Resumen

Un sistema de impermeabilización que ha dado buenos resultados en la práctica es explicado aquí por su autor, quien señala las especificaciones de diseño de losa necesarias para evitar los factores que generan los problemas más costosos y difíciles de resolver, a la vez que analiza uno por uno los componentes del sistema

Los problemas de impermeablización más costosos y difíciles de resolver son aquellos en los que intevienen los siguientes factores:

• Diseño de la estructura y de zonas potencialmente permeables de alto riesgo.

• Comportamiento mecánico y estructuración del elemento que.va a recibir la pantalla impermeable.

• Soluciones inadecuadas en juntas constructivas y en los contactos entre la pantalla impermeable y las instalaciones u otros elementos que intevienen en el diseño.

• Vicios ocultos de diversos tipos.

Un sistema que busque en su diseño evitar los factores señalados supera con creces a otro que sólo se base 
en cubrir con una pantalla impermeable las zonas potencialmente permeables, pues mientras que en el primero se trata de eliminar o al menos reducir al mínimo los factores que pueden dar lugar a su falla, en el otro poco o nada se les considera.

Este sistema, que por el criterio en que se basa hemos llamado "razonado", obliga por su propia naturaleza a intervenir con sus especificaciones en el diseño y ejecución de las zonas potencialmente permeables.

Sus especificaciones, basadas en el análisis del proceso lógico de investigación sobre la penetración del agua en las estructuras, pueden sintetizarse de la siguiente manera:

• Determinación de las zonas potencialmente permeables y los puntos especialmente críticos.

• Determinacíón del origen de los conductos a través de los cuales penetra el agua.

• Determinación de los fenómenos y/o mecanismos con que se presenta la penetración del agua en los edificios o estructuras.

El criterio de diseño de la impermeabilización de una losa horizontal requiere que ésta cumpla con las especificaciones siguientes:

• El cálculo y estructuración de la losa deben lograr que sus deformaciones sean compatibles con las que pueda admitir el sistema impermeable.

• Las deformaciones normales del relleno no deben provocar fracturas o deformacíones innecesarias en la pantalla impermeable.

• El diseño del sistema debe considerar soluciones prácticas y efectivas en los puntos o zonas especialmente vulnerables a la permeabilidad

• El diseño del sistema debe permitir que su vida útil corresponda con la de la losa y sólo requiera un mantenimiento sencillo y económico.

Un sistema que cubre ampliamente estas especificaciones es el que aparece en la figura 1, diseñado por el autor de este artículo.

Del análisis de la figura se desprende que el sistema consiste en:

• Rigidizar la losa mediante una cadena para el caso de que no quede ligada a una trabe.

• Cementar su relleno; el objeto principal de esto es hacer que sus deformaciones sólo correspondan a las de la losa, evitando así las fracturas de la pantalla impermeable. Su comportamiento mecánico se visualiza a partir de su proporcionamiento, el cual aparece en párrafos más abajo:

• Transformar el enladrillado en una pantalla impermeable, capaz de absorber sin fracturarse las deformaciones que le índuce la losa. Esto se logra gracias al proporcionamiento del "mortero cama" en el cual se ha bajado su módulo elástico (con respecto al del concreto de la losa), y se ha hecho impermeable.

Proporcionamiento del relleno cementado, con base en 50 kg de cementante

La colocación del ladrillo también es importante y se analizará en párrafos siguientes.

El sistema descrito se ha aplicado desde hace unos 35 o 40 años, sin que hasta la fecha se hayan tenido noticias de falla en ninguna de las obras realizadas con este criterio.

El éxito el sistema radica en sus logros, que son los siguientes:

• Introducir materiales pétreos de bajo costo y gran durabilidad.

• Hacer compatible su capacidad de deformación con las deformaciones elásticas de la losa.

• Estructurar el sistema de manera tal que su comportamiento elástico bajo las deformaciones de la losa ubicadas dentro de su rango elástico correspondan sensiblemente al de un cuerpo homogéneo.

• Controlar a través de la rigidízación de la losa los movimientos que pudieran afectarla.

• Controlar la formación de fisuras en el mortero cama durante su fraguado y endurecimiento posterior.

• Controlar la permeabilidad debida a los conductos capilares.

• Facilitar el tratamiento de las juntas con los elementos que entra en contacto.

• Reducir su peso muerto con respecto al de los sistemas en que se utiliza relleno suelto.

• Simplificar los tratamientos que se puedan requerir para dar mantenimiento o reparación a algún problema que pudiera presentarse.

• Bajar los costos de impermeabilización y mantenimiento.

