CONSTRUCCIONES DE ADOBE
Manual Gonzáles de La Cotera 1. ANTECEDENTES 1.01 Construcciones con tierra en la antigüedad: Uno de los primeros materiales que utilizó el hombre para protegerse de la inclemencia del tiempo fue la tierra moldeada con agua "la construcción con adobes se menciona en el Viejo Testamento (Éxodo) donde el Faraón ordenó que no se diera a los hijos de Israel para fabricar ladrillos. Se refiere a ladrillos de adobe para los cuales se necesitaba paja. La civilización Caldea, ha dejado importantes monumentos fabricados con arcilla; ellos levantaron los muros de Babilonia que tenían 95 metros de altura y para sus elementos exteriores usaron adobe. EI adobe también se utilizó en viviendas y en todo tipo de construcciones. La dimensión promedio era de 0.50 x 0.40 x 0.12. El grosor de las paredes de los edificios importantes fue considerable, alcanzando algunas veces entre 3 y 4 metros, las superficies exteriores de los edificios cuyas paredes estaban construidas con tierra fueron protegidas en algunos casos contra la humedad, mediante revestimientos que consistían en una especie de clavos con cabeza plana y ancha hechos de arcilla cocida. La gran muralla China, fue uno de los primeros primer os ejemplos donde la tierra se usó en gran escala. En el valle de Mesopotamia por no existir piedras naturales sólo se utilizó como material de construcción el adobe. Se le encuentra también en las construcciones antiguas de Egipto, Palestina e India. Se han encontrado también en Egipto estructuras monolíticas con una mixtura de paja y cañas. La construcción con piedra se usó extensamente en la antigua Persia a pesar de la disponibilidad de piedra en el lugar. El método del apisonado fue usado principalmente para el adobe y otros métodos de construcción con tierra fueron puestos en práctica. Los bloques fueron generalmente de 35 x 35cm. y tenían un grosor de 12 a 17cm, siendo secados al sol y colocados con argamasa. Las caras exteriores de las paredes se cubrían con lajas de piedra, ladrillos de arcilla cocida o azulejos vidriados. La tierra también se usó para la construcción de techos y existen pruebas de que estos se hacían en dos formas: a) como torta de barro sobre vigas y b) en cúpulas de tierra protegidas con una capa impermeable. i mpermeable. En Grecia se le utilizó en viviendas populares y en Roma se encontró en diversas formas, entre ellas, la circular y triangular utilizadas para levantar columnas revestidas con yeso. Se empleó el adobe hasta la República, junto con las construcciones de ladrillos que aparecen en el siglo 1 a.c. en el templo El Peristilo la estructura principal del techo se prolongó más allá de los muros soportándola en pilares ubicados a cierta distancia de ellos de manera que se forman una terraza cubierta alrededor del edificio, protegiendo los muros del embate de las lluvias. Los métodos de construcción con tierra los introdujeron los romanos en el resto de Europa; en el área de Normandía, enseñaron a construir con tierra apisonada, de donde se originó el nombre francés "pisé" para éste método. 1
Durante los siglos XVIII y XIX, la construcción con el método "pisé" se usó extensamente extensament e para la fabricación de varios edificios en Francia. En Inglaterra, Escandinavia y en otros países, existen muchos edificios de tierra, aunque el clima esta muy lejos de ser seco. En Rusia la edificación con tierra se empleó extensamente. Después de un gran incendio que devastó Moscú a principios del siglo XVIII, se prohibió el uso de la madera, y la tierra se utilizó como el principal material para paredes. En 1970 se estableció en Nikosk, distrito de Tversk, una escuela especial para enseñar los métodos de construcción con con tierra. En el siglo XIX se pusieron en práctica estos métodos en toda Rusia, pero especialmente en áreas donde la madera es escasa y el clima es cálido y seco. El primer estudio técnico sobre el adobe, se encuentra en la obra de Vitrubio: "Los Diez Libros de Arquitectura”, en el que se dan recomendaciones, tales como: - Es preciso conocer conocer la calidad de tierra a utilizar para fabricar adobes o ladrillos. La tierra que contiene grava, piedra o arena, no vale nada, pues los l os hace muy pesados, se deterioran y rompen. Por otro lado, la tierra gruesa no es suficientemente ligante para aglomerar la paja de la mezcla. Es necesario utilizar tierra blanquecina, parecida a la tiza, o arcilla roja, porque a causo de su plasticidad, son más compactos, no cargan la construcción de un peso inútil y se corroen muy poco. Las estaciones más favorables para moldear adobes son la primavera y el otoño, pues durante este tiempo, secan uniformemente, mientras que en verano, el sol evapora rápidamente la humedad exterior, haciéndolos parecer secos y no terminan de secar completamente, de manera que se contraen fisurándose, echándose a perder. Lo mejor será guardarlos dos años antes de su empleo, pues cuando son utilizados inmediatamente después del moldeo, se contraen y se separan del revestimiento, el que por secar y fraguar sin estar adherido a la albañilería, no es capaz de sostener a causa de su débil espesor y termina por romperse, entonces el muro se debilita en un sitio u otro en forma desigual arruinándose. Es por eso que en Utica, el magistrado no permitía el empleo de adobe que no haya inspeccionado previamente a fin de verificar si tienen cinco años de moldeado. Con relación a los tipos de adobe, dice Vitrubio que se hacen tres tipos de ladrilIos: el primero es aquel del cual nos servimos, que es llamado en griego Iydiene: tiene de largo un pié, y de ancho 1/2 pié, los otros dos son el pentadoron y el tetradoron, son empleados por los griegos. La palma es llamada daron por los griegos, porque significa un presente que se lleva generalmente en la palma de la mano y así el ladrillo que tiene cinco palmas es cuadrado y es llamado pentadoron y el que tiene cuatro, tetradoron. Las obras públicas se hacen con el pentadoron y las particulares con el tetradoron. 1.02 Las Construcciones Construcciones de Tierra en el Perú.Epoca Pre-Incaica e Incaica:
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FOTO 1.01 Huaca Huallmarca (San Isidro, Lima) Construcción Prehispánica Prehispánica en adobe
FOTO 1.02 Muros de adobon en “La Centinela” (Tambo de Mora, Ica) Construcción prehispánica prehispánica
La construcción con tierra es característica en todos los edificios de la Costa en la época arcaica. Igualmente se le encuentra en muchas construcciones andinas. Las unidades empleadas pueden clasificarse en los siguientes tipos: Esféricos: hechos a mano, de forma tosca e irregular, con un diámetro de 20 cms. Se le encuentra en muros rudimentarios con fuerte talud. Semiesféricos: hechos a mano, en forma de bola que luego es dejada caer sobre el suelo para que seque en el sitio. Tan antiguo como el anterior se le ha encontrado en ruinas en la localidad de Lambayeque. Dentiforme: hechos a mano, en forma de cilindro de barro, que luego apoyado sobre el suelo se adelgaza en la parte superior tomando forma de diente. Su altura variable tiene un promedio de 35 cms. Se encuentra en las edificaciones de las culturas arcaicas ProtoNazca y Proto-Chimú. Cónico: realizado con moldes de caña. 3
Presentan apariencia uniforme y buen acabado. Su altura promedio es de 40 cms. En los muros se colocan en hileras alternadas con caras paralelas. Se le encuentra en ruinas de las regiones de Lima y Chancay. Los adobes de formas prismáticas son posteriores a los que hemos enumerado. Por su tamaño y forma de colocación en los muros se pueden distinguir los seis tipos siguientes: I Moldeados a mano, con dimensiones aproximadas de 0.15 x 0.15 x 0.25. En los muros se colocan en hileras sin amarres. Se les encuentra en algunas construcciones de Pachacamac y huacas de la región de Lima. II Hechos con molde y con dimensiones de 0.20 x 0.20 x 0.10 cms. Se colocan en los muros de canto, como los libros de una estantería. Cada tres o cuatro hileras, va otra, también de canto pero en sentido opuesto. III Adobes similares a los anteriores pero de dimensiones de 0.30 x 0.30 x 0.15 cms, Se colocan en los muros de canto alternando la colocación de los adobes en cada hilera. Muestras de éste tipo de aparejo se encuentran en las ruinas de Chan-Chan. IV Adobes de base rectangular, hechos con molde, de dimensiones de 0.15 x 0.20 x 0.30 cms. Se construyen los muros colocándolos en hileras alternando el sentido de los adobes, uno de cabeza y otro de soga. Este tipo de aparejo es común en Chan-Chan y en las huacas de Moche. V Adobes incaicos, de mayor tamaño que los anteriores. Se encuentran en las ruinas de Tambo Colorado y el Templo del Sol en Pachacamac. 4
Fig. 1.02 Sistema constructivo en adobe, época precolombina (Ciudadela (Ciudadela de Chan Chan, Trujillo)
VI
Adobes del período Inca, de dimensiones de 0.10 x 0.50 x 0.25 cms. Con ellos se levantaban muros de soga o de cabeza.
