Avances en la prefabricación: fachadas en concreto reforzado con fibras G.R.C
Jaime Gomezjurado Sarria. IC. MA. Titán
Antecedentes y Descripción
Los primeros esfuerzos por incorporar fibras de vidrio al concreto para desarrollar un material de construcción dúctil se hicieron en Rusia en la década de los 40´s; sin embargo, no tuvieron buen resultado porque las fibras de vidrio se deterioraban rápidamente como consecuencia de la reactividad con los álcalis presentes en el cemento. En 1967 se inventó en el Reino Unido la fibra de vidrio álcali-resistente mediante la adición de zirconio, lo cual permitió que se desarrollara la tecnología del concreto reforzado con fibra de vidrio o GRC (por sus siglas en inglés Glass fiber Reinforcement Concrete) y su uso se propagó rápidamente por todo el mundo. Las recomendaciones para el uso de esta tecnología se encuentran en documentos del Instituto de prefabricados y pretensados de Estados Unidos (PCI) y los ensayos de control de calidad se describen en la norma europea UNE 1170.
El GRC es un material de gran ductilidad, alta resistencia a flexión y tracción, debido a las propiedades mecánicas de la fibra de vidrio. Tiene en un alto límite de elasticidad, alto módulo de rotura y alto alargamiento en rotura, con baja absorción y alta resistencia al impacto, como consecuencia de la absorción de la energía del golpe por las fibras. Es incombustible por la naturaleza propia de sus componentes e impermeable, incluso en pequeños espesores, con gran durabilidad en ambientes agresivos. Se caracteriza por tener valores aproximados a 10 MPa de límite de elasticidad, 17MPa de módulo de la rotura, 3% de alargamiento en rotura, 10% de absorción y libre de fisuras cuando se somete a ensayos normalizados de impacto con cuerpo duro y/o blando. Desde el punto de vista de su composición, se define como un microconcreto con alto contenido de cemento, aditivos poliméricos y plastificantes, pigmentos, fibra de vidrio alcalino resistente, arena de sílice y grano de mármol, el cual puede moldearse prácticamente en cualquier forma.
Debido a sus ventajas relacionadas con su bajo peso, la habilidad para resistir el fuego y la facilidad con que se puede personalizar para cada proyecto, una de las principales aplicaciones del GRC ha sido para fachadas, las cuales se clasifican según la forma de fabricación en tres tipos: los paneles de GRC en Sandwich, los paneles de GRC en lámina rigidizada y los paneles de lámina adosada a un bastidor metálico o Skin Stud-Frame, que son los más ampliamente utilizados en Colombia por su resistencia, rendimiento en la instalación y su versatilidad.
Los paneles de GRC en Sandwich compuestos por dos láminas o piel de concreto de 10 a 14 mm de espesor están reforzados en el interior por nervios de GRC separados por el poliestireno expandido de espesor variable, que confiere al panel rigidez mecánica y un elevado grado de aislamiento térmico. Estos paneles se utilizan en tamaños más pequeños que los del tipo lámina adosada a un bastidor metálico, porque su resistencia a la flexión que se deriva de la inercia de la sección transversal, es menor a la que se puede lograr con un perfil estructural de acero. El área de un solo panel puede ser hasta de 12 m2 y el peso está entre 60 y 80 Kg/m2 en función del número de nervios y el espesor del panel.
Los paneles de GRC en lámina están conformados por una lámina o piel que en su parte posterior tiene nervios del mismo material que rigidizan el elemento, se utilizan principalmente para elementos decorativos como cornisas y enchapes en los que el área de un solo panel es menor a 5 m2 y su peso está entre 30 a 50 kg/m2 dependiendo de las dimensiones del panel y el acabado superficial.
Los paneles de GRC en lámina adosada a un bastidor metálico, están formados por una lámina o piel de concreto de 10 mm a 14 mm de espesor que se proyecta sobre un molde abierto; antes del fraguado del concreto se incorpora un bastidor metálico, el cual tiene unos conectores flexibles que quedan embebidos dentro del GRC. El bastidor metálico que previamente ha sido ensamblado utilizando perfiles estructurales, generalmente de 8 cm de alto, puede estar recubierto con pintura anticorrosiva o ser galvanizado en caliente, dependiendo del medio ambiente en que se instalan. Este tipo de paneles permite cubrir con un solo elemento áreas mayores a las de los paneles tipo sandwich o lámina, de manera que un solo elemento puede cubrir áreas de 24 m2. Su peso oscila entre 45 y 50 kg/m2, en función de la lámina, las dimensiones del bastidor metálico y el tipo de acabado. Aunque no es usual, en este tipo de panel se puede colocar aislamiento térmico entre los perfiles del bastidor. O también, una vez colocado el panel en obra, proyectando espuma de poliuretano.