Análisis del sistema

Podría pensarse que el sistema así diseñado tiene el riesgo de fracturarse con los movimientos normales de la losa; sin embargo, veamos que ello no sucede, con base en el análisis siguiente:

• La capacidad de deformacíón de un cuerpo es inversamente proporcional a la de su módulo elástico.

• La capacidad de deformación de un cuerpo queda condicionada al módulo elástico de sus componentes.

• Cuando un cuerpo A en un estado de esfuerzos cero o cercano a 0 tiene condícionada su deformación a la de otro que llamaremos B, y el módulo elástico del primero es inferior al del segundo, el primero (cuerpo A) no sufrirá fisuraciones si las deformaciones del cuerpo B quedan dentro de su propio rango elástíco y éstas no inducen esfuerzos (en el cuerpo A) que superen su límite elástíco.

Es decir, si el sistema que se coloque sobre la losa tiene un módulo elástico inferior al de ésta, no se fisurará mientras las deformaciones de la losa no rebasen el límite elástico del sistema. Dicho comportamiento se logra usando agregados ligeros y cementantes a base de cal y cemento e integrando a las mezclas un inclusor de aire.

Las losas apoyadas directamente sobre muros de tabique o bloque pueden, dependiendo de su rigidez, arrastrar en su deformación las hiladas próximas a ellas, formándose como consecuencia una fisura o grieta entre las mismas. Este defecto puede controlarse rigidizando la losa mediante una cadena perimetral capaz de absorber el momento que le es inducido . La solución propuesta mejora también el funcionamiento del sistema impermeable al reducir las deformaciones de la losa y proporcionarle una mejor respuesta a las vibraciones que pudiera recibir.

Relleno cementado

El comportamiento elástico de este tipo de mezclas no se ha estudiado en el laboratorio, circunstancia que impide conocer su módulo elástico y su respuesta a las deformaciones que le induce la losa soportando cargas reducidas, lo cual sólo nos permite apoyarnos en el éxito de las obras realizadas con este criterio y en el principio de que el módulo elástico de un cuerpo es fuertemente influido por el módulo de los elementos que lo componen.

Para demostrar que el módulo elástico del relleno cementado es menor que el del concreto, hagamos el análisis siguiente:

• El módulo elástico de la pasta de cal hidratada es menor que el de la pasta de cemento.

• El módulo elástico de las gravas de tezontle nunca es superior al de las gravas utilizadas normalmente en el concreto.

• La presencia del inclusor de aire ayuda a reducir el módulo elástico de las mezclas en que interviene.

La compacidad de este tipo de mezclas se alcanza por la acción del inclusor de aire "Integral Tipo V", que reduce notablemente la fricción entre las gravas y permite con ello un mejor acomodo así como por la presencia de la arena.

La magnífica cohesión que se desarrolla en la mezcla se debe en buena parte a la rugosidad superficial de las gravas, característica que conduce a hacer intrascendentes las fisuras que se llegaran a formar por la pérdida de agua.

Aspectos especiales en su colocación

1. El espesor mínimo del relleno nunca deberá ser menor de 4 cm, ni de dos veces el diámetro del agregado; las razones de ello se presentan a continuación:

- Mejorar la distribución de los esfuerzos que se pudieren presentar en su masa, as! como la continuidad del

sistema en la zona de espesores mínimos.

- Hacer que las deformaciones que el relleno induce al enladrillado, como consecuencia de su pérdida de agua,

siempre sean distintas de cero, consiguiendo con ello alejar el riesgo de que el enladrillado pudíera trabajar a

momento.

- Facilitar la ejecución de un buen trabajo en las zonas de espesores mínimos en la cual dicho factor es crítico por

quedar alojada en ellas las bajadas pluviales.

2. Si la losa quedara sujeta a vibraciones o fuertes diferenciales térmicos, sería muy conveniente adherirle el relleno mediante una lechada modificada con limadura de fierro Duro Pack.

3. Compactarlo con un pisón tan pronto como su consistencia lo admita. Este paso es importante por eliminar las grietas formadas hasta ese momento y mejorar su compacidad. Para que el apisonado proporcione una superficie rugosa y extraiga el agua sobrante de la mezcla (fenómeno que aceleraría su endurecimiento), la placa de impacto debe llevar fija una criba, o por lo menos un sistema de alambrones cruzados; lo óptimo sería que la placa de impacto fuese sustituida por una criba fijada en un marco de acero.

Como un detalle importante en la elaboración del relleno, debe señalarse que a consecuencia de la fuerte retención de agua que proporciona el hidróxido de calcio y de que su proceso de fraguado está ligado al secado de la misma, no debe extrañar que el relleno se mantenga blando por largo tiempo, pudiendo durar algo más de 24 hrs. si el ambiente fuese húmedo.