También es característica de las construcciones precoloniales, el denominado adobón o tapia, elemento fabricado “in situ”, formado por grandes bloques de barro moldeado de aproximadamente 1.5 m 3 de volumen, tenían dimensiones que variaban entre 1 mt. y 1.5 mts. de longitud y de 0.75 a 1.00 mt. de espesor, fabricados en el emplazamiento del muro, debieron ser encofrados en un cajón de cañas, apisonándolos luego con los pies o con un pisón llamado taktana. Se les encuentra en la región central y sur de la Costa y también en las estribaciones serranas. Chalón ha estudiado la fabricación de este tipo de muros, según él: los adobones se hicieron con tierra remojada, conteniendo piedras menudas, cuando el barro adquiría cierta consistencia, se formaba otra cajonada a continuación de la primera, hasta terminar la primera hilera. Encima se construía luego la segunda hilera, interponiendo entre ambas una capa de piedras piedras pequeñas o de caña caña y paja para impedir la absorción demasiado rápida del agua del adobón fresco, por la tierra seca sobre la que descansa. De esta manera se procuraba evitar la generación de grietas que comprometieran la seguridad del muro. Además los adobones se colocaban siempre de modo que las juntas se correspondan verticalmente, sólo de dos en dos hileras. En las regiones lluviosas de la sierra la técnica constructiva del adobe evolucionó con el propósito de proteger los muros de la humedad del suelo y de la erosión por efecto 5
mecánico. El muro de adobe se elevaba así sobre un sobrecimiento o zócalo de piedra, que muchas veces llegaba a una altura de dos metros. Los techos debieron proteger el muro, formando salientes o aleros que impidieran la acción destructiva de la lluvia. En Paramonga, la base de los muros de adobe, la constituye un sobrecimiento de un metro de altura y dos de espesor, constituido por piedras provenientes del cerro, con piedras de río asentadas con un mortero de arcilla. En las ruinas de Pachacamac, se advierte el empleo de diferentes tipos de adobe; los más grandes colocados en eI piso, los más pequeños en muros interiores y los medianos en los muros de fachada. En las ruinas de Chan Chan se ven paredes formadas de adobe de 0.30 x 0.20 x 0.10 m. con lo particularidad que aquellos son colocados no de plano como en nuestros obras modernas, sino de canto; y mientras en uno hilera los cantos son paralelos al paramento, en la hilera siguiente aparecen con uno dirección perpendicular al mismo paramento. Y como todos son colocados con mucha regularidad, el conjunto presenta un aspecto decorativo muy agradable. Chalón observó en los construcciones de Chan Chan, que los muros de adobe conservaban cañas gruesas, de los llamadas "cañas bravas" plantados en el suelo y mal disimuladas por el revestimiento. Atribuyéndoles la misión de servir de guía al albañil en el trabajo y luego dar mayor estabilidad a la albañilería. La arquitectura a base de tierra de los primitivos peruanos, monumental por su volumetría, fue enriquecida por la utilización de elementos decorativos en la superficie de los muros y frisos que según Héctor Velarde son verdaderas tapicerías en relieve y en perfecto acuerdo técnico con la materia blanda del barro, llevando toda la riqueza del bordado de los tejidos a las superficies murales como un medio ornamental que se impone por sí sólo en los paramentos húmedos y pastosos de arcilla. También se pintó con colores vivos los muros de adobe. Las construcciones con tierra de los antiguos peruanos se expandieron de la costa a la sierra. En el Cuzco la mayoría de las construcciones destinadas a viviendas populares fueron hechas de adobe. Este material se encuentra también presente en muchas ruinas de las estribaciones andinas. El temor a los sismos los llevó a la construcción de gruesas paredes, uniformando su ancho, de manera de no variar la sección de los muros interiores y los perimetrales. De esta manera la superficie ocupada por los muros llegó a ser más de la mitad de la superficie total. Las habitaciones o ambientes eran de pequeñas dimensiones, lo que favoreció su resistencia al sismo. (Ver capitulo VI), pese a que la razón que los llevó a ello fue la dificultad de lograr coberturas de grandes luces. Para evitar el peligro de vuelco y asegurar la estabilidad, los muros presentaban un talud en cada paramento, llegando a ser en algunas ocasiones en la parte superior, la mitad de la dimensión de la base. Los taludes varían de 1/2 a 1/10. En ChanChan el muro exterior mide tres metros en la base, y 1.30 en su coronación, siendo su altura total de ocho a nueve metros. El sobrecimiento de piedras unidas con mortero de arcilla, tiene una altura de 1.70mts. En el Templo de Viracocha, a orillas del río Vilcanota el ancho de las paredes es de 1.70 mts. en la base y de 0.60 cms. en la parte superior, siendo su altura total de trece metros. El muro descansa en un sobrecimiento de piedras grandes de 12.70 mts. de altura. 6
1.03 Construcciones de Tierra en el Perú.Epoca Colonial y Republicana: El periodo Colonial está exento de obras monumentales, característico de las edificaciones indígenas. Las edificaciones más relevantes son las catedrales. Todas ellas se adaptaron al material indígena. La tierra continuó predominando en la costa y parte de la sierra. La quincha apareció en los telares del segundo piso, en forma de tabiques de madera forrados con caña y en lucidos con morteros de arcilla. Los españoles que debieron aportar conocimientos técnicos, introdujeron el vocablo adobe, tomado por ellos de los moros. En España las construcciones con tierra fueron anteriores a la dominación romana y durante ésta tuvieron amplio desarrollo. Sin embargo como la mano de obra de las construcciones coloniales fue indígena, y desde el siglo XVII los alarifes y oficiales también lo fueron, rápidamente se impuso la práctica tradicional, variando únicamente la expresión arquitectónica. Las Murallas de Lima, edificadas en 1687, fueron hechas de adobe. Los muros de cinco metros de altura y otros tantos de ancho, se construyeron con adobes de 56 x 26 x 12 cms. El aspecto más interesante de la época colonial son las disposiciones contra la acción sísmica. Los aportes arquitectónicos peninsulares, hicieron variar el sistema constructivo debilitándolo. debilitándolo. Los muros habían sido elevados y se habían distanciado por el empleo de nuevos sistemas constructivos que permitían salvar mayores luces, tales como las vigas de madera, bóvedas, etc. El terremoto de 1746, que destruyó por completo la ciudad de Lima, llevó a un estudio detenido de la cuestión. La Real Audiencia encargó al Catedrático de Prima de Matemáticas de la Universidad, Luis Godin, que proyectara el prototipo de una casa, expusiera las especificaciones constructivas, señalando las medidas que fuera conveniente adoptar a fin de disminuir en adelante la acción destructivo de los sismos. Godín que había sido miembro de la Academia de Ciencias de Paris, recomendó la supresión del segundo piso en las futuras construcciones, la supresión de las torres de las Iglesias; estableció para los muros la altura máxima de cuatro varas españolas, por encima sólo se permitía construir en quincha. Se recomendó asimismo que los techos fueran de tijerales. En el siglo XX el adobe fue el material característico en la construcción peruana hasta la década del 30. Las dimensiones de los adobes empleados usualmente en Lima fueron de 0.44 x 0.22 x 0.10 cms. En los balnearios, para evitar roturas por transporte, las unidades fueron más pequeñas de 0.40 x 0.19 cms. Según el Ingeniero Alberto Regal en otros lugares de la República se emplean de 0.60 x 0.40 x 0.20, reforzando su masa con piedra, y en Moquegua a 0.52 x 0.26 x 0.12 y 0.65 x 0.26 x 0.12 cms. En Tacna, 0.55 x 0.30 x 0.10 cms. Las características de fabricación de los adobes pueden analizarse según las siguientes operaciones: selección de la tierra, preparación, moldeado, secado. La tierra generalmente se selecciona de manera que predomine la arcilla, cuidando que no tenga materia orgánica, piedras ni demasiada cantidad de arena a fin de que no sea disgregable. En general se aceptan tierras con 10 a 20% de arena. En la práctica se
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FOTO 1.03 Relieves pre-hispánicos en barro “La Centinella” (Tambo de Mora, Ica)
FOTO 1.04 Templo de Viracocha (Archí, Cusco)
procura que la tierra no sea demasiado plástica de manera que pueda ser fácilmente transportada por el obrero. La tierra se mezcla con agua dejándose luego en reposo para que, la materia orgánica que pudiera contener entre en putrefacción. Previamente al moldeo, se nivela el terreno apisonándolo y regándolo con una ligera capa de arena. Sobre esta superficie se coloca el molde- de madera o gavera, el cual se moja y espolvorea con arena para evitar la adherencia del mismo barro. Luego se hecha masa sobre él, presionando las esquinas y enrasando con una regla. Posteriormente, se saca el molde. El secado se realiza al aire libre, después de cuatro o cinco días de moldeado se colocan los adobes de canto haciéndolos secar por otros cinco días, luego de ello se les coloca en rumas de poca altura continuando el secado por un período de cuatro meses si son hechos en verano y de seis meses si fueron hechos en invierno. Los aparejos empleados son los siguientes: 8
FOTO 1.05 Edificación Colonial en adobe nótese la altura del muro
-
FOTO 1.06 Detalle constructivo en una edificación colonial. Nótese la proporción del vano con relación al muro
Aparejos de soga, para anchos de 0.25 Aparejos de cabeza, para anchos de 0.45 Aparejo mixto, para 0.68 Aparejo doble, para ancho de 0.88 Los morteros utilizados son de tierra arcilloso, remojada con agua y batida. Las características constructivas, son las siguientes: Los muros se levantan con una base de sobrecimientos de concreto o piedra. La albañilería se aplomo por un sólo lado, que da un paramento casi uniforme mientras que por el otro queda desigual por las diferentes dimensionales de las unidades. Las hiladas se realizan uniformemente a todo lo largo, a fin de evitar asentamientos diferenciales. Durante un día no se llega a alturas mayores de 1.20 mts. para que el mortero de las juntas pueda secar, evitando que las paredes se desplomen por el peso de los adobes superiores. Las juntas horizontales no son mayores de tres centímetros para no debilitar el muro. 9
CAPITULO II
SITUAClÓN ACTUAL DE LAS LA S CONSTRUCCI CONSTRUCCIONES ONES DE ADOBE
2.01 GENERALIDADES La construcción a base de tierra-adobe o tierra apisonada, se encuentra muy extendida en el Perú. Se puede decir que es el tipo de edificación característico en las zonas urbanas donde se levantan las viviendas de los sectores sociales de reducidos ingresos económicos. Igualmente, constituye la construcción predominante en las zonas rurales. Se estima que los muros de adobe en viviendas familiares en el Perú alcanzan un porcentaje del orden del 55.3% del total edificado, este porcentaje se descompone en un 55% correspondiente a edificaciones en zonas urbanas y un 55.4% en zonas rurales, porcentajes relativos a sus totales respectivos (fuente: Censo de Vivienda de 1961). Los muros de adobe tipifican un sistema constructivo, que predetermina los materiales de cobertura. De esta manera existe relación de compatibilidad con los porcentajes de diversos materiales usados en techos de viviendas, que indican un 52.6% de totora y caña y un 11.5% de madera con barro y asbesto cemento. El adobe no es sin embargo el tipo constructivo de más bajo nivel de calidad. Las estadísticas indican que el 19.9% de las viviendas del país son construidas con muros de quincha, caña y paja; edificaciones que tienen cobertura de totora y caña.