Las fachadas de GRC se fabrican a la medida de cada proyecto, de manera que a partir de las medidas reales de la estructura en la que se instalaran los paneles y respetando los requisitos arquitectónicos, se realiza una modulación que incluye un despiece de cada panel, en el que se definen los elementos de izaje. El diseño estructural de las láminas, los bastidores, los conectores de GRC al bastidor y los elementos de fijación de los paneles a la estructura se elaboran a partir de las combinaciones de cargas de izaje, de almacenamiento, de transporte y de servicio.
Fabricación
Para la producción de los paneles de GRC en lámina adosada a un bastidor metálico, el primer paso consiste en el ensamble de los bastidores metálicos, en el cual se debe tener especial cuidado en la precisión de los cortes de los perfiles estructurales y en la calidad de la soldadura; pues de ella depende la integridad estructural de los bastidores y a su vez la estabilidad de los paneles. En las uniones de los bastidores metálicos se enlazan con soldadura unas varillas flexibles en forma de ele (L) que sirven de conectores del bastidor con la lámina de GRC. Cuando el medioambiente en que se instalarán los paneles de GRC tiene presencia de cloruros, se galvanizan en caliente, para prevenir la corrosión de los paneles y asegurar la durabilidad de los mismos. Para otros medioambientes, es suficiente la aplicación de pintura anticorrosiva.
En forma simultánea a la fabricación de los bastidores, se prepara la mesa para vaciar la lámina o piel de GRC, la cual debe tener la forma y la textura esperada del panel. Sobre la mesa se coloca un negativo con las diferencias de relieve especificadas en la superficie terminada y se ensambla la formaleta de borde para delimitar el contorno. El negativo puede ser de caucho o de una combinación de materiales moldeables como madera, diseñado de manera que tenga suficiente conicidad para que con una delgada capa de desmoldante se pueda retirar fácilmente el concreto proyectado sobre él.
El microconcreto se dosifica por peso en una mezcladora de hélices horizontales y con ayuda de una bomba peristáltica, se descarga en dos capas sobre la mesa preparada y cubierta con desmoldante para formar la lámina de GRC; todo ello, a través de una pistola diseñada para que en la medida que proyecta el concreto corte y dosifique la fibra de vidrio álcali-resistente. La primera capa, que es la que queda a la vista y tiene un espesor apróximado de 4 mm, es adicionada con una fibra muy delgada que previene la aparición de fisuras en la superficie exterior de los paneles y se prepara con arenas y pigmentos que proporcionan el brillo y color especificados. La segunda capa, que no queda a la vista y es la que proporciona la resistencia a la lámina, tiene un espesor aproximado de 8 a 10 mm y se proyecta con un contenido de fibra de vidrio entre el 3% y el 5% del peso del concreto. Durante la proyección del GRC, se compacta con rodillo el material para lograr una mayor densidad e integrar todas las fibras. Aunque es menos frecuente y eficiente, la fibra de vidrio álcali-resistente puede ser adicionada dentro de la mezcladora y el microconcreto puede ser vertido por gravedad dentro de las formaletas.
En los paneles con lámina adosada a un bastidor metálico, inmediatamente se ha vertido o proyectado la lámina sobre el molde, se coloca el bastidor y se hacen unas almohadillas con GRC en la parte superior de los conectores para integrar el acero y hacer una sola pieza.
Los paneles en Sandwich y en lámina rigidizada el proceso de proyección de GRC es el mismo. En el caso de los paneles tipo Sandwich, en lugar del bastidor metálico se coloca el poliestireno expandido; en una segunda etapa se descarga o proyecta GRC para llenar los nervios y conformar una segunda piel a la que se le adosan los elementos de fijación. En los paneles de lámina rigidizada no hay ninguna actividad diferente a la proyección del GRC.
Los paneles permanecen sobre la mesa para que fragüen y hasta cuando el GRC alcanza suficiente resistencia para el desmolde. Este se hace izando los elementos en, por lo menos, cuatro puntos. En el caso en el cual los paneles estén especificados con agregado a la vista, una vez desmoldados, se les aplica arena a presión, lo cual resalta el brillo de las partículas más grandes de la arena sobre la capa a la vista. Este acabado también se puede lograr aplicando en lugar de desmoldante un retardador superficial de fraguado, el cual permite que después del desmolde el agregado quede a la vista mediante la aplicación de lavado con agua a presión.