El relleno cementado por su estructuración va a evitar el reacomodo posterior de sus componentes, problema que no siempre se puede resolver con aquellos sistemas en los que el relleno es de tipo granular y el apisonado no logra eliminar las cavidades formadas al colocarlo, caso que se presenta cuando la textura y/o morfología de sus gravas hacen difícil que se deslicen adecuadamente entre sí.

Las causas externas del reacomodo son los movimientos inducidos al relleno por la formación de la elástica y las deformaciones térmicas de la losa, así como las vibraciones cuyo origen puede encontrarse en sismos, algunos equipos, paso cercano de aviones, helicópteros y vehículos pesados, etcétera.

Se ha querido ver en las deformaciones de origen térmico la causa exclusiva de los resquebrajamíentos del enladrillado en los parteaguas de las bajadas pluviales. Sin embargo, esta hipótesis deja sin explicar la razón de que al retirar el material fallado, el relleno manifieste una deficiente compactación y se requiera un mayor espesor de entortado para repararlo. Tampoco explica por qué en otras zonas análogas el problema no se ha presentado, y menos aún cómo es que en los conventos y demás construcciones coloniales levantadas en lugares tan cálidos y extremosos como son la Mixteca, el estado de Morelos, la planicie yucateca, etc., el problema es prácticamente desconocido, no obstante que en estos lugares el ladrillo es más compacto y grueso que el actual, por lo que podrían deformaciones mayores.

Estos factores conducen a deducir que, además de la posible deformación térmica que no puede ser controlada por las características del entortado, existe en la zona una muy deficiente compactación, puesto que, cuanto mayor es el espesor del relleno, más disminuye el ya reducido efecto del apisonado, provocando por lo mismo un incremento de vacíos; a esto se agrega la práctica de muchos albañiles de sólo repartir el relleno.

Por el contrario, el relleno cementado va a permitir, dados su acabado y estructuración, la transformación de las deformaciones potenciales, en un estado de esfuerzos internos que las controla, evitando así la necesidad de introducir juntas de dilatación.

El relleno cementado, al no requerir ningún tratamiento para evitar la fuga de la lechada del enladrillado, omite la necesidad de introducir el entortado y reduce con ello el costo y la carga muerta del sistema, a la vez que acelera el proceso constructivo. Es conveniente hacer notar que en los sistemas de relleno granular el entortado sufre una fuerte evaporación que, unida a la pérdida de agua y lechada que ocurre en su contacto con el relleno, da lugar a una fuerte reducción de su ya baja resistencia.

El enladrillado debe estar diseñado de manera que

• tenga un módulo elástico inferior al de la losa;

• haga compatible el comportamiento elástico del ladrillo con el mortero cama y garantice la impermeabilídad de la junta;

• controle la permeabilidad del mortero cama;

• propicie el diseño de juntas elásticas e impermeables con aquellas instalaciones o elementos con que tuvieren movimientos diferenciales o presentaran vibraciones, y

• controle las dilataciones térmicas del ladrillo.

La finalidad de que el módulo elástico del sistema formado por el mortero cama y el ladrillo sea inferior al de la losa es impedir que el sistema se fracture durante la formación de la elástica o ¿la provocada por otros factores?.

La condición citada se logra sustituyendo en el mortero cama 20% de cemento por cal hidratada (proporción en peso) y agregando además un aditivo inclusor de aire.

Al sustituir parcialmente el cemento por cal hidratada, se está aprovechando el principio de que el módulo elástico de un cuerpo es afectado por el de sus componentes; el módulo elástico de la pasta de cal hídratada es inferior al de la pasta de cemento.

Puesto que el proceso de endurecimiento del mortero de cal hidratada está ligado al de su pérdida de agua, y este mortero tiene a su vez la propiedad de retener más agua que el exclusivamente de cemento, puede esperarse que el mortero cama modificado con cal tenga un proceso de endurecimiento más lento que aquel cuyo cementante es sólo cemento. Este comportamiento resulta muy favorable por reducir durante dicha etapa el módulo elástico del mortero, con lo cual los movimientos derivados de la formación de la elástica serán más fácilmente absorbidos. Este mismo fenómeno va a intervenir en forma muy favorable en el efecto de la fluencía, permitiendo por lo mismo que los esfuerzos derivados de dicha deformación se disipen.

A fin de prolongar por el mayor tiempo posible las condiciones de humedad en el mortero, el ladrillo debe colocarse totalmente saturado, no humedecido y debe regarse diariamente hasta que se le aplique la lechada o el escobíllado.