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FOTO 2.01 EDIFICACION URBANA EN ADOBE
FOTO 2.02 EDIFICACION RURAL EN ADOBE
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Un análisis detallado se encuentra en los Cuadros I y II. La vivienda a base de tierra, se explica en los medios rurales y parcialmente en los barrios marginados o barriadas, por el carácter tradicional de este material, por ser un material de fácil disponibilidad y bajo costo, así como por adaptarse a la práctica de la autoconstrucción. El adobe se encuentra igualmente en viviendas urbanas de calidad, construidas en las tres primeras décadas del siglo, el presente tugurizadas en gran proporción. En las modernas barriadas, compiten ventajosamente con el adobe las construcciones de albañilería de ladrillo. Los mayores ingresos y el tipo de trabajo permanente en la industria hacen inconveniente la autoconstrucción. El ladrillo ofrece mayor seguridad, mejor aprovechamiento de lotes pequeños y similares costos de construcción. Debe atribuirse este tipo constructivo a base de tierra, la escasa durabilidad que de muestran las viviendas nacionales. En el estudio realizado en 1958 se proyectaron los resultados de las encuestas realizadas, estimándose estimándose que en el área rural: En muy mal estado 35 a 40% Con necesidad de reparaciones 45 a 50 % Con necesidad de reparaciones menores 15 a 20 % En buen estado 5% El Plan Nacional de Desarrollo 1971-1975 aprobado por Decreto Supremo 015.71-DM, del 28 de mayo de 1971, estima que la demanda de insumos para la construcción de viviendas en el quinquenio será del orden de 629,000 millares de adobes y 1´483,000 millares de ladrillos. Puede estimarse que el costo del muro de cabeza es en adobe el 65% del costo del muro en ladrillo KK y el 50% del costo del muro en ladrillo corriente. La magnitud de la demanda estimada de adobes y su relación con la que se ha calculado en ladrillos, lleva a pensar en la necesidad de efectuar estudios sobre el costo anual de la edificación y el aprovechamiento del terreno urbanizado, a fin de lograr una mejor inversión de los capitales destinados a vivienda. 2.02 NORMAS PERUANAS El Reglamento Nacional de Construcciones especifica en el Título VII, Capítulo II, las características características de los elementos constructivos a base de tierra. Define como adobe a los elementos de suelo natural crudo, conteniendo además, arena y alguna parte de arcilla o cal, amasados con agua, moldeados en formas llamadas "gaveras", de dimensiones apropiadas. Admitiendo el incremento de viruta o paja con fines de acrecentar la resistencia.
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PERU: MATERIALES PREDOMINANTES EN PAREDES EXTERIORES EN VIVIENDAS FAMILIARES, POR ZONAS, 1961 (miles de unidades)
Hormigón, Piedras, ladrillos, bloques de cemento y similares
ZONA
N°
%
Adobe
N°
Madera
Quincha, No Caña, paja y especificado similares
%
N°
%
N°
%
N°
TOTAL
%
N°
%
NORTE Total
56.4
9.8 323 323.8 .8
56.4
42.4
7.4
150.0 150. 0 2602 1.0
0.2
573.6 573 .6
100
CENTRO Total
239.88 239.
28.2 459. 459.77
54.2
27.3
3.3
119.7 119. 7 14.1
1.4
0.2
847.9 847 .9
100
SUR Total
78.6
17.4 289.6
64.5
10.2
2.3
70.0
15.6
0.8
0.2
449.2
100
5.4
4.9 20.2
18.4
25.7
23.4
54.1
49.2
4.4
4.1
109.8
100
393. 393.8 8 19.9 19.9
7.6 7.6
0.4 0.4
1980 1980.5 .5 100 100
ESTE Total TODO EL PAIS Total
380. 380.22
19.1 1093 19.1 1093.3 .3 55.3 55.3
105. 105.6 6 5.3 5.3
PERU: MATERIALES PREDOMINANTES EN TECHOS EN VIVIENDAS FAMILIARES, POR ZONAS, 1961 (miles de unidades)
ZONA
Hormigón, Tejas Madera con de barro cocido pasta de arcilla, láminas Eternita y metálicas y similares similares
Totoral caña b y No especificado similares
N°
%
TOTAL
N°
%
N°
%
N°
%
N°
%
NORTE Total
215.0
37.4
52.0
9.1
305.0
53.2
1.0
0.3
573.6
100
CENTRO Total
350.0
41.2
155.2
18.3
339.9
40.1
2.8
0.4
847.9
100
SUR Total
122.0
27.1
18.4
4.1
307.8
68.5
1.0
0.3
449.2
100
ESTE Total
20.0
18.2
1.6
1.4
87.7
79.9
0.5
0.5
109.8
100
TODO EL PAIS Total
707.0
35.6
227.2
11.5
1040.4 52.6
5.9
0.3
1980.5 100
Debe atribuirse igualmente al adobe, el elevado grado de destrucción originado por los sismos recientes. 13
FOTO 2.03 EL ADOBON O TAPIAL ES USADO TAMBIEN EN VIVIENDAS
FOTO 2.04 SON FRECUENTES LAS EDIFICACIONES DE DOS PISOS EN ADOBE
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Igualmente caracteriza el tapial o adobón como el elemento que se forma en sitio, empleando la misma tierra natural que para el adobe, utilizando formas grandes de madera. Con respecto a este material, se establece la siguiente restricción: "EI adobón o tapial no ofrece seguridad, en caso de fuerte temblor, debido al gran peso de cada bloque y a la pobre unión de un bloque con otro. No debe emplearse el adobón para albergue permanente de personas.” En cuanto a los requisitos del adobe, establece: El suelo natural contendrá no menos de 25% ni más de 45% de material pasante en la malla N° 200 y suficiente arcilla para permitir buena cohesión de las partículas entre sí. El adobe terminado deberá tener una resistencia mínima de compresión de 22 Kg./cm2, y en flexión de 3.5 Kg./cm2 (en pruebas de ruptura). En cuanto a las cargas de trabajo admisibles se establece que se podrá usar en compresión directa 2 kg/cm 2 y en corte 0.25 Kg/cm 2. El Reglamento Nacional de Construcciones en lo referente a los requisitos para procedimientos de construcción establece las condiciones a las que deben sujetarse las construcciones de adobe. Como requisito general determina que estas especificaciones deben ser diseñadas por métodos y análisis racional basado en los principios de la mecánica y la resistencia del material. Se establece que estas construcciones deben limitarse a un solo piso y que los muros deben trabajar en compresión resistiendo las cargas de gravedad. Los muros portantes y de arriostre deben ser diseñados de manera de transmitir a la cimentación cargas laterales por efecto sísmico y eventualmente los que pudieran originarse por acción del viento. Los muros portantes y los de arriostre deben tener un espesor mínimo de 40 cms. ó 1/8 de la altura libre entre la base y el fondo del techo. Los adobes de las esquinas deberán estar debidamente amarrados con los adobes del muro perpendicular. En las intersecciones entre muros los adobes deberán estar debidamente amarrados entre sí y las intersecciones deberán ser perpendiculares. Los muros tendrán amarre mediante intersecciones similares a las arriba descritas en intervalos no mayores a 10 veces su espesor. Los vanos necesarios para puertas y ventanas deben ser pequeños y debidamente reforzados con dinteles, preferiblemente de madera para que el muro pueda cumplir con la función estructural que le es asignada. Los muros no recibirán cargas que produzcan empujes horizontales. Se admite la construcción de un segundo piso que debe ser construido con telares de madera y techos livianos. La altura del primer piso, no debe exceder de cuatro metros. Los techos deberán estar formados por viguetas de madera con cubierta liviana. li viana.
