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Materiales naturales

Arcilla, madera, cáñamo, junco, paja, adobe —low energy bricks—, piedra

Materiales de construcción milenarios; característica común: porosidad. Permiten la circulación de humedad a través de ellos. Necesitan respirar para permanecer sanos. Sensibles a los cambios de humedad relativa y de temperatura: los acabados que se les aplican deben ser apropiados para la dureza y porosidad de cada uno:

• flexibles para adaptarse a los movimientos naturales del edificio sin quebrarse;
• permeables al vapor de agua para que no se acumule humedad dentro de las paredes y muros y tabiques.

Cal, arcilla

Innecesarios sobre materiales convencionales, pero aportan beneficios:

• bajo impacto ambiental —producción, toxicidad, disponibilidad—;
• mejora de la calidad del aire;
• mejora del aspecto y tacto en general;
• suavidad, flexibilidad, respirabilidad.

Edificación con materiales naturales

Los edificios construidos con materiales naturales deben considerarse como un sistema completo y tener en cuenta al diseñarlos:

• emplazamiento y medioambiente que los rodea;
• materiales de construcción;
• uso del edificio;
• etc.

Como parte del sistema completo, se usan acabados naturales.

Construcción con tierra

Los métodos de construcción con tierra tienen las ventajas, desventajas y prejuicios siguientes:

Desventajas

Material no estandarizado

La composición de la tierra depende del lugar de extracción; debe analizarse la composición de la misma y enmendarla para cada aplicación específica.

Contracción al secarse

Para que la arcilla sirva como aglomerante y se pueda manipular, la tierra se moja. Al evaporarse el agua de amasado pueden aparecer fisuras. Técnicas de tierra húmeda 3–12 % retracción lineal; técnicas de tierra seca (tapial, bloques compactados) 0,4–2 % retracción lineal. Reducción de la contracción: reducción de agua y arcilla, optimización granulometría, aditivos.

No es impermeable

La tierra debe protegerse contra la lluvia y contra las heladas si está húmedo: aleros, barreras impermeables, tratamientos superficiales.

Ventajas

Regula la humedad

La tierra absorbe y desorbe más humedad y más rápido que los demás materiales de construcción. La humedad relativa en una vivienda de tierra es de 50 % durante todo el año con fluctuaciones de 5-10 %. La humedad ambiental condiciona el bienestar de los habitantes: 50-70 % de humedad proporcionan las condiciones más saludables.

Almacena calor, masa térmica

Es un material denso que sirve para balancear el clima interior pasivamente —inercia térmica a partir de 40 cm de grosor (los revocos ocupan unos 5 cm de grosor)—.

Ahorra energía, disminuye la contaminación

La preparación, transporte y manipulación del barro en el sitio consume el 1 % de la energía requerida para el hormigón armado y los ladrillos cocidos.

Reutilizable

Triturado y humedecido, el barro crudo puede reutilizarse indefinidamente. Nunca es un escombro.

Economía de materiales y costos de transporte

El barro de las excavaciones para cimientos sirve para construir —puede enmendarse el exceso o defecto de arcilla añadiendo arena o arcilla, respectivamente—; el resto de la tierra puede extraerse in situ o ser provista por el coste del transporte. La mayoría de los materiales para construcción con tierra son abundantes, accesibles y baratos. Sacos, alambre: disponibles en casi todo el mundo o importables por menos que el cemento, el acero o la madera.

Apropiado para la autoconstrucción

Las técnicas de construcción con tierra puede realizarlas personas no especializadas supervisadas por una experimentada. Las herramientas necesarias son sencillas y económicas, si bien las tareas son más laboriosas.

Preserva la madera y otros materiales orgánicos

El barro contiene 0,4-6 % de humedad en peso y mucha capilaridad, por ello mentiene secos los elementos en contacto directo y ni los insectos ni los hongos disponen de la humedad necesaria para vivir. Si el barro se aligera con paja por debajo de 500-600 kg/m³, la alta capilaridad de la paja disminuye la capacidad preservadora del barro y la paja puede pudrirse.

Absorbe contaminantes

El barro purifica el aire interior: absorbe contaminantes disueltos en agua.

Integridad estructural

Integridad estructural de los domos —formas monolíticas— de sacos de tierra demostrada por Nader Khalili excediendo 200 % los requisitos de 1991 Uniform Building Code (California) (simulación de seísmos, vientos y nevadas en condiciones de cargas estáticas). Otras pruebas realizadas en Cal-Earth (Hesperia, CA), supervisadas por ICBO (International Conference of Building Officials) y seguidas por ingenieros independientes de Inland Engineering Corporation.