La distinta compacidad que se observa entre el ladrillo y el mortero cama nos señala que el módulo elástico del primer material es inferior al del segundo, para que haya compatibilidad entre el comportamiento elástico de ambos sólo se requiere que las deformaciones que se presenten no excedan la capacidad de deformación de cada uno de ellos, y que la transmisión de los esfuerzos al ladrillo se haga satisfactoriamente.

La transmisión de los esfuerzos se hace a través de la adherencia del ladrillo al mortero cama y del empaque que les proporciona la junta, la cual va a requerir para funcionar en forma efectiva que su ancho corresponda al valor máximo que se obtenga de aplicar una de las especificaciones siguientes:

• Un centímetro.

• Cinco veces el diámetro de las arenas gruesas.

• El peralte del ladrillo.

La permeabilidad del mortero cama puede deberse a sus conductos capilares y/o a la presencia de fisuras, las cuales podrán tener como origen los esfuerzos debidos a causas externas y los generados por la propia naturaleza del material (esfuerzos ínternos). Estos últimos se podrán presentar tanto en su fase plástica como durante su endurecimiento; los que se presentan durante la fase plástica son consecuencia de la pérdida brusca de agua y calor; los que se presentan durante el endurecimiento corresponden a los efectos de la desecación de los capilares y de la formacíón de cristales.

La permeabilidad del mortero cama debida a los poros capilares se controla adicionando al mortero un impermeabilizante de alta calidad "Integral Tipo V".

El sistema para controlar las fisuras potenciales debidas a los esfuerzos internos consiste en reducir en cuanto sea posible la magnitud de los factores que las originan e introducir elementos con capacidad para absorber los esfuerzos generados por ellos.

La velocidad con que se pierde el calor de hidratacíón del mortero cama queda disminuida por el efecto aislante del ladrillo, con lo cual quedará redu cida la magnitud de los esfuerzos generados por ello; de manera análoga, si el ladríllo se coloca totalmente saturado, no humedecido, se estará evitando la pérdida brusca del agua del mortero, y reduciendo como en el caso anterior los esfuerzos que se hubiesen generado. En ambos casos, el peso del ladrillo junto con la adhe rencia y el anclaje proporcionados por éste y la superficie del relleno controlarán los esfuerzos residuales (que no pudieron eliminarse con las prácticas anteriores).

Los esfuerzos que se generan durante el proceso de endurecimiento sólo podrán disiparse por el efecto de la fluencia y sólo se controlarán por la adherencia y el anclaje que proporcionan el ladrillo y el relleno.

Las lechadeadas y los escobillados colocados sobre un enladrillado saturado, exento de grasa y con los poros abiertos, dan lugar a que sobre él se forme una costra fuertemente adherida que le proporciona las caracteristícas siguíentes:

• Resistencia a la abrasíón.

• Factibilidad de nivelar las irregularidades dejadas por la mano de obra.

• Sellado de la superficie.

• Protección contra la lluvia ácida.

• Retardo notable en el proceso de carbonatación del mortero cama y del relleno.

En zonas de tránsito intenso (cercanía de baños y lavaderos) es muy conveniente sustituir la arena normal por la arena de sílice.

Cuando hubiere fuertes irregularidades en el enladrillado, es necesario que éstas se corrijan antes del acabado, pues se notarían al saturar el enladrillado antes de tender el escobíllado.

El sellado de la superficie va a proporcionar una primera pantalla impermeable y va a permitir detectar con facilidad la formación de posibles grietas.

Al ser de distinto color el ladrillo y el acabado, se va a poder var el desgaste del último antes de que resulte afectado el ladrillo.

La importancia de retardar el proceso de carbonatación reside en que este fenómeno da lugar a un incremento en el módulo elástico, con la consiguiente reducción de su capacidad de deformación.

La penetración del agua a través de los poros, fisuras y pequeñas grietas es consecuencia del fenómeno capilar (succión), para el cual es intrascendente la velocidad del agua, en el rango en que circula sobre ellas (de lo contrario, no habría razón de impermeabilizar las fachadas). Dicha característica nos permite reducir la pendiente a la estrictamente necesaria para evitar encharcamientos, que si bien son intrascendentes para el sistema cuando se usan integrales de calidad, a largo plazo, cuando la lechada o el escobillado se degradan, podrían ocasionar problemas en el ladrillo.