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CAPITULO III
LAS LA S EDIFICACIONES EDIFICACIONES A BA SE DE TIERRA TIERRA
3.01 EL MURO A BASE DE TIERRA Función La razón de ser del muro en la construcción moderna es la de cerrar un determinado espacio arquitectónico, cumpliendo funciones resistentes como soporte y brindando protección al usuario. El trabajo mecánico en los muros de tierra es fácilmente cumplido por la resistencia intrínseca del material en los casos de trabajar a compresión simple, no así en compresión compuesta. Las funciones del muro pueden ser así: 1) Protección para personas, instalaciones, procesos y elementos. De carácter térmico, acústico, contra el fuego, la humedad, etc. 2) De carácter mecánico, según las cargas que actúan. En lo que respecta a la función protección, los materiales a base de tierra ofrecen un aislamiento acústico aceptable. Protege al usuario de temperaturas externas excesivas. Tiene un buen comportamiento ante el fuego. Sin embargo, en relación con la humedad son fácilmente alterables y no brindan protección adecuada. En lo relativo a su comportamiento mecánico, su calidad inicial se encuentra por encima de niveles aceptables, pero por su baja durabilidad, esta calidad se deteriora en el transcurso del tiempo, por lo que es necesario considerar el valor de la calidad final de acuerdo a la vida útil de la estructura, según los parámetros actuales en cada paso. Tipos: Cytryn clasifica los muros a base de tierra en los siguientes cuatro grupos: Adobe: tierra moldeada, secada al sol en formas prismáticas manuables. Apisonada o pisé, muros construidos en sitio en formas adecuadas con el empleo de tierra húmeda y compactación. Trama repellada; aplicase a las construcciones de paredes y consiste en un bastidor de madera entretejido con ramas de árboles y revocado con lodo por dentro y por fuera. Aglomerado; se refiere a la construcción de paredes con lodo y paja, en el lugar mismo de la pared, sin formas ni moldes. De todas ellas, las que tienen mayor valor tecnológico son las construcciones a base de adobe y tierra apisonada. Balance de los métodos constructivos: La experiencia y el análisis técnico permiten ponderar las ventajas y deficiencias de los sistemas constructivos a base de tierra apisonada.
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FOTO 3.01 EDIFICACION DE ADOBE EN EL AREA RURAL
FOTO 3.02 CONSTRUCCION DE TAPIAL O ADOBON, NOTESE LAS HILADAS HORIZONTALES DE PIEDRA
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En lo que respecta al costo del muro, la tierra apisonada es favorable en cuanto disminuye el tiempo de la mano de obra al eliminar el transporte de unidades y a su asentado. Desde el punto de vista resistente la tierra apisonada ofrece también ventajas al reducir notablemente los planos de juntas que causan generalmente el inicio de las fallas. La tierra apisonada presenta desventajas cuando no se efectúa la construcción de las esquinas de una sola pieza, haciéndose la edificación muy poco resistente a la acción sísmica. La construcción monolítica por el contrario se comporta mejor que las edificaciones de adobe. En cuanto a la contracción la tierra apisonada ofrece gran propensión a la contracción, especialmente si tiene alto contenido coloidal y ha requerido exceso de agua amasada, originando agrietamientos importantes. Parámetros de calidad. Los factores que inciden en la calidad de los elementos de tierra que conforman el muro son los siguientes: Resistencia Variación dimensional Contracción y fisuración Resistencia a la acción del agua Seguidamente se exponen algunos criterios. Resistencia de los elementos de Tierra. La resistencia de los elementos constructivos de tierra es significativa en cuanto constituye un índice de calidad. La resistencia en sí misma no es un problema en las muros en cuanto las cargas que reciben son muy pequeñas; se pueden estimar en 0.5 a 1 kg/cm 2. Es usual y en nuestro caso, está reglamentado que las construcciones no sean de más de un piso y las coberturas de material ligero. De otro lado el adobe mediocre resiste fácilmente 15 kg/cm2, lo que ofrece un buen margen para fijar las tensiones admisibles. De esta manera el criterio de resistencia, empleado regularmente para clasificar los elementos de tierra no es un parámetro característico en sí mismo, sino un valor referencial. Pruebas con adobes fabricados bajo regulaciones técnicas han dado promedios superiores a los 35 kg/cm 2. Puede considerarse que un buen material resiste entre 20 y 30 kg/cm2. De las investigaciones realizadas sobre los factores que contribuyen a la resistencia de los elementos de tierra se han llegado a establecer las siguientes conclusiones. Que existe una relación directa entre la resistencia a la compresión y la durabilidad del material.' Que el porcentaje de arena es un factor importante en la resistencia del material tierra, existiendo en cada caso un valor óptimo; porcentajes superiores o inferiores de arena, ocasionan una neta disminución de resistencia.
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Que tanto el adobe como la tierra apisonada estabilizan su resistencia a la edad de dos años. Para estimar la resistencia característica se considera la resistencia adquirida a los seis meses, dado que en ese lapso adquiere aproximadamente el 70% de su resistencia final. Estudios realizados por Long sobre construcciones ancianas, demostraron que los adobes de la construcción de la Misión de San Antonio de Papua, en Jolón, California, daban resistencias de 7 kg/cm2. Para el efecto de determinar las tensiones admisibles en los elementos constructivos con tierra se considera necesario el conocer la pérdida de resistencia originada por la acción del agua. Es con éste criterio que se ha establecido el concepto de coeficiente de ablandamiento que expresa la relación de resistencia entre la muestra mojada y seca. Un coeficiente de ablandamiento de 0.25 demuestra que se ha pedido un 75% de resistencia por acción de la humedad. Se estima que relaciones de coeficientes de ablandamiento de 1/6 garantizan un buen comportamiento de un muro de tierra. Factores que afectan la resistencia de los muros de tierra. Existen variados factores que intervienen en la resistencia del muro, ellos son fundamentalmente fundamentalme nte los siguientes: a) La calidad del adobe expresa: la resistencia característica de las unidades la dispersión de los valores obtenidos en las muestras Presencia de fisuras y agrietamientos Superficie de asiento plana, que evite concentraciones de tensiones Dimensiones regulares que aseguran un aparejo uniforme y juntas de espesor constante. b) Calidad del mortero en el cual la arcilla constituye el elemento ligante, dosaje apropiado de agua y material desgrasante que asegure la conveniente plasticidad sin riesgo de acentuada contracción. c) Calidad de ejecución, aparejo correcto, trabazón suficiente y juntas no muy gruesas que no excedan de 1 ½ cm. d) Curado apropiado, protección contra la radiación solar en los primeros días, así como protección contra la desecación, especialmente por intensa circulación de aire. Tensiones admisibles. La falta de ensayos sistemáticos sobre muros de adobe o de tierra apisonada no facilita la determinación de tensiones admisibles. Corrientemente se han establecido tensiones de trabajo en una relación 1/10 con respecto a la resistencia promedio de los elementos de tierra. Sin embargo, este criterio empírico no es suficiente siendo conveniente considerar los siguientes factores:
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FOTO 3.03 CONSTRUCCION LIVIANA REALIZADA EN TRONCOS DE EUCALIPTO Y CAÑA AMARRADA RECIBIRA RECUBRIMIENTO DE BARRO
FOTO 3.04 EDIFICACION DE ADOBE DE DOS PISOS, CONSTRUIDA DESPUÉS DEL SISMO DE ANCASH DE 1970
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a) b) c)
Irregularidad de los materiales, adobe y mortero Irregularidades en la ejecución del muro, conocimiento de operario, plazo de ejecución, condición atmosférica. Aproximación de las tensiones calculadas y las reales Inexactitud Inexactitud de las cargas consideradas en el diseño Concentración de esfuerzos en los apoyos de vigas Cargas excéntricas Deformaciones de la construcción.
Variaciones dimensionales. Las variaciones dimensionales características en las unidades de tierra, adobes, inciden en la resistencia del muro. Unidades con caras no paralelas producen concentración de tensiones en las juntas de lado en que el adobe es más delgado, lo que puede dar lugar a una mayor deformación del muro y reducción r educción de la carga que puede soportar. Adobes de dimensiones desiguales, cuando se construye un muro aplomando una de las caras, generan excentricidades locales y en consecuencia concentración de tensiones. La falta de regularidad dimensional produce mayores desviaciones del eje del muro respecto de una recta. Por otra parte, cuando la dimensión no es uniforme las unidades más pequeñas llevan a ensanchar las juntas verticales disminuyendo así la capacidad de resistencia del muro. Unidades de menor espesor provocan concentración de presiones y facilitan la formación de grietas en la solución de continuidad con el mortero. Las irregularidades de forma disminuyen la resistencia y cuando las cargas verticales no son normales a las de asiento provocan desviaciones locales respecto al eje. Contracción y Fisuración.El movimiento del agua en los capilares de los cuerpos porosos cuando están sujetos a procesos de humedecimiento y secado provocan variaciones dimensionales que en un determinado estado ocasionan fisuras y grietas que comprometen la estabilidad de los elementos. Se puede estimar que el factor más importante que altera el estado de humedad de un muro se debe a la lluvia. Cuando la lluvia actúa sobre la superficie de un muro, éste absorbe inicialmente el agua. Si la lluvia cae más rápidamente que al agua absorbida, ésta discurre a lo largo del muro formando una película que cubre como un puente las grietas y fisuras. La acción del viento genera presión sobre la cara del muro verificándose la acción de permeabilidad que se suma a la capilaridad originando la penetración del agua.
