Física del techo

Como envolvente de un edificio, el techo está expuesto a una serie de factores estrechamente relacionados con los procesos que tienen lugar tanto en el exterior como en el interior del edificio. Estos factores incluyen, en particular:

• precipitación;
• viento;
• radiación solar;
• variaciones de temperatura;
• vapor de agua contenido en el aire interior del edificio;
• sustancias químicamente agresivas en el aire;
• actividad vital de insectos y microorganismos;
• cargas mecanicas.

Precipitación

La función de proteger el edificio de la precipitación atmosférica se asigna al elemento más alto del techo: el techo. Para drenar el agua de lluvia, la superficie del techo está inclinada. La tarea del techo es no dejar que entre agua en las capas subyacentes..

Los materiales blandos para techos que forman una alfombra sellada continua en la superficie del techo (materiales en rollo y masilla, membranas de polímero) hacen un buen trabajo con esta tarea. Cuando se utilizan otros materiales, las precipitaciones atmosféricas con pequeñas pendientes del techo, especialmente en condiciones climáticas adversas (lluvia o nieve, acompañadas de vientos fuertes) pueden penetrar debajo de la cubierta del techo. En tales casos, se coloca una capa de impermeabilización adicional debajo del techo, que es la segunda línea de protección contra la precipitación atmosférica..

Una tarea importante es la organización del sistema de drenaje, interno o externo..

La nieve pone una carga estática adicional en el techo (carga de nieve). Puede ser bastante grande, por lo que debe tenerse en cuenta al calcular la carga total en la estructura del techo. Esta carga depende de la pendiente del techo. En zonas nevadas, la pendiente suele hacerse más para que la nieve no se quede en el techo. Al mismo tiempo, en cubiertas inclinadas, es aconsejable instalar elementos de retención de nieve que no permitan que la nieve caiga como una avalancha, amenazando así la salud de los transeúntes, deformando a menudo la fachada del edificio e inutilizando el sistema de drenaje externo..

Figura 1

Uno de los problemas importantes en las zonas nevadas es la formación de hielo y carámbanos en los techos. El hielo a menudo se convierte en una barrera que evita que el agua entre en la canaleta, el embudo de agua o simplemente fluya hacia abajo. Cuando se utilizan cubiertas no herméticas (cubiertas metálicas, todo tipo de tejas), el agua puede penetrar a través de la cubierta formando goteras. El mecanismo de formación de hielo y los métodos para combatir este fenómeno se analizan en detalle en la sección Sistemas antihielo para techos..

Viento

Las corrientes de viento, que encuentran un obstáculo en forma de edificio en el camino, lo evitan, como resultado, se forman áreas de presión positiva y negativa alrededor del edificio (Fig.2).

Figura 2

La magnitud de la presión negativa resultante que ejerce una acción de desgarro sobre el techo depende de muchos factores. Lo más desfavorable en este sentido es el viento que sopla sobre el edificio en un ángulo de 45⁰. El plano del techo del edificio, que muestra la distribución de la presión negativa en una dirección del viento de 450, se muestra en la Fig. 3.

Fig. 3

La fuerza de desgarro del viento puede ser suficiente para dañar el techo (ampollar, arrancar parte de las cubiertas, etc.). Aumenta especialmente cuando aumenta la presión dentro del edificio (debajo de la base del techo) debido a la penetración de aire a través de puertas y ventanas abiertas desde el lado de sotavento o por grietas en la estructura. En este caso, la fuerza de desgarro del viento está determinada por dos componentes: tanto la presión negativa sobre el techo como la presión positiva dentro del edificio. Por lo tanto, para eliminar el riesgo de daños en el techo, su base se hace lo más ajustada posible (Fig. 4). A menudo se realiza una fijación mecánica adicional del material del techo a la base..

figura 4

Los parapetos se utilizan para reducir la presión negativa. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que no solo pueden disminuir sino también aumentar la presión negativa. Si los parapetos son demasiado bajos, la presión negativa puede ser incluso mayor que sin ellos..

Radiación solar

Los diferentes materiales para techos tienen diferente sensibilidad a la radiación solar. Así, por ejemplo, la radiación solar no tiene prácticamente ningún efecto sobre las tejas cerámicas y de cemento-arena, así como sobre los tejados metálicos sin revestimientos poliméricos aplicados..

Los materiales bituminosos son muy sensibles a la radiación solar: la exposición a la radiación ultravioleta acelera el proceso de envejecimiento. Por lo tanto, como regla general, tienen una capa protectora superior de apósito mineral. Para proteger los materiales modernos del envejecimiento, se introducen aditivos especiales (modificadores) en la composición del betún..