Los paneles son trasladados en posición vertical con ayuda de puente grúa para ser almacenados sobre caballetes diseñados con un ángulo suficiente para evitar volcamiento y para que no se presenten roces en la cara a la vista de los paneles. Estos caballetes o unos fabricados sobre las medidas de la plataforma del camión, se utilizan para transportar los paneles a la obra, en donde se descarga el caballete completo y se iza elemento por elemento para instalarlo. Los amarres utilizados para fijar los paneles de GRC a los caballetes son muy flexibles para evitar que causen daños a los paneles.
Cuando la instalación se hace a grandes distancias de la planta de fabricación y resulta costoso devolver los caballetes para reutilizarlos, se diseñan estructuras muy ligeras que se colocan sobre la plataforma de los camiones o dentro de contenedores para transporte marítimo, las cuales se conectan con los bastidores de GRC mediante pasadores que se atornillan dentro de las perforaciones en los perfiles; perforaciones previstas desde la fabricación para que en el caso de requerirse estén galvanizadas. Este sistema de embalaje permite transportar a mucha distancia fachadas de gran área, de manera que se han instalado paneles a distancias superiores a 1.000 km de la fábrica, los cuales se han transportado en paquetes de hasta 140 metros cuadrados por camión o contenedor.
Control de Calidad
Teniendo en cuenta que las propiedades que más impacto tienen en el desempeño del producto están asociadas con la geometría y la resistencia de los componentes del panel, el control de calidad es estricto en la verificación dimensional de las formaletas y del producto, así como en el contenido de fibra y la consistencia, que afectan el límite de rotura a flexotracción. En el caso de los paneles de GRC con lámina adosada a un bastidor metálico, es muy importante asegurar la resistencia en la unión de la piel a los bastidores, por lo que se controla el tiempo para la aplicación de las almohadillas de GRC y la soldadura de los conectores con el bastidor.
Dado que el proceso de fabricación tiene un alto grado de dependencia de actividades manuales, el control dimensional se hace a cada uno de los paneles mediante mediciones directas en el proceso de corte y soldado de los perfiles metálicos que conforman los bastidores, así como en el ajuste de las formaletas, la dosificación y el mezclado del microconcreto, la posición del poliestireno expandido, la proyección del GRC y sobre el los paneles terminados.
El contenido de fibra se determina en estado fresco mediante la separación por lavado de una muestra tomada del material recién proyectado y por medición directa del caudal al momento de realizar ajustes en la pistola que corta la fibra. La consistencia del GRC se evalúa dejando fluir sobre una mesa una muestra moldeada en forma cilíndrica. El límite de rotura a flexotracción y la absorción se determina sobre probetas cortadas de un panel que es proyectado en la misma mesa y con las mismas condiciones en que se fabrica la lámina de GRC.
Instalación
Antes de instalar los paneles se revisan los niveles y plomos de la estructura a la cual se le colocaran los paneles, luego se instalan los elementos de fijación que van en la estructura y se levanta cada panel de manera individual a la zona de fachada a la que corresponde. Los paneles una vez levantados se apoyan sobre los elementos de fijación de manera provisional, se alinean, nivelan y aploman, comprobando la posición relativa con los otros paneles; entonces, se realiza el anclaje definitivo del panel. Para ello, normalmente se colocan dos elementos de fijación que restringen el movimiento en todos los sentidos en la parte inferior y dos anclajes que impiden el movimiento del panel hacía afuera de la estructura en la parte superior.
Posteriormente se reparan las superficies que presenten algún deterioro o irregularidad con mezcla de GRC para restituir el color y/o la forma de los paneles y se procede al sellado de las juntas, el cual, normalmente se hace colocando un cordón de espuma de polietileno y sobre él un elastómero. La última actividad para la instalación es la aplicación de un hidrófugo o la de un sistema de veladura con silicatos, el cual asegura un color muy homogéneo y duradero en toda la fachada, ya que los silicatos reaccionan con los componentes del concreto creando un solo elemento imposible de desligar.
El rendimiento de instalación depende del tamaño de los paneles, de la altura donde se colocarán, de las condiciones climáticas, de los movimientos horizontales dentro de la estructura y de la condiciones de acceso de los equipos para manipular los paneles, generalmente con una cuadrilla se obtienen rendimientos entre 36 m2 y 90 m2 diarios.
En Colombia se han construido más de 35.000 m2 de fachadas con GRC para diversas aplicaciones, tales como centros comerciales, edificios institucionales, complejos industriales, oficinas y vivienda. También se ha utilizado para rehabilitar fachadas, en las cuales el GRC puede reproducir formas, colores, texturas de acabados originales y dar la misma apariencia de los acabados originales de diversos materiales.