Instalación fiable de baldosas sobre substratos problemáticos

Por William M. Carty, Ph.D. y Peter A. Nielsen Presentado en Qualicer, Castellón, España

Hace siglos, los constructores europeos desarrollaron un medio fiable de instalar baldosas para aplicaciones de mucho tránsito y uso que se basaba en la colocación de un estrato de arena entre el substrato estructural y la capa superior compuesta de mortero y baldosas. Debido a los requisitos de espacio (altura) y a otras preocupaciones, el método de estratos de arena para la colocación de baldosas está, a efectos prácticos, extinguido. La teoría moderna, sin embargo, explica que el estrato de arena "desacopla" la baldosa de la estructura, permitiendo el movimiento estructural sin dañar la capa de baldosas. Hace unos quince años, se desarrolló un sistema moderno análogo al de los estratos de arena, en el que una fina membrana de lámina de polietileno con una estructura reticular de cavidades cuadradas recortadas y un geotextil de anclaje laminado en su cara inferior funciona como capa de desacoplamiento. Este documento proporcionará los fundamentos para afirmar que una membrana configurada permite que las fuerzas de carga normales ejercidas sobre la superficie de la baldosa se distribuyan ampliamente a través de un plano de cizalladura tolerante, similar al que cabría esperar en los estratos arenosos. Estos resultados contradicen otros trabajos y teorías que sugieren que son necesarias uniones extremadamente fuertes entre la baldosa y el substrato para mantener una superficie de baldosa sin grietas. De hecho, se propone que una interfaz débil es más tolerante, permitiendo un movimiento sustancial en el substrato sin ninguna evidencia de agrietamiento en la baldosa o en las juntas de lechada. Este sistema también permite la dilatación y contracción diferencial entre la baldosa y el substrato y puede utilizarse en una amplia gama de substratos que tradicionalmente se han considerado problemáticos, como la madera contrachapada, los tableros OSB, las losas de hormigón postensado, el hormigón ecológico, los pisos con calefacción radiante y los contrapisos de yeso. Para entender cómo este sistema se adapta a la tensión dentro de un ensamblado de baldosas, se revisará la relación tensión-deformación de los materiales sometidos a carga, seguida de una analogía con un compuesto de matriz cerámica que ilustra cómo la acumulación y la reducción de la tensión son posibles dentro de las capas compuestas. Las deficiencias del pegado directo de baldosas, o de la colocación de baldosas en un ensamblado conductor de fuerzas, se evaluarán en el contexto de ensayos a gran escala realizados con baldosas pegadas directamente a losas de hormigón. Por último, se demostrará que un medio eficaz de "desacoplamiento" del revestimiento de baldosas del substrato, fundamental para el éxito de las instalaciones de baldosas, puede lograrse en una aplicación contemporánea de capa fina.

El principal desafío al que se enfrenta la industria de las baldosas es el de unir con éxito los diversos componentes que forman un ensamblado de baldosas, componentes que no sólo son diferentes en sus propiedades físicas, sino también en su función. Tradicionalmente, cada componente o capa del ensamblado de baldosas podía dividirse en cuatro categorías distintas: 1) elementos estructurales, 2) substratos o bases, 3) materiales de agarre y relleno de juntas, y 4) capa de baldosas cerámicas.

Las baldosas cerámicas son los componentes de revestimiento del ensamblado que funcionan no sólo como elementos decorativos, sino como superficie de trabajo del entorno acabado del edificio. Dado que las baldosas cerámicas son materiales duros, quebradizos e inflexibles, dependen de la estabilidad dimensional del ensamblado al que se adhieren para convertirse en un revestimiento superficial viable.

Las fuerzas de movimiento están presentes en todas las instalaciones de baldosas debido a la inestabilidad dimensional de los elementos constructivos que componen el ensamblado. La inestabilidad dimensional depende en gran medida de los cambios en el contenido de humedad, la temperatura y la carga (tanto estática como dinámica) de los propios elementos constructivos. Las fuerzas resultantes pueden clasificarse en compresión, tracción y cizalladura y se manifiestan en el plano de cizalladura o en las interfaces de materiales del intercalado de baldosas. Cabe señalar que estas fuerzas se producen de forma combinada.

El análisis de las propiedades físicas de cada material en el intercalado de baldosas dicta que es necesario un componente intermedio, que permita el movimiento independiente entre el revestimiento de baldosas y la estructura del edificio sin aportar una dinámica de tensión propia, para conseguir una superficie de baldosas sin grietas.