Varios materiales, bajo la influencia de la radiación ultravioleta, pierden su color original (se desvanecen) con el tiempo. Los techos de metal con algunos tipos de revestimientos poliméricos son especialmente sensibles a esta radiación..

La energía solar radiante, que cae sobre el techo, es absorbida parcialmente por los materiales del techo. Al mismo tiempo, las capas superiores del techo pueden calentarse significativamente (a veces hasta 100 ° C), lo que también afecta su comportamiento. Así, por ejemplo, los materiales basados ​​en betún se ablandan a temperaturas suficientemente altas y, en algunos casos, pueden deslizarse fuera de las superficies inclinadas del techo. Materiales para techos metálicos y sensibles al calor con algunos tipos de revestimientos. Por lo tanto, al elegir un material para techos para usar en las regiones del sur, debe asegurarse de que tenga suficiente resistencia al calor..

Variaciones de temperatura

Como envolvente del edificio, el techo opera en un régimen de temperatura bastante severo, experimentando variaciones de temperatura tanto espaciales como temporales. Como regla general, su superficie inferior (techo) tiene una temperatura cercana a la de la habitación. Al mismo tiempo, la temperatura de la superficie exterior varía dentro de un rango bastante amplio, desde valores negativos muy significativos (en una noche helada de invierno) hasta valores cercanos a 100 0С (en un día soleado de verano). La temperatura de la superficie exterior del techo, al mismo tiempo, puede ser heterogénea debido a la iluminación solar desigual de sus diferentes partes..

Pero, como saben, todos los materiales están sujetos a estiramiento y compresión térmicos en un grado u otro. Por lo tanto, para evitar deformaciones y destrucción, es muy importante que los materiales que trabajan en una sola estructura tengan coeficientes de expansión térmica similares. Para aumentar la resistencia del techo a las cargas térmicas, también se utilizan una serie de soluciones técnicas. En particular, en cubiertas planas, para limitar el efecto de los movimientos horizontales y tensiones internas excesivas, se colocan nodos de deformación especiales..

Un peligro grave para casi todos los materiales para techos (excepto los recubrimientos metálicos) está representado por caídas de temperatura frecuentes, a veces diarias, de más a menos. Esto tiende a ocurrir en áreas con inviernos suaves y húmedos. Por lo tanto, en tales zonas climáticas, es necesario prestar mucha atención a una característica tan importante de los materiales para techos como la absorción de agua. Con una alta absorción de agua, la humedad a temperaturas positivas penetra y se acumula en los poros del material, y a temperaturas negativas se congela y, al expandirse, deforma la estructura misma del material. El resultado es una destrucción progresiva del material, lo que conduce a la formación de grietas..

El techo no solo debe ser resistente a variaciones de temperatura significativas, sino que también debe proteger de manera confiable el interior del edificio de ellas, protegiéndolo del frío en invierno y del calor en verano. El papel de la barrera térmica en la estructura del techo pertenece a la capa de aislamiento térmico. Para que el material de aislamiento térmico realice su función, debe estar lo más seco posible. Con un aumento de la humedad de solo el 5%, la capacidad de aislamiento térmico del material se reduce casi a la mitad.

Vapor de agua

El vapor de agua se genera constantemente en el interior del edificio como resultado de las actividades humanas (cocinar, lavar, bañar, lavar pisos, etc.). La humedad es especialmente alta en edificios de nueva construcción o renovados. En el proceso de difusión y transferencia convectiva, el vapor de agua se eleva y, enfriándose a una temperatura por debajo del punto de rocío, se condensa en el espacio debajo del techo (Fig. 5). Cuanto mayor es la cantidad de humedad generada, mayor es la diferencia de temperatura exterior e interior del edificio, por lo tanto, en invierno, la humedad se acumula de forma bastante intensa en el espacio debajo del techo..

figura 5

La humedad afecta negativamente a las estructuras de techo de madera y metal. Con un exceso, comienza a drenar hacia el interior, formando goteras en el techo. Las consecuencias más desagradables son la acumulación de humedad en el material aislante del calor que, como ya se mencionó, reduce drásticamente sus propiedades aislantes del calor..

Una barrera importante para la penetración del vapor en el espacio debajo del techo es una película especial con baja permeabilidad al vapor, que se coloca en la estructura del techo directamente debajo del aislamiento térmico. Sin embargo, ningún material de barrera de vapor puede excluir completamente el flujo de vapor desde el interior del edificio hacia el espacio debajo del techo. Por lo tanto, para que el techo no pierda su capacidad de aislamiento térmico de un año a otro, es necesario que toda la humedad acumulada en el material aislante térmico en invierno salga al exterior en verano..