Puede aceptarse que una pendiente de 1% es suficiente para compensar tanto la deformación provocada al formarse la elástica, como las irregularidades dejadas por una mano de obra normal. En el caso de que estas últimas dieran lugar a encharcamientos de magnitud considerable, podrían eliminarse con un mortero modificado a base de resinas acrilícas "Acrílatex" o de un mortero impermeabilizado con "Integral Tipo V" adherido con un adhesivo epóxico "Epoxi Rock AD-H"; se hace notar que al efectuar el escobillado puede resolverse este problema en forma eficiente y económica.

Podríamos pensar que el sistema de relleno cementado es más pesado que el de relleno suelto; para salir de la duda, hagamos el análisis de una losa hipotética de 4 ´ 25 m, con la bajada en una esquina:

Pesos volumétricos de ambos materiales
Tezontle compactado con pisón de madera 800 a 900 kg / m³
Relleno cementado 1,300 a 1,600 kg / m³
Volúmenes de materiales para cada caso:
Altura de los rellenos en las esquinas (¿en qué medida?)
Cementado Suelto
Esquina 1 4 --
Esquina 2 8 8
Esquina 3 29.5 51
Esquina 4 29.5 51

Relleno cementado
Prisma rectangular 0.04 x 4 x 25 = 1.0 m³
Pirámide 1,3,4 V = 1/3 25 ´ 4 ´ 0.25 ´ 5 = 8.5 m³
Pirámide 1,2,4 V = 1/3 25 4 ´ [½ (0.04 + 0.253) = 4.9 m³
T o t a l 14.4 m³
Peso total: 14.4 ´ 1,600 - 23.04 ton., = 230 kg/m²

Relleno suelto
Pirámide 1,3,4 V = 1/3 25 ´ 4 ´ 0.51 = 17.0 m³
Pirámide 1,2,4 V = 1/3 25 ´ 4 ´ [½ (0.08 + 0.51)] = 9.83 m³
T o t al 26.83 m³
Peso total: 26.83 ´ 850 = 22.80 ton = 228 kg/m²
Entortado de 6 cm de espesor 90 Kg/m²
Peso del sistema relleno-entortado 318 Kg/m²

Comentario. No obstante haberse tomado el extremo superior del rango de variación del peso volumétrico del relleno cementado y haberse omitido proporcionar un espesor mínimo de 4 cm al relleno suelto, el diferencial de carga por metro cuadrado en favor del relleno cementado es de 90 kilogramos.

Estudio económico comprativo

Con el fin de abreviar el estudio, se omitirá el análisis detallado del tema; sólo comentaremos los resultados obtenidos por la empresa Duro Rock y los constructores que lo emplean.

Los resultados a que han llegado ambas partes concuerdan satisfactoriamente e indican que el costo del sistema de "relleno cementado" es del mismo orden del que tiene un buen enladrillado sobre entortado y relleno granular. Nótese que este último frecuentemente requiere un sistema de impermeabílización adicional, en cuyo caso se presentaría un fuerte diferencial entre los dos sistemas.

Para facilitar al constructor la elaboración de su presupuesto, señalamos que el volumen aproximado de relleno cementado por 50 kg de cementante es de 180 litros de mezcla y que el precio del "Integral Tipo V" es a razón de $12.00 la cubeta de 19 litros (en junio de 1999).

Como factores adicionales muy importantes en el análisis se tienen:

• El volumen de materiales requerido en el sistema de relleno cementado es del orden de la mitad del correspondiente al sistema de relleno granular, lo que da por resultado un costo reducido por elevarlo al nivel de azotea.

• Si bien el costo de las soluciones recomendadas para el tratamiento de los problemas debidos a las instalaciones y demás elementos que gravitan y/o atraviesan el techo puede ser un poco más alto que el de las normalmente usadas, su eficiencia es muy superior y su durabilidad va pareja con la vida del sistema.

• En el sistema de relleno cementado nunca se requerirá su reposición total durante la vida útil 
  de la estructura; sólo podrán necesitarse trabajos de mantenimiento sencillo, cuyo costo siempre será inferior al de una nueva impermeabilización que podría requerir la remoción de la anterior deteriorada, caso frecuente en los otros sistemas.

Variantes principales en el sistema

Si bien los materiales empleados en el estudio dan lugar a costos muy bajos y a un comportamiento óptimo para el funcionamiento del sistema, no quiere decir que sean los únicos que puedan intervenir en él; en principio, cualquier material o mezcla que proporcione las características básicas del sistema 
será satisfactorio.

El origen de tales características puede proceder de las especificaciones de la obra y/o de sus características y/o de los materiales disponibles en su cercanía.

Las variantes pueden encontrarse tanto en la sustitución del enladrillado por otros materiales, como 
en la composición del relleno o en la necesidad de adherirlo a la losa.