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FOTO 3.05 ENCOFRADO PARA MUROS DE TAPIAL. NOTESE LA COLOCACION DE LAS CABEZAS DE VIGAS Y EL DINTEL PARA UN FUTURO VANO.
FOTO 3.06 CONSTRUCCION DE UN MURO DE TAPIAL
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FIG. 3.01 INFLUENCIA DEL PORCENTAJE DE ARENA EN LA CONTRACCION
FIG. 3.02 LA CONTRACCION ALTERNATIVA SEGÚN ELE STADO DE HUMEDAD
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El movimiento del agua en los capilares está en función del diámetro de los mismos la porosidad interna y el estado termo higrométrico del medio. A igualdad de grosor aparente de los granos, la arcilla conserva el agua embebida con una fuerza de retención muy superior a la que se verifica en los polvos muy finos. La fracción coloidal de las arcillas, que presentan formas de láminas, permite retener el agua por un débil rayo de curvatura. La fuerte presión capilar interviene para disminuir la tensión del vapor de agua en los capilares. Este es el fenómeno de Lord Kelvon. Si denominamos: P la tensión del vapor del agua encima de una superficie horizontal; P la tensión del vapor saturado en la vecindad del menisco; R1 y R2 los rayos de curvatura principales de la superficie del menisco; A la tensión superficial Dyd las densidades respectivas del líquido y del vapor, se tiene la expresión siguiente: Log.e
P
=
P
Ad
,
1
P( D − d ) R1
+
1 R2
De otra parte, según la expresión de Laplace, la presión capilar del líquido será determinada por la expresión: ⎛ 1
A⎜⎜
⎝ R1
+
1 ⎞
⎟
R2 ⎠⎟
Si un capilar redondo R1 = R2 se tiene: Log.e
P P
=
2dA PDR
=
II PD
Despreciando d con relación a D. En el caso de detenerse la evaporación al aire P/P es inverso al grado de higrometría del aire. Conociéndose P y A, se puede calcular el valor de R, haciéndose la hipótesis de que A y D permanecen constantes, aún en los más finos capilares. El porcentaje de la contracción lineal es diferente según las diversas relaciones entre materiales finos y gruesos, el diagrama de la figura N°3.01, obtenido de ensayos realizados sobre tierra apisonada establece que conforme se incrementan los porcentajes de arena en el suelo, la contracción disminuye. Desde este punto de vista, parecería que porcentajes del 30 al 35 % de muy finos es un Iímite aceptable. Por otra parte, siendo el porcentaje de agua contenido en los elementos de tierra, la mayor influencia en las deformaciones es interesante observar el gráfico de la Fig. N° 3.02, en la cual se advierte que la contracción lineal es significativa por encima del 10% 24
FIG. 3.03 RESISTENCIA A LA ACCION DEL AGUA
del contenido de agua, punto en el cual la curva adquiere fuerte pendiente, tomando la forma de una recta. Es por esto, que materiales con altos porcentajes de partículas coloidales son preferentemente empleados en la construcción con adobe. El propósito es que las contracciones se produzcan durante el secado. Sin embargo, si los muros no son protegidos, la acción de la lluvia podría causar modificaciones dimensionales en los productos. Resistencia a la acción del agua.La acción del agua sobre los materiales a base de tierra es decisiva en su comportamiento. La estimación de esta cualidad es muy difícil de establecer por la dificultad de reproducir los fenómenos de intemperismo dada la variabilidad de los mismos. Por otra parte se requiere de un largo tiempo de exposición para obtener resultados válidos. Las investigaciones desarrolladas en la Estación Experimental de South Dakota, que en un lapso de cinco anos estudiaron el comportamiento de cien buretes de adobe, de 100 x 100 cms., utilizando diferentes mezclas, han permitido apreciar la importancia de las partículas coloidales en la resistencia al agua de los elementos de tierra. El diagrama de la Fig. N° 3.03 muestra que contenidos más altos del 30% del material muy fino producen la rápida deterioración de los elementos de tierra. 3.02 CIMENTACION Corresponde a esta parte de la edificación, la función principal de relacionar el volumen formado por los muros y cerramientos superiores con el suelo de sustentación,
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transmitiendo a él, las cargas generales por la estructura y las sobrecargas de uso del inmueble. Su forma, dimensiones y profundidad, dependen del peso que soporta, de las características generales de la estructura y de la formación del suelo de sustentación. De su eficiencia depende principalmente la estabilidad y durabilidad de la edificación, una solución homogénea del conjunto y la adecuada utilización de los materiales que lo componen determinará el grado de seguridad y conservación .de la construcción. En las edificaciones a base de adobe, es fundamental la utilización de una adecuada cimentación, la baja resistencia a la compresión de los elementos de tierra, la poca adherencia entre bloques que proporciona el tipo de mortero utilizado y los factores ambientales que deterioran este sistema constructivo determinan un mayor análisis en la selección del tipo de fundación a utilizar. En nuestro medio, la construcción de edificaciones a base de elemento de tierra se encuentra generalizada sobre todo en las áreas rurales, analizando los sistemas constructivos tradicionales se nota rápidamente la poca importancia que se le da a la fundación, existiendo numerosos ejemplos en los que se nota la carencia total de cimentación, produciéndose en estos casos fallas en los muros por asentamientos diferenciales agravadas por el efecto de la humedad y el efecto mecánico en sus bases. Así mismo se encuentra muy extendido el uso de una cimentación superficial con una profundidad muchas veces no mayor de treinta centímetros y con sobrecimientos insuficientes (Ver fotos 3.07 , 3.08 , 3.09 y 3.10). Para la selección y dimensionamiento de las fundaciones se deberá precisar claramente las características sísmicas y climatológicas de la región en que se ubica la edificación. Y deberá contarse con la mayor cantidad de antecedentes, sobre la calidad y constitución del suelo de sustentación, con esta información se podrá establecer una primera aproximación sobre los tipos de cimientos más adecuados, procediéndose luego al análisis de las consideraciones económicas, recursos de materiales y características características de la estructura, influyendo en el dimensionamiento de la cimentación, la altura y peso de la edificación, la posible influencia de construcciones aledañas, los esfuerzos horizontales generados por acción sísmica o vientos y la necesidad de dar rigidez a la estructura. En ningún caso la profundidad de la cimentación deberá ser menor a treinta y cinco centímetros y un ancho no menor a una vez y medio el ancho del muro. El uso del sobrecimiento es indispensable para proteger la base del muro de la humedad del suelo y del agua de lluvia que pueda correr en su cercanía. El sobrecimiento deberá ser de hormigón o de albañilería de piedra; en zonas muy húmedas, entre el sobrecimiento y el muro, deberá colocarse una capa impermeable de brea o asfalto para evitar la subida de la humedad por capilaridad. Se ha notado en algunos casos que se trabajan los sobrecimientos a base de piedra en bruto quedando intersticios entre los bloques que disminuyen la afluencia de humedad por capilaridad. La superficie final del sobrecimiento, en la zona en que se asentaron los adobes, deberá ser lo suficientemente rugosa para asegurar una buena adherencia.
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FOTO 3.07 ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES EN UN MURO DE ADOBE POR FALTA DE CIMENTACION
FOTO 3.08 ESTRUCTURA DE PROTECCION PARA UNA EDIFICACION EN ADOBE
El sobrecimiento puede ser utilizado para la colocación de las redes de agua , evitándose de ésta manera que, en el caso de averías en el sistema, se perjudique la resistencia del muro. El sobrecimiento permite también la utilización de un zócalo que proteja de la acción mecánica las partes bajas del muro.