Esta tarea se está resolviendo con medidas constructivas. En particular, para techos planos, se recomienda no pegar de forma continua, sino parcial, los materiales del techo a la base..

Los huecos de ventilación especiales están dispuestos en techos inclinados (Fig. 6). Como regla general, hay dos de ellos: el espacio superior y el inferior. A través del espacio superior (entre el techo y la impermeabilización), se elimina la humedad atmosférica atrapada debajo del techo. Gracias a la ventilación, las estructuras de madera (contra-listones y listones) se ventilan constantemente, lo que garantiza su durabilidad. A través del espacio de ventilación inferior se elimina la humedad, penetrando en el aislamiento desde el interior. La disposición de alta calidad de la barrera de vapor desde el lado del interior y la presencia de un espacio de ventilación inferior suficiente, excluyen el anegamiento de la estructura del techo.

figura 6

Tenga en cuenta que cuando se utilizan membranas transpirables como materiales impermeabilizantes, no es necesario un espacio de ventilación más bajo..

Para garantizar una buena circulación del aire, muchas empresas que producen materiales para techos para techos inclinados, por regla general, ofrecen una serie de elementos de ventilación como elementos adicionales: aireadores de voladizo, aireadores de cumbrera, rejillas de ventilación y para techos de tejas: tejas de ventilación especiales.

La protección más fiable contra el vapor de agua se necesita especialmente en tejados sobre habitaciones con alta humedad: piscinas, museos, salas de informática, hospitales, algunos locales industriales, etc. También se debe prestar especial atención a la protección contra el vapor cuando se construye en áreas con climas extremadamente fríos, incluso con humedad interior normal. Al analizar las condiciones ambientales y las condiciones de temperatura y humedad dentro del local, se pueden hacer suposiciones sobre la posibilidad de condensación de humedad y su acumulación y, utilizando varias combinaciones de componentes del techo, intentar prevenir estos fenómenos..

Sustancias químicamente agresivas en el aire.

Como regla general, en las grandes ciudades o cerca de las grandes empresas en la atmósfera hay una concentración bastante alta de sustancias químicamente agresivas, por ejemplo, sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono. Por lo tanto, para todos los elementos estructurales de los techos y, especialmente, para los techos en tales áreas, es necesario utilizar materiales que sean resistentes a los productos químicos presentes en el aire..

Actividad vital de insectos y microorganismos

Varios insectos y microorganismos pueden causar daños importantes a la estructura del techo, especialmente a los elementos de madera. La alta humedad es un entorno especialmente favorable para su vida. Para proteger las estructuras de madera, se utilizan impregnaciones especiales que protegen el material de los microorganismos..

Cargas mecanicas

La estructura del techo debe resistir cargas mecánicas, tanto permanentes (estáticas) – del relleno y elementos de instalación, como temporales – nieve, del movimiento de personas y equipos, etc. Las cargas asociadas con posibles movimientos entre el techo y los nodos del edificio también son temporales..

Entonces, para que el techo realice sus funciones de manera confiable y sea resistente a varios tipos de influencias (enumeradas anteriormente), es necesario: en primer lugar, es suficiente calcular correctamente la parte del cojinete; en segundo lugar, encuentre la mejor opción de diseño; y finalmente, en tercer lugar, asegurar la combinación óptima de materiales de construcción.

De todo lo dicho, se deduce que las siguientes capas principales pueden estar presentes en la estructura del techo (Fig.7):

figura 7

• material de techo, sobre el cual, si es necesario, se aplica una capa adicional (revestimiento, lastre, etc.);
• capa impermeabilizante (en techos inclinados): además aísla las capas internas del techo de la penetración de la humedad atmosférica;
• aislamiento térmico: proporciona una temperatura del aire bastante estable en las instalaciones;
• barrera de vapor: evita que el vapor de agua ingrese a la estructura del techo desde el interior del edificio;
• base.

La estructura del techo debe estar provista de medidas para la libre circulación de aire (ventilación)..

La necesidad de determinadas capas y su ubicación dependen del tipo de edificio y de los efectos a los que estará expuesto. Al elegir, también es necesario tener en cuenta las características técnicas de los materiales utilizados: coeficientes de expansión térmica y compresión; resistencias a tracción, compresión y cizallamiento; características de permeabilidad al vapor y absorción de humedad; características de envejecimiento, incl. mayor fragilidad y pérdida de resistencia térmica; elasticidad; resistente al fuego. La importancia de todas las características técnicas anteriores viene determinada por cada caso específico.