Análisis higrotérmico del riesgo de daños por humedad en obras de rehabilitación: método Glaser vs. WUFI

La rehabilitación energética integral de un edificio cambia de manera radical la respuesta higrotérmica de sus cerramientos. ¿Y qué pasa si solo puedo colocar aislamiento al interior de un muro macizo expuesto a la lluvia? ¿Habrá condensaciones y humedad? ¿Qué herramientas puedo usar para analizar el riesgo? Una de las herramientas más comunes es el método de cálculo conocido como Glaser, recogido en la UNE-ISO 13788. ¿Pero son fiables los resultados que da?

Miremos los resultados de un estudio comparativo entre el método de cálculo Glaser y la simulación higrotérmica dinámica con WUFI Pro 1D de un muro macizo de ladrillo cara vista, con aislamiento interior, para los climas de Burgos y Barcelona (Figura 1).

¿Qué herramientas puedo usar para un análisis higrotérmico del riesgo de daños por humedad en obras de rehabilitación?

El método de cálculo más conocido es el Glaser, recogido en la UNE-ISO 13788, y fue desarrollado en 1958 para el análisis de elementos constructivos ligeros. Es un método de cálculo simplificado, basado en valores medios mensuales de temperatura y humedad relativa interior y exterior. Asume lo siguiente:

• la transferencia de calor es en régimen estacionario
• la transferencia de humedad es únicamente vía la difusión de vapor
• los materiales se han secado por completo.

El cálculo determina si existen puntos críticos de condensación durante 1 año, despreciando los siguientes procesos físicos:

• la variación de las propiedades higrotérmicas de los materiales debido a su contenido de agua
• la absorción y emisión de calor latente
• la succión por capilaridad y la transferencia de humedad en forma de líquido dentro de los materiales
• el movimiento de aire a través de un elemento constructivo
• la capacidad higroscópica de los materiales

La UNE ISO 13788 indica que el método es válido sólo en elementos constructivos donde estos efectos son despreciables. Por tanto, nunca se debería usar para analizar elementos constructivos masivos con aislamiento interior o exterior, o para elementos sujetos a la lluvia o que puedan sufrir ciclos repetidos de congelación y descongelación. El Documento Básico HE del CTE también hace explícita esta premisa. No obstante, el método Glaser se usa frecuentemente de manera incorrecta.

Por otro lado, tenemos el cálculo higrotérmico dinámico mediante simulación numérica, recogido en la EN 15026 e implementado en programas como WUFI y Delphin. Este método de cálculo resuelve las limitaciones de Glaser a través un análisis numérico horario que toma en cuenta todos los procesos higrotérmicos dinámicos descritos arriba, bajo condiciones de contorno realistas y condiciones iniciales de humedad en los materiales, que reflejan situaciones reales de una obra existente o nueva.

Comparativa: Glaser vs. WUFI, Muro de ladrillo macizo con aislamiento interior

A continuación, se presentan los resultados de un estudio comparativo entre Glaser y WUFI, para los climas de Barcelona y Burgos. Se aplica un aislamiento térmico de 5 cm de espesor en el interior del muro de ladrillo macizo. Se estudia una segunda variante con lámina barrera de vapor, en la cara caliente del aislamiento.

El muro de ladrillo tiene un espesor de 29 cm. De los 29 cm, se asume que un 80 % es ladrillo y un 20 % mortero de cal. La sección unidimensional se ha dividido para reflejar esta proporción ladrillo-mortero, conforme los datos de la Figura 2, siguiendo la metodología de Little et al [4]. Se han iniciado las simulaciones en WUFI con los materiales con un contenido de agua correspondiente a 80 % de humedad relativa, a 20 ºC de temperatura. Las simulaciones se realizan para 10 años, empezando en el mes de octubre. Los resultados de WUFI presentados en la comparativa con Glaser son para el año 10. La orientación del muro en los cálculos WUFI es norte, con un coeficiente de penetración del agua de lluvia del 70 %. Las propiedades higrotérmicas básicas de los materiales de muestra en la Figura 2.