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FOTO 3.09 INICIO DE UN MURO DE ADOBON, NOTESE LA AUSENCIA DE CIMENTACION
FOTO 3.10 SOBRE CIMIENTOS DE PIEDRA EN UNA EDIFICACION DE TIERRA
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3.03 REVESTIMIENTOS La protección de los elementos de tierra, especialmente los muros, se puede realizar por procedimientos de estabilización o por revestimientos externos. Estos últimos pueden realizarse por recubrimiento de mortero y por pinturas o emulsiones. Los revestimientos deben cumplir las siguientes condiciones: Proteger el muro de la acción del agua, especialmente de la lluvia Proteger el muro de la erosión por efectos mecánicos Proteger el muro de la acción de animales que pueden atacar el material Brindar una superficie aparente que cumpla ciertos requisitos estéticos Para proteger el muro de la humedad el revestimiento debe tener capacidad suficiente de absorción y evacuación del agua de acuerdo a las condiciones climatológicas donde se encuentra la construcción; por ejemplo, los revestimientos porosos serán favorables en regiones donde se presenten cortos períodos de lluvias y largos períodos secos. Los incrementos de temperatura, la humedad relativa del ambiente, la acción eventual de los rayos solares y la acción del viento, independientemente o combinados, aceleran el proceso de secado del revestimiento y por ende la contracción y aparición de fisuras. Cuando el revestimiento se contrae se producen tensiones que son absorbidas por la deformación plástica del mortero. Cuando el valor de la contracción aumenta, llega un momento en que las tensiones son mayores que la resistencia del revestimiento, produciéndose entonces la fisuración del mismo. La velocidad de secado del revestimiento y por consiguiente el fenómeno de la con tracción y la aparición de fisuras, es función de las variaciones de temperatura, de la humedad relativa del ambiente, de la acción eventual de los rayos solares y de la acción del viento. Los revestimientos exteriores sometidos a la acción de la lluvia, toman agua por absorción capilar. De presentarse vacíos o fisuras superficiales o porosidad abierta, el agua penetra por acción del viento. Es preciso así, sumar la acción del viento a la tensión capilar. La presión del viento sobre el muro puede ser calculada por la expresión de Syndson: P = C
V 2
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P = Exceso de presión en un indicador de nivel de agua en mm. V = Velocidad del viento en m/s C = Constante con valores de 0.7 a 1 Los revestimientos compuestos a base de mortero de cemento, cal y arena en proporciones variables, tienen el inconveniente de tener un índice de contracción diferente al del muro de tierra, lo que produce tensiones internas que provocan la pérdida de adherencia entre el revestimiento y el soporte, ocasionando en una primera etapa la fisuración y agrietamiento del revestimiento y finalmente su caída. Para eliminar esta deficiencia, se ha previsto como solución el suspender el revestimiento del muro, colocando el mortero sobre malla metódica que está sujeta al 29
soporte con clavos y pernos. Este sistema es poco económico por requerir de mano de obra especializada y materiales adicionales, por otra parte no soluciona efectivamente el problema de durabilidad. En la mayoría de los casos el revestimiento está compuesto por un mortero de tierra, en el cual la arcilla es el material ligante. Este sistema tiene la ventaja de que el revestimiento está constituido por el mismo material que conforma el soporte, sin embargo, es muy deteriorable por la acción de la lluvia. El mal comportamiento de los revestimientos se debe a causas físicas. La porosidad del revestimiento deja pasar cierta cantidad de agua, de esta manera, una delgada capa superficial del soporte (de barro) es sometida a ciclos alternados de humidificación y secado, con variaciones dimensionales de hinchazón y contracción, que ocasionan un desprendimiento que se produce en el muro de barro. Para solucionar los problemas expuestos sea ha tratado de estabilizar el mortero de revestimiento con cemento o asfalto. Cuando la adición de cemento en el mortero no sobrepasa el 10%, se le conoce como "daggaplaster". Este revestimiento presenta la ventaja de ser adherente con el soporte y presenta una buena resistencia a b acción del agua de lluvia. Los revestimientos a base de mortero de yeso, empleados en el Perú en las tres primeras décadas del presente siglo, en muros interiores, han sido muy fisurables debido a la deformación de los muros, que no han sido acompañados por el revestimiento, que tienen mínima contracción y poca plasticidad. También se han empleado recubrimientos protectores, aplicados sobre las superficies exteriores de los muros. Las experiencias analizadas muestran que el sistema no garantiza la durabilidad del muro. Los revestimientos no adhieren uniformemente al soporte, rajando o desprendiéndose con el tiempo. La mayoría de los recubrimientos no penetran en los poros exteriores ni son absorbidos suficientemente suficientemente por el soporte. Una amplia variedad de elementos se han utilizado, entre los más empleados podemos mencionar: pinturas de fachadas, cal, pinturas convencionales, resinas y emulsiones asfálticas. 3.04 COBERTURA El cerramiento superior en las edificaciones a base de tierra, al igual que los muros deben proteger al usuario de la intemperie, poseer cualidades acústicas y térmicas, asegurar una cierta resistencia en caso de siniestro por fuego, pero además deben proteger al muro de la acción de la lluvia y comportarse en caso de sismo, de manera de no propiciar el colapso de la edificación. Interesa desde el punto de vista de la resistencia al sismo, que techo y muro formen un conjunto con trabazón suficiente para resistir las solicitaciones verticales y horizontales sin perder su unidad ya que de otra manera la acción del sismo actuará aisladamente sobre la pared y la cobertura, que por tener características dinámicas diferentes pueden llevar a la claudicación de la estructura.
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FOTO 3.11 TIJERALES DE MADERA PARA SOPORTAR UNA COBERTURA DE TEJAS
FOTO 3.12 LOS TIJERALES VUELAN SOBRE EL MURO PARA FORMAR EL ALERO DE PROTECCION
Por lo expuesto, debe procurarse que el techo sea lo más rígido posible en el plano horizontal, que puede lograrse con elementos colocados diagonalmente, de tal manera que tienda actuar como un elemento diafragma distribuyendo mejor la fuerza horizontal y dando a los muros un cierto confinamiento en su parte superior. Es sabido que cubiertas pesadas elevan el centro de gravedad de la edificación haciéndola así más propicia para que falle por solicitaciones sísmicas. La razón de eliminar el agua de lluvia que cae sobre la cobertura, especialmente cuando está construida con materiales permeables, lleva a darles pendientes pronuncia 31
FOTO 3.13 ENTRAMADO DE TRONCOS Y CAÑA PARA COBERTURA LIVIANADA
FOTO 3.14 COBERTURA DE PAJA EN UNA EDIFICACION LIVIANA
das, que facilitan su rápida eliminación. Sin embargo, pendientes exageradas, contribuyen también a elevar el peligro antes enunciado. Además el triángulo superior que queda como cerramiento en los muros extremos, es muy vulnerable a la acción de cargas horizontales en la dirección perpendicular a su plano.
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Debe también cuidarse que los aleros se proyecten fuera de la edificación en una longitud suficiente para evitar que en épocas de lluvias intensas, éstas dañen a los muros por salpicaduras. Las soluciones de cobertura tipo bóveda, que inciden en la ventaja económica de hacer trabajar los materiales en compresión en vez de flexión, pueden transmitir empujes horizontales al muro que en las construcciones con tierra pueden ser incapaces de tomar dada su baja resistencia. Es siempre conveniente-evitar, en los techos planos, la concentración en el muro de las tensiones originadas por el asiento de las viguetas, por lo que debe cuidarse reposar sobre una viga solera que, además, mejora el comportamiento del conjunto. Una solución que parece ventajosa y exige un análisis económico, consiste en separar el elemento cierre con la cobertura, a fin de que trabajen independientemente. Este tipo constructivo ha sido ensayado, empleando techos con forma de bóveda, reposando sobre columnas de concreto, ofreciendo un partido atractivo. Debe anotarse que la mayoría de los techados livianos ofrecen desventaja desde el punto de vista del aislamiento térmico y acústico. Por otra parte, coberturas a base de madera, inciden en incrementar el riesgo de fuego. Si se usa madera, ésta debe estar lo suficientemente seca al momento de aplicarle la carga, dado que la madera húmeda tiene un módulo de elasticidad bastante bajo y puede sufrir deflexiones excesivas. Las tejas usadas extensivamente en la sierra deben ser convenientemente fijadas al armazón del techo. Se han dado casos que durante sismos intensos, las tejas se han caido totalmente provocando accidentes.
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CAPITULO IV
EL PROBL PROBLEMA EMA DE LA DURABIL DURABIL lDAD
La durabilidad es una característica muy importante de la edificación, que es fundamental en la construcción con tierra. Expresa la permanencia en el tiempo de las calidades iniciales del material. Sin embargo, como todo material se deteriora por el uso y el intemperismo, la durabilidad de la construcción se trata de manera que en la vida de la estructura, sus propiedades características iniciales no disminuyan por debajo de un determinado nivel de calidad. El tratamiento adecuado de la durabilidad es fundamental en las construcciones de tierra, al monto de obra debe sumarse el costo de durabilidad, que comprende el valor de los elementos que será necesario renovar y el de reparaciones "in situ". Finalmente la estimación del costo anual, considerando el nivel útil de la construcción, será la expresión que teniendo en cuenta la durabilidad, permita apreciar la conveniencia de la inversión. En principio puede establecerse que los factores que atentan contra la durabilidad de las construcciones de tierra se encuentran comprendidos en los cuatro grupos siguientes: a) Factores propios del material, como es su fácil alterabilidad, su escasa resistencia mecánica, etc. b) Factores originados por el usuario y la comunidad, entre los que deben considerarse la existencia de roedores por deficiente cuidados sanitarios; la degradación por acción mecánica de las paredes; las modificaciones de la construcción, como nichos, ampliación de vanos, etc. c) Factores de la naturaleza no climáticos, que comprenden un amplio conjunto de problemas, cano son los asentamientos diferenciales en fundaciones y la acción de movimientos sísmicos, entre otros. d) Factores climáticos y metereológicos: entre los que destacan la acción de las lluvias, que alteran seriamente al material así como la acción de las heladas. Las causas generales enunciadas llegan a definir una larga serie de parámetros, cuya mayor o menor importancia, en la durabilidad de las construcciones a base de tierra, es variable de acuerdo a cada caso. En principio, el ingeniero que proyecta y construye, los tiene en cuenta cuando realiza una obra si es que conoce la región donde ella se asienta y tiene experiencia en el comportamiento del material. Sin embargo, procesos racionales de diseño, basados en el análisis de datos estadísticos, deberán ser considerados en un futuro próximo para tratar la cuestión de la durabilidad y de la eficiencia con base científica. El esquema planteado anteriormente, hace difícil el desarrollo de los parámetros fundamentales en la durabilidad de las construcciones de tierra. Es por esto, que hemos preferido analizados según las manifestaciones de su acción, agrupándolos en las siguientes cuestiones: a) solidez; b) indeformabilidad, c) inalterabilidad.