Resistencia contra el medio

El sistema de sacos de tierra ha demostrado soportar fuego, inundaciones, uracanes, termitas, terremotos de magnitud 7.

Prejuicios

Gusanos e insectos pueden invadir los muros de tierra.

No es cierto si los muros son macizos: Los insectos habitan en huecos en muros de bajareque o adobe. Tales huecos pueden evitarse apisonando la tierra o rellenando completamente las juntas. Si se añade demasiada materia orgánica a la arcilla —densidad < 600 kg/m³—, pequeños insectos pueden alojarse en ella.

Las paredes de barro son difíciles de limpiar —cocinas, baños—.

Se evita con caseína, cal con caseína, aceite de linaza o pinturas no abrasivas. De hecho, al absorber rápidamente la humedad —lo que inhibe el crecimiento de hongos—, los baños con paredes de barro son usualmente más higiénicos que los alicatados.

Construcción con sacos de tierra

Frente a otros métodos de construcción con tierra, el uso de sacos o tubos de tierra proporciona varias ventajas:

Sacos de tierra

Mezcla inespecífica

Al contrario que el adobe, la tierra compactada, el cob y los bloques prensados, la construcción con sacos de tierra no requiere una proporción específica de arcilla, arena y paja; permite usar mezclas inespecíficas y, excepcionalmente, arena sola (refugios de emergencia).

Estabilidad

El saco funciona como estabilizador mecánico y permite prescindir de estabilizadores químicos —cemento, cal, brea: se usan para impermeabilizar— y usar sólo tierra incluso en las tongadas enterradas.

Sacos de tierra contra adobe

La tierra en sacos no requiere tanto tiempo y dedicación.

El saco actúa como molde y la tierra se empaqueta in situ en la pared.

La mezcla para sacos requiere menos humedad que el adobe.

Fraguado directamente en la pared, no hace falta esperar a que cada pieza se seque para usarla.

Las piezas necesitan menos manipulación, se puede dedicar más tiempo a la construcción.

Se puede trabajar con sacos de tierra aún con lluvia.

Sacos de tierra contra tierra compactada

En ambos casos, el sustrato óptimo es similar y se compacta para mejorar la resistencia y la durabilidad.

Los sacos son formas para la tierra y permiten prescindir de encofrados pesados (madera, hierro). Estos encofrados obligan a construir con formas rectilíneas, no permiten las formas curvas y orgánicas que los sacos sí.

Sacos de tierra contra cob

Los sacos ofrecen suficiente resistencia a la tracción para evitar deformaciones aunque la tierra esté demasiado húmeda.

No requiere paja.

No requiere tiempo de secado entre tongadas.

Rango de humedad amplio.

Proporciones inespecíficas.

Sacos de tierra contra bloques prensados

Al contrario que la mezcla para los bloques prensados, la destinada a un saco de tierra no tiene que ser específica.

Sacos y tubos

Los sacos y tubos más adecuados para construcción con tierra se fabrican con rafia de polipropileno y denier mínimo 10 x 10 / in².

Sacos

Lo más adecuados son los de 25 o 50 kg.

Saco	Saco vacío	Saco compactado	Grosor	Peso
25 kg	42,5 x 75 cm	37,5 x 50 cm	12 cm	40-45 kg
50 kg	55 x 90 cm	47,5 x 60 cm	15 cm	80-90 kg

Sacos de 60 cm: muy grandes, sólo para aplicaciones específicas (ventanas abuhardillas, zócalos gruesos sobre cimientos de tierra apisonada en neumáticos, soporte extra para las aberturas, alféizares profundos).

Sacos tratados o laminados

Deben evitarse los sacos con tratamientos antideslizantes o laminados porque disminuye la transpirabilidad del tejido y el fraguado de la tierra es más difícil.

Sacos de arpillera

Si las costuras son resistentes a los rayos UV y están separados del suelo, aguantan al sol un año en climas desérticos.

En climas húmedos pueden pudrirse.

Precio mayor.

Transporte más caro: pesan y abultan más.

Acabados naturales: no mejoran sobre arpillera.

Tratamientos: hidrocarburos (pueden causar irritaciones, problemas respiratorios, jaquecas), aceites vegetales alimenticios.

Tubos

Sacos continuos de polipropileno tejido.

Tubo 30 cm pequeño para estructuras, óptimo para muretes y tabiques interiores.

Diámetros grandes: no cambiar de anchura; usar el mismo saco siempre.