Para poder comparar los resultados de WUFI con el método mensual de Glaser (cuyos resultados no tiene resolución horaria), se han extraído los valores medios mensuales de temperatura y humedad relativa de los resultados horarios de WUFI.

Resultados

La Figura 3 muestra los resultados para el clima de Barcelona, instalando 5 cm de aislamiento al interior. En enero, Glaser arroja valores de temperatura un 16 % más altos que el cálculo dinámico, y un 14 % más bajos para la humedad relativa.

La Figura 4 muestra los resultados para el clima de Burgos. En enero, Glaser arroja valores de temperatura un 22 % más altos que el cálculo dinámico con WUFI, y un 4 % más bajos para la humedad relativa.

La Figura 5 muestra los resultados para el clima de Barcelona, con una lámina barrera de vapor instalada entre el aislamiento interior y la placa de cartón yeso. En enero, Glaser arroja valores de temperatura un 16 % más altos que el cálculo dinámico con WUFI, y un 81 % más bajos para la humedad relativa. Los resultados del método Glaser indican que no hay riesgo de daños por humedad, con una humedad relativa máxima del 67 %, cuando los resultados de WUFI indican una humedad relativa media del 99 %, habiendo riesgo de patologías por humedad.

La Figura 6 muestra los resultados para el clima de Burgos. Aquí la tendencia es idéntica: los resultados Glaser arrojan valores de humedad relativa mucho más bajos que el cálculo dinámico con WUFI.

Conclusiones

En el clima de Barcelona sin barrera de vapor, los resultados de la humedad relativa en la cara interior del muro existente, son entre un 2 % y 28 % más bajos con el método Glaser que los resultados dinámicos con WUFI. En el clima de Burgos, varía entre un 2 % más alto y 26% más bajo. En el caso del muro con barrera de vapor, la diferencia es mucho más marcada: de 48 % a 81 % más bajos en el clima de Barcelona, y de 62 % a 116 % en el clima de Burgos.

Los resultados indican que el método Glaser descrito en la UNE-ISO 13788 no es apto para el análisis de la transferencia de humedad en muros macizos sin revoco exterior, expuestos a la lluvia, con aislamiento interior. La gran diferencia entre los resultados podrá dar pie a un diseño higrotérmico erróneo y generar posibles patologías intersticiales.

Para este tipo de instalación, muy sensible en términos higrotérmicos, se recomiendo realizar un cálculo dinámico y/o consultar con un técnico/a. Se recomienda ampliar el estudio para analizar el contenido de agua de los materiales y la influencia de las infiltraciones/exfiltraciones de aire (más allá de un análisis de la humedad relativa en la cara interior del muro). Además, se recomienda realizar una medición in-situ para determinar el coeficiente de transporte líquido de un muro de ladrillo macizo histórico, ya que su comportamiento higrotérmico es muy variable.

Referencias

[1]UNE-EN ISO 13788:2016. Características higrotérmicas de los elementos y componentes de edificación. Temperatura superficial interior para evitar la humedad superficial crítica y la condensación intersticial. Métodos de cálculo. (ISO 13788:2012)

[2]WUFI, o Wärme Und Feuchte Instationär, programa de cálculo higrotérmico dinámico para el análisis de transferencia de calor y humedad en elementos constructivos, desarrollado por el Fraunhofer Institut, Alemania.

[3]UNE-EN 15026:2007. Comportamiento higrotérmico de componentes de edificios y elementos constructivos. Evaluación de la transferencia de humedad mediante simulación numérica

[4]Joseph Little, Carolina Ferraro & Beñat Arregi 2015, “Assessing risks in insulation retrofits using hygrothermal software tools. Heat and moisture transport in internally insulated stone walls.” Historic Environment Scotland Technical Paper 15, Second Edition, 2015, Edinburgh, Scotland.

[5]ASHRAE 160-2016. Standard 160-2016 -- Criteria for Moisture-Control Design Analysis in Buildings (ANSI Approved).