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FOTO 4.01 ACCION DE LA LLUVIA SOBRE UN MURO DE ADOBE SIN PROTECCION
FOTO 4.02 DETERIORO POR ACCION MECANICA EN LA PARTE INFERIOR DE UN MURO DE ADOBE
Los factores debidos a la seguridad contra siniestros, como son el incendio y los movimientos sísmicos, serán tratados separadamente. En el concepto genérico de solidez, comprende los procesos de diseño y construcción, así como la respuesta de la edificación ante determinados accidentes, que garantizan un buen comportamiento en el tiempo. El diseño y el procedimiento constructivo están en cierta forma limitados por el partido arquitectónico adoptado.
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FOTO 4.03 ZOCALO DE PROTECCION CONTRA LA ACCION MECANICA
FOTO 4.04 EL VOLADO DE LA COBERTURA PROTEGE AL MURO DE LA ACCION DE LA LLUVIA
Los requerimientos del usuario en lo relativo a áreas y dimensiones mínimos de ambientes, de no ser correctamente tratados pueden crear soluciones inconvenientes en los elementos portantes, de arriostre y otros. Las necesidades de iluminación, especialmente en regiones de baja luminosidad, pueden hacer excesivo el porcentaje de vanos, debilitando los muros. Estas consideraciones, entre otras, hacen del diseño arquitectónico de las edificaciones de tierra, un factor importante en el partido constructivo que habrá de adoptarse.
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En el proceso de cálculo los problemas se presentan en orden de elección del método y la estimación de las tensiones admisibles. La construcción presenta las deficiencias de material, su homogeneidad. La indeformabilidad de una edificación es un término relativo, en cuanto toda construcción presenta un cierto grado de deformación y ello es admisible siempre que no generen tensiones internas que comprometan su seguridad. Las deformaciones en las construcciones en tierra se deben en la mayoría de los casos al movimiento de las cimentaciones, la plasticidad del material y su contracción de secado. Eventualmente se pueden presentar deformaciones diferenciales con la introducción de elementos constructivos de diferentes materiales. De todos los factores enumerados, el más peligroso es el movimiento de las cimentaciones por asentamiento, hinchazón o deslizamiento. Cuestiones previsibles cuando se efectúa un estudio previo, que muchas veces no se hace por subestimar su importancia en las construcciones con tierra. Los materiales de tierra son altamente alterables, su descomposición descomposición puede atribuirse a diferentes fenómenos, siendo los más importantes la disgregación, la acción de la humedad y el ataque de organismos vivos. La disgregación es debida a la debilidad aglomerante de la arcilla, que resulta incapaz de resistir tensiones internas que puedan desarrollarse en los elementos constructivos. Se ha observado además, la acción destructiva de trepidaciones y del viento cargado de arena. La humedad que se presenta en diferentes formas altera notablemente los elementos de tierra. La humedad que afecta la infraestructura altera también fácilmente la edificación. Tiene menor importancia la humedad indirecta, que se presenta en algunos ambientes, como puede ser la ebullición del agua en la l a cocina o la ropa r opa que se seca en el baño. Los organismos vivos afectan la inalterabilidad de las construcciones de adobe. Se ha observado el brote de algunas gramíneas en elementos de este material. Igualmente organismos animales, como los roedores producen efectos destructivos que pueden llegar a ser considerables.
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CAPITULO V PROGRESOS RECIENTES EN LA FABRICACION DE ELEMENTOS DE TIERRA
En las últimas décadas, la incorporación de la moderna tecnología de la construcción a las edificaciones a base de tierra, pese a haberse realizado de manera aislada, ha permitido el mejoramiento de los procesos de producción y control de los elementos de tierra. En este sentido desarrollaremos algunos de los aportes más significativos en lo referente a la selección de tierras, fabricación y secado, así como en los ensayos de selección y control.
FOTO 5.01 PREPARACION DE LA PAJA PARA FABRICAR ADOBES
FOTO 5.02 PREPARACION DE LA TIERRA
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5.01 SELECCION DE TIERRA: En los proyectos de construcción con tierra es necesario conocer el material disponible. De esta manera en base a la experiencia y ensayos tecnológicos es posible estudiar la forma de mejorarla, con aportes de otros materiales arena o paja - así como determinar su preferente adaptación a la construcción en adobe o tierra compactada. Las tierras con excesiva cantidad de arcilla se mejoran con adición de arena o paja para reducir sus contracciones. Eventualmente cuando el porcentaje de arcilla o material coloidal es alto se adopta su empleo en adobes, para que la contracción propia de este material se produzca durante el secado de los elementos y no en la construcción, es decir en el muro. Un suelo de bajo contenido coloidal es conveniente para la construcción de muros de tierra compactada. La calidad de los muros varía inversamente con el contenido de coloides del suelo. En general se admite que los suelos muy arcillosos tienen potencialmente un alto porcentaje de contenido coloidal. Por esto generalmente no se los considera aptos para construcciones de tierra apisonada. Por el contrario, se consideran apropiados los suelos ligeramente arenosos. La frontera del 40% de contenido coloidad parece separar la aplicación de la tierra a adobes o apisonado. Sin embargo, los suelos arcillosos pueden ser modificados con aportes del material arenoso. Debe tenerse en cuenta que en los suelos se encuentran proporciones variables de elementos coloidales, provenientes en gran parte de la descomposición de silicatos complejos y también de organismos animales o vegetales en las tierras de cultivo. La presencia de material granulado grueso, menor de una pulgada es conveniente en elementos de tierra apisonada. 5.02 FABRICACION: Los procedimientos de fabricación de los elementos a base de tierra, han tenido escasa evolución. El aporte más significativo la constituye el empleo de mezcladoras y pisones mecánicos. El procedimiento de compactación, que aumenta de densidad, mejora la resistencia y constituye una forma de estabilización mecánica. El proceso de fabricación debe atender las siguientes condiciones: 1. 2. 3.
El empleo de la cantidad de agua necesaria para obtener la mayor capacidad del producto. Una mezcla uniforme y homogénea. Para ello se emplean mezcladoras, pese al defecto de que el material se aglomera en las paletas. Moldes rígidos en especial de acero o madera con planchas metálicas. De manera que no se deformen con el uso y permitan una compactación enérgica.
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FOTO 5.03 AGREGADO DE AGUA A LA MEZCLA
FOTO 5.04 BATIDO DE LA MEZCLA
4.-
En el caso de muro de tierra apisonada, las formas de encofrado suelen ser de madera. Se requiere que sean rígidos, de manera que no se deformen. Debe establecerse su profundidad y longitud para evitar contracciones dañinas. Es importante para la economía de la construcción, que el diseño de las formas permita la buena inserción de marcos de puertas y ventanas y su fácil recuperación. Compactación mecánica para estabilizar el material. La compacidad que se alcance, será función de emplear para cada suelo el óptimo contenido de humedad y de la energía de compactación. Se utilizan al efecto, pisones manuales y del tipo de pisones neumáticos. Debe advertirse que no todas las tierras son aptas para ser apisonadas y que por otra parte debe cuidarse además la profundidad y tiempo del apisonado.
