas de techo de concreto nuevas, por su capacidad de impedir el ingreso de humedad en el sistema de techo.
Aunque las guías de la industria apuntan hacia el uso de un retardador de vapor sobre cubiertas de concreto, los diseñadores deben considerar los posibles problemas asociados con la instalación de un sistema de techo con una doble barrera de vapor. La humedad que ingresa entre la membrana para techos y el retardador de vapor en la cubierta de techo queda prácticamente atrapada.
Debe usarse una hoja base de ventilación junto con ventilaciones y detalles de borde de ventilación (en bordes, parapetos y penetraciones) para proporcionar una vía que permita que la humedad en la cubierta de concreto húmeda se escape lentamente con el paso del tiempo.
Para posibilitar el secado hacia abajo, el concreto liviano siempre debe instalarse sobre una cubierta de acero con ventilación.
Para obtener más información sobre la humedad en cubiertas de concreto, consulta este artículo de Kirby.
Ventajas y desventajas de los tableros de concreto estructural
Los tableros de concreto estructural mejoran la resistencia al fuego de los sistemas de techo, pero, a causa de su espesor relativamente bajo, no ofrecen la misma resistencia al fuego que las cubiertas de concreto vertidas.
Los tableros de concreto se curan en la fábrica y, por lo tanto, no experimentan los problemas de humedad asociados con las cubiertas de concreto vertido.
Los tableros de concreto son similares a los paneles de cubiertas de techo de acero en el sentido de que no impiden que el aire y la humedad migren hacia el sistema de techo. El siguiente diagrama muestra que ese tipo de sistemas pueden "mejorarse" sellando alrededor de las penetraciones y aplicando un retardador de vapor autoadhesivo a la cubierta de tablero de concreto.
Al adherir el retardador de vapor directamente a la cubierta de concreto, se garantiza que está debajo del punto de condensación siempre y cuando se instale el nivel de aislante requerido de conformidad con los códigos por encima del retardador de vapor. Un buen ejemplo de un producto de ese estilo es el retardador de vapor SA de GAF. En el caso de la mayoría de los retardadores de vapor, al aplicarlos directamente a una cubierta de acero, no se cumplen muchos códigos contra incendios. Los tableros de concreto pueden ser un buen sustrato para aplicar el retardador de vapor y, a la vez, mejorar el desempeño contra incendios.
Conclusiones
Las cubiertas de concreto ofrecen numerosas ventajas en comparación con las cubiertas de acero. Estas incluyen mejor resistencia al fuego y a los vientos fuertes. Además, el concreto está clasificado en el IECC como una barrera de aire, siempre y cuando se sellen las uniones y juntas.
Deben tomarse las medidas necesarias para garantizar que la humedad en cubiertas de concreto vertido no se traslade hacia arriba, hacia el sistema de techo. Por lo general, esto se logra con la instalación de un retardador de vapor sobre la cubierta.
Los paneles de concreto estructural se curan en la fábrica y pueden ser un buen sustrato para retardadores de vapor autoadherentes en los casos en los que haya riesgo de migración de la humedad dentro del edificio hacia arriba, hacia el sistema de techo.