Hace siglos, los constructores europeos desarrollaron una forma fiable de instalar baldosas para aplicaciones de mucho tránsito y uso que se basaba en la colocación de un estrato de arena entre la base estructural y la capa superior de mortero compuesto/baldosa (Figura 1). El estrato de arena era el componente intermedio que desacoplaba la baldosa de la estructura, permitiendo el movimiento estructural sin dañar la capa de baldosa. Además, permitía que las fuerzas normales de carga dinámica ejercidas sobre la superficie de la baldosa se distribuyeran ampliamente a lo largo de un plano de cizalladura tolerante.

Un método análogo más reciente al método de estratos de arena es el de un lecho de mortero reforzado con alambre sobre una lámina de deslizamiento o membrana de disociación. Como se muestra en la figura 2, los principales elementos que hacen viable este tipo de instalación son: 1) la masa del lecho de mortero sujeta la sección del piso a la base estructural

La sabiduría tradicional siempre ha mantenido que para conseguir una superficie de baldosa sin grietas es necesario un componente intermedio que permita un movimiento independiente entre el revestimiento de baldosas y la estructura del edificio, sin aportar una dinámica propia. Por eso, la opinión contemporánea es que para conseguir una colocación sin grietas basta con una unión extremadamente fuerte entre la baldosa y el substrato en un sistema de pegado directo. El problema de este razonamiento es que se ignora o no se tiene en cuenta la contribución de cada capa a la viabilidad mecánica global de un sistema tradicional.

Hace unos quince años, se desarrolló un sistema análogo al de estratos de arena, en el cual una fina membrana de polietileno con una estructura cuadriculada de cavidades recortadas y un geotextil de anclaje laminado en su cara inferior funciona como capa de desacoplamiento (conocida comercialmente como DITRA). Esta membrana configurada, ilustrada esquemáticamente en la figura 4, permite que las fuerzas de carga normales ejercidas sobre la superficie de la baldosa se distribuyan ampliamente a través de un plano de cizalladura tolerante, similar al que cabría esperar en los estratos arenosos. Este sistema también permite la dilatación y contracción diferenciales entre la baldosa y el substrato y puede utilizarse en una amplia gama de substratos tradicionalmente considerados problemáticos, como la madera contrachapada, los tableros OSB, las losas de hormigón postensado, el hormigón ecológico, los pisos con calefacción radiante y los contrapisos de yeso. Para comprender los mecanismos de este sistema, primero hay que evaluar la relación entre tensión y deformación.

Relación tensión-deformación (breve introducción)

Con el fin de proporcionar una base para evaluar los distintos sistemas de colocación y las causas de los problemas de instalación, es necesario repasar brevemente la importancia de las relaciones tensión-deformación de los materiales sometidos a carga. La figura 5 es una típica relación tensión-deformación para un material cerámico (frágil). Existen básicamente dos formas de enfocar el problema tensión-deformación: 1) desde el punto de vista de la tensión aplicada

Fuentes de deformación en las baldosas

Hay varias fuentes de deformación en la capa de baldosas. Además de las tensiones de cizallamiento (que, a efectos de este análisis, siempre están presentes), pueden generarse tensiones de tracción o compresión. El estado de tensión puede ser extremadamente complicado por diversas razones, entre ellas las diferencias entre el substrato y la baldosa, y las diferencias en las propiedades mecánicas de las capas de unión. En la Tabla I se enumeran ejemplos de fuentes de tensión de tracción (+) o compresión (-), denotadas por su signo, suponiendo un estado constante en la fase de adhesión. Por ejemplo, la contracción debida al fraguado en un substrato de hormigón generaría tensiones de compresión en la capa de baldosas, suponiendo que no haya otras tensiones allí presentes.

Estas vías de desarrollo de las tensiones pueden agruparse de forma natural en dos grandes categorías: tensión y compresión. En la cerámica en general, las tensiones de compresión son deseables, pero en el caso de las instalaciones de baldosas, como se ha señalado anteriormente, las tensiones de compresión excesivas producirán hundimiento. Sin embargo, en un sistema de pegado directo, deben evitarse las tensiones de tracción, ya que casi siempre provocarán fisuras, ya sea en la junta de lechada, en la capa de mortero de adherencia o en la baldosa. Incluso en presencia de pequeñas tensiones de tracción, puede producirse una fisuración en la capa de adherencia, dando lugar a una futura fisuración de la superficie de la baldosa - de nuevo, en la propia baldosa o en las juntas de lechada. Además, pueden desarrollarse importantes tensiones de cizallamiento entre la baldosa y la capa de adherencia, y/o entre la capa de adherencia y el substrato, provocando el desprendimiento de la baldosa.