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FOTO 5.05 MOLDEO DE LA MEZCLA CON LA “GAVERA”
FOTO 5.06 DESMOLDAJE. NOTESE LA DEFORMACION DE LA PIEZA
5.03 SECADO: El adobe una vez moldeado, posee escasa estabilidad propia. El agua usada en el moldeo debe eliminarse durante el secado. Esta operación produce la contracción de la unidad. Cuando ella no tiene la cohesión necesaria se generan agrietamientos y deformaciones en el producto. Las irregularidades en la forma o en el apoyo de los elementos ofrecen diferentes posibilidades de evaporación. La gradiente de evaporación de agua, dado que se seca más rápido en la superficie y zonas vecinas que el núcleo de los elementos crea tensiones de vapor, ya que el agua que todavía contiene no puede llegar al exterior. 41
FOTO 5.07 SECADO
FOTO 5.08 ALMACENAJE
Por otra parte, no todas las arcillas tienen la misma sensibilidad de secado. Influyen también en él la forma de la mezcla, la maduración y el porcentaje de arena. Si el agua contenida en el adobe se distribuyera en todo momento uniformemente en la masa, la contracción de las distintas partes se produciría de manera uniforme. Pero en la práctica esto no ocurre así. Es difícil que el desplazamiento del agua del interior a la superficie sea tal que el líquido que llega sea igual que el que se desplaza. Las curvas características N° 5.01 y N° 5.02, que expresan la eliminación del agua, deben ser establecidas para cada tipo de suelo a fin de controlar el proceso de secado . De estas curvas puede establecerse la curva N° 5.03 que expresa el valor de la contracción de secado en función del tiempo. Los valores para las dos primeras curvas pueden determinarse experimentalmente con facilidad. La curva más importante es la de contracción de masa en función del tiempo. Ella puede servir para determinar cuanta agua pueda extraerse del material moldeado en un tiempo determinado sin que se produzcan grietas ni deformaciones. 42
FIG 5.01CONTRACCION EN FUNCION DEL TIEMPO
FIG. 5.02 ELIMINACION DEL AGUA EN FUNCION DEL TIEMPO S EC A D O
5.04 ENSAYOS DE SELECCION Y CONTROL: Para el correcto diseño de los l os elementos constructivos a base de tierra, el cumplimiento de las respectivas especificaciones y el control de calidad en la recepción, se proveen distintos ensayos tecnológicos. El carácter de los mismos es de tipo cualitativo, sus resultados no pueden aplicarse directamente como valores de diseño, pero significan por la experiencia acumulada al respecto, criterios válidos para las decisiones del ingeniero. Ensayos Granulométricos Los ensayos destinados a determinar el tamaño de las partículas del suelo son generalmente realizados para caracterizar diferentes materiales y en la práctica constructiva, se hace uso de ellos como un elemento de apreciación para su más conveniente empleo, sea en adobe o como tierra compactada. El ensayo granulométrico determina el tamaño de los granos, fijando en porcentaje del peso total, la cantidad de distintos elementos granulares que el suelo contiene. Los ensayos granolumétricos de las fracciones más gruesas se realizan mediante el uso de tamices. Para las fracciones más finas se emplean el hidrómetro, la pipeta y en general métodos húmedos basados en la ley de de Stokes. Si bien los sistemas de clasificación granulométrica en si mismos no son indicativos de las propiedades de un suelo, permiten su identificación y el trabajo tecnológico. De acuerdo al tamaño de las partículas que componen las diferentes fracciones del suelo se les puede clasificar bajo la siguiente denominación:
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Grava fina 2.0 -1.0 Arena Gruesa 1.0 -0.5 Arena mediana 0.5 -0.5 Arena fina 0.25 -0.10 Arena muy fina 0.10 -0.05 Limo 0.05 -0.005 Arcilla 0.005 y menor No existe un suelo que esté compuesto por tamaños de granos uniformes que se le pueda definir como arena, arcilla, limo; el suelo es más bien el resultado de la mezcla de algunos de los constituyentes mencionados. Por ello, existen sistemas de clasificación basados en la proporción en que cada uno de los constituyentes interviene interviene en su formación. La clasificación de suelos establecido por la Oficina de Caminos de los Estados Unidos (U.S. Bureau of Roads) presenta las once clases principales como siguen:
FIG. 5.03 LA CONTRACCION ALTERNATIVA SEGÚN EL ESTADO ESTADO DE HUMEDAD Y EL CONTENIDO DE AGUA
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CLASES DE SUELO 1.- Suelo Arenoso 2.- Marga Arenosa 3.- Marga 4.- Marga limosa 5.- Suelo limoso 6.- ArciIla marga 7.- Suelo arcilloso 8.- Arcilla marga arenosa 9.- Arcilla marga limosa 10.- Arcilla arenosa 11. - Arcilla limosa
Arena 80 a 100 50 a 80 0 a 50 0 a 50 0 a 20 10 a 50 0 a 50 50 a 80 0 a 30 50 a 70 0 a 20
PORCENTAJES DE Limo 0 a 20 0 a 50 30 a 50 50 a 80 80 a 100 20 a 50 0 a 50 0 a 30 50 a 80 0 a 20 50 a 70
Arcilla 0 a 20 0 a 20 0 a 20 0 a 20 0 a 20 20 a 30 30 a 100 20 a 30 20 a 30 30 a 50 30 a 50
Límites de Atterberg Las características que permiten determinar el campo de la plasticidad de los suelos y en especial de las arcillas, son denominadas: límites de plasticidad, límite líquido y límite de contracción. El conocimiento de estos límites es muy importante en las construcciones a base de tierra pues permiten determinar la cantidad de agua que es conveniente mezclar al material para obtener mejores resultados, sea que se aplique a construcciones de adobe, como para construcciones de tierra apisonada. El límite de plasticidad, releva el contenido mínimo de agua que determina el paso de la materia del estado sólido al estado plástico, o la inversa. Esta definición convencional, aunque arbitraria, no es en nada artificial, pues representa el momento en que la película de agua que rodea los granos más finos es enteramente absorbida. El límite líquido es la cantidad de agua por debajo de la cual los suelos ensayados fluyen como un líquido por acción de su peso propio. El límite de contracción de acuerdo al ensayo de Atterberg, representa la cantidad de agua, en porcentaje en peso de materias secas por debajo del cual un suelo no presenta más contracción en el curso de secado. A la in versa cuando la cantidad de agua sobrepasa el límite de contracción el suelo se hincha. Las determinaciones se realizan de acuerdo con las normas ASTM D-423, D-424 y D427, empleándose el denominado aparato de Casa Grande. Contracción lineal. Si bien el límite de contracción de Atterberg es un ensayo importante en la estabilización de suelos, para los efectos de las construcciones con tierra resulta preferible la determinación de la contracción lineal.
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FIG. 5.05 INCREMENTO DE RESISTENCIA CON LA EDAD
Esto es debido no sólo a razones de similitud de comportamiento tecnológico sino, porque además el procedimiento es menos complicado, requiere menos tiempo y precisión de contracción volumétrica. El ensayo de contracción lineal debe considerarse como determinante en la elección del método constructivo con el material tierra, para adoptar el método de tierra apisonada o el de construcción con adobe. En la figura N° 5.03 el punto A es el factor determinante para la elección del método. Suelos con menor contracción lineal son propios para construcción con tierra apisonada y los de mayor contracción, convenientes para construcción con adobe. Ensayos de compactación. El ensayo de compactación predice especial significado cuando se trata de construir muros de tierra apisonada. Cuando se compacta de idéntica manera muestras de un mismo suelo con diferentes porcentajes de agua, la densidad seca obtenida varía según la cantidad de agua contenida en las muestras. Se observa que la densidad aumenta inicialmente con el contenido de humedad, pasa por un máximo y luego decrece. La mayor densidad que puede darse al material corresponde al mínimo de contracción y a la máxima resistencia, que están así en función de un óptimo contenido de humedad. El ensayo de compactación se efectúa generalmente de acuerdo a la l a Norma ASTM, D698 , utilizando del Aparato Protor. Ensayos de resistencia a la compresión. La determinación de la capacidad resistente de un suelo a utilizarse como material de construcción, debe realizarse con anterioridad al establecimiento de las 46
especificaciones, a fin de efectuar un correcto diseño y obtener mejor utilización de la tierra. Durante el proceso constructivo constituye un valioso ensayo de control de calidad. Los ensayos de compresión se efectúan en especial en los casos de tierra apisonada utilizando especimenes cúbicos de 20 cms. de lado. También se utilizan especimenes cilíndricos de 23 cms. Ensayos efectuados por Schwalen han demostrado que, a semejanza con lo que sucede con los especimenes de concreto, la relación existente entre la altura del espécimen y el ancho del mismo influyen en los resultados obtenidos, por efecto del zunchado, es decir, la acción del rozamiento entre las caras de la muestra y de los platinos de la máquina que retardan la rotura. En el caso de construcciones de adobe es conveniente efectuar las pruebas de rotura sobre las unidades mismas, sean completas o la mitad de ellas. La determinación de las resistencias debe expresar como un promedio de los resultados obtenidos del ensayo de por lo menos cinco muestras, a fin de tener en cuenta la variabilidad propia del material. Es conveniente además establecer valores de dispersión del ensayo. La edad a la cual deben ensayarse los especimenes es variable según los requerimientos del proyecto; en todo caso estos ensayos, no debían realizarse antes de una semana de preparada la muestra. Comportamiento al agua. Para determinar el comportamiento de un suelo de construcción, bajo la acción del agua, se han desarrollado diversos procedimientos de ensayo tecnológico de tipo cualitativo. No existen procedimientos normalizados y los que generalmente se emplean, se utilizan con propósitos comparativos. Es sin embargo, usual el empleo de los ensayos de humedecido y secado, helar y deshelar, establecidos por el ASTM en
FIG 5.04 CONTENIDOS OPTIMOS DE ARENA 47
las Normas D-559 y D-560 para las mezclas de suelo cemento. También se han desarrollado métodos de ensayos acelerados, empleando aparatos del tipo denominado “weatherometer”. Si bien han demostrado su eficiencia los métodos desarrollados en South Oakota por la Estación Experimental, pues permiten conocer el comportamiento de la acción del agua en diferentes condiciones climáticas, estas tienen la dificultad de requerir un tiempo apreciable para poder estimar el comportamiento del suelo.
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