Concretamente, en condiciones de tensión de tracción dentro de la baldosa, pueden producirse dos problemas: 1) Si la capa de adherencia posee una baja resistencia al cizallamiento, las tensiones de tracción en la baldosa (y las correspondientes tensiones de compresión en la capa de adherencia) pueden crear una tensión de cizallamiento suficiente para provocar una falla por cizallamiento en la interfaz baldosa-capa de adherencia, y la baldosa se despegará. 2) En condiciones de alta resistencia al cizallamiento de la capa de adherencia, la baldosa no se despega

Creación de una interfaz de cizalladura tolerante

La analogía de los estratos de arena

El sistema de estratos de arena proporcionaba de forma natural un plano de cizalladura tolerante como masa granular no adherida. Un sólido granular, o lecho compactado, tiene una cohesión al cizallamiento limitada. En estos sistemas, la resistencia al cizallamiento está directamente relacionada, aunque débilmente, con la presión de confinamiento. En los sistemas de estratos de arena, la capa de mortero es relativamente fina (1,0-1,5 cm), pero existe una interfaz clara entre el lecho de mortero y la capa de arena. Incluso en el peor de los casos, el mortero se infiltrará en la capa de arena hasta cierto punto, lo que permite una gran libertad dentro del estrato de arena. Así, suponiendo que la baldosa se instale correctamente, la baldosa está libre para moverse independientemente del substrato. Así es como, en muchas instalaciones antiguas, se evitaban fallas dentro de la capa de baldosas. El método de los estratos de arena proporcionaba un medio eficaz de desacoplamiento del lecho de mortero a través de la escasa cohesión que ofrecía una masa granular compactada.

El único medio de reducir la acumulación de tensiones entre la baldosa y el substrato es crear un plano de cizalladura tolerante que permita el movimiento dentro del plano del sistema de agarre. Es esencial que la baldosa, el lecho de mortero y el material de lechada puedan moverse como una lámina coherente, independiente del substrato, es decir, el lecho de mortero debe estar desacoplado del substrato. Adherir la baldosa firmemente al substrato forzará la acumulación de tensiones y, en última instancia, la falla. El método de los estratos de arena o, más recientemente, el método del lecho de mortero, desacopla eficazmente el conjunto lecho de mortero/loseta a través de una capa de escisión de arena o una membrana de escisión.

Además, estos sistemas proporcionaron un plano de distribución de carga eficaz, permitiendo que las fuerzas de carga viva normales ejercidas sobre la superficie embaldosada se distribuyeran ampliamente por todo el conjunto. Las instalaciones modernas de losetas exigen una interfaz de corte igualmente confiable. Sin embargo, debido a los requisitos de diseño en el entorno de construcción actual, la interfaz de corte debe ser necesariamente liviana, compacta y fácil de instalar.

El desacoplamiento de una membrana configurada

La creación de un plano de cizalladura tolerante mediante el uso de una membrana configurada aplicada con láminas de polietileno, que está unida mecánicamente tanto al substrato (a través de una fina capa de unión de mortero) como a la baldosa, ha proporcionado a los instaladores de baldosas una solución al problema

El geotextil, o tela metálica, en la parte inferior de la membrana, establece una unión mecánica con el mortero de fraguado en seco aplicado al substrato. El diseño de cavidad recortada de la parte superior de la membrana establece una unión mecánica con la baldosa. El sistema permite que la baldosa se fije al substrato en dirección vertical, al tiempo que permite un movimiento relativamente amplio en el plano. Al permitir este movimiento, el sistema también permite el movimiento dentro de las grietas y se comporta de manera similar a una interfaz de cizallamiento creada por una masa granular no adherida, como se evidencia con el método de estratos de arena. Además, permite que las fuerzas de carga normales ejercidas sobre la superficie de la baldosa se distribuyan ampliamente por todo el ensamblado.

La estructura de nervaduras deja espacio libre dentro de la capa de adherencia. Este espacio es esencial para proporcionar flexibilidad dentro del plano de adherencia, proporcionando una mayor libertad para el alivio de tensiones. Además, este espacio libre proporciona canales de aire entre la membrana y el substrato, permitiendo así que cualquier humedad residual en el substrato se evapore y, por lo tanto, la igualación del vapor dentro del sistema. Esto es particularmente importante en el entorno actual de la construcción, donde la mayoría -si no todos- los substratos de baldosas son sensibles a la humedad.

El aspecto más significativo de esta solución, sin embargo, es que el objetivo se logra sin utilizar una unión conductora de fuerza, neutralizando así la gran mayoría de las tensiones en una instalación de baldosas. Esto no sugiere (ni existe ninguna prueba sobre el terreno) que el ensamblado de baldosas deba estar débilmente adherido al piso, o que la baldosa deba retirarse fácilmente, sino que el sistema de instalación debe permitir el movimiento en el plano.

Como se ha señalado anteriormente en la analogía para el desarrollo de tensiones térmicas, el sistema tendría que permitir un movimiento significativo (en determinadas condiciones estimado en 700 &mu