Cálculos N. Khalili:

diámetro interior (ft) = saco relleno (in)

diámetro interior (ft) x 30 cm/ft = saco relleno (in) x 2,54 cm/in -> diámetro interior = 76,2 saco relleno

saco relleno: 4 pulgadas menos que el saco vacío

diámetro interior 76,2 x (saco vacío - 4 x 2,54) -> saco vacío = (diámetro + (76,2 x 10,16)) / 76,2

Ventajas de los tubos

• Su longitud aporta más resistencia a la tracción para cerrar techos de domos.
• Excelentes para estructuras curvas, enterradas, remates de arcos, cierre de cúpulas.
• Trabajo más rápido (al menos tres personas).
• Estabilización mecánica del contenido: en caso de inundación, aunque la tierra se moje soporta la compresión y se seca como tierra compactada de nuevo.

La tierra

Composición

Porosidad

Superficie específica

Densidad

Compactabilidad

Análisis

Proporciones

Estabilizantes

Comportamiento térmico

El agua

Agua en la tierra:

• Agua de cristalización: químicamente enlazada, distinguible sólo a 400–900 °C.
• Agua absorbida: electroenlazada a los minerales de la arcilla.
• Agua capilar: agua en los poros del material por capilaridad.

El agua activa las fuerzas aglutinantes de la tierra: al humedecerla, la arcilla se expande porque el agua se intercala entre las estructuras laminares. Al evaporarse, la distancia interlaminar disminuye y las láminas se asientan paralelas por las atracciones eléctricas. La arcilla es aglutinante en estado plástico y resistente a la compresión al secarse.

Estabilizantes

Reducen el rozamiento interno ¿?

Superadobe: «sujeta» el grano de arena ¿?

Impermeabilización: el estabilizante rellena los huecos entre arcillas y áridos.

Flexibilidad: el estabilizante previene agrietamientos por dilataciones y contracciones.

Compactación: favorece la acción del estabilizante.

Cal, cemento.

Arena, arcilla: funcionan como estabilizantes cuando se usan para enmendar las proporciones de la tierra.

Paja (trigo, cebada; se deja macerar), fibras, cáscaras, bosta, pelo, serrín, cenizas, savia, látex, aceites (linaza), orina de caballo, sangre, termiteros.

Cantidad: mejor menos que más; buscar la cantidad mínima necesaria. En obra siempre un poco más que en las pruebas.

Cemento: 28 días fraguado completo.

Cal: 2-3 meses dureza óptima, curación 4-6 meses.

Pruebas (mezcla, revocos, etc.) -> t > 5 ºC

Cimientos (hiladas enterradas), dinteles, enfoscados, enlucidos: 5-10 % más estabilizante que en la mezcla de relleno.

La mezcla

Análisis de mezclas

Conveniente: análisis de laboratorio para determinar la mezcla adecuada.

Índice de contracción

1. Formar tabletas de 15 x 4 x 1 cm, con mezcla sin estabilizar y con mezcla estabilizada, fecharlas y marcarlas con dos muescas separadas 10 cm.
2. Dejar secar las tabletas en lugar seco y fresco durante una semana.
3. Medir la separación entre las muescas para saber cuánto se ha contraído la tableta. La relación entre la longitud contraída y la inicial proporciona el índice de contracción de la mezcla.

Contracción 3 % buen resultado.

Ejemplos:

• Contracción 5 mm; 0,5 cm/10 cm → índice de contracción 0,05 —5 %—.
• Contracción 10 %, 90 % arcilla: enmienda con arena y grava, granulometrías diversas. Analizar distintas mezclas para determinar la idónea y con esta realizar testigos (tierra más enmienda más estabilizante).

Inmersión en agua y cantidad de estabilizante

Laboratorio: 4-14 % cal proporción recomendada —cimientos, dinteles, revocos: 15 %; estructura: 10 %—.

Ensayo con muestras de distintos puntos del terreno y combinaciones de tierra, arena y estabilizante:

1. Extraer muestras en varios puntos, registrando el origen de cada una.
2. Preparar varias mezclas con cada muestra mezclando la tierra con cantidades distintas de arena y estabilizante. Usar proporciones ortodoxas y otras aunque parezcan disparatadas para ver los resultados. Registrar las proporciones de cada muestra y la fecha del ensayo —la proporción de estabilizante se calcula contra el 100 % de tierra—.
3. Hacer sendos morteros añadiendo agua para obtener una masa húmeda y barrosa.
4. Con cada muestra, llenar tres vasos de plástico compactando la masa —por capas, a medida que se llena para reproducir el comportamiento en el saco; perforar el recipiente para transpiración—.
5. Dejar secar las muestras a la sombra (varios días).
6. Desenvasar las muestras y someterlas a torsión, compresión manual, raspado y rallado. Por último, sumergirlas en agua durante tres días: la mezcla que no se desliga es la adecuada para construir con superadobe.

Calidad de la mezcla

La mezcla debe ser húmeda, pero no mojada: al estrujar un puñado de mezcla debe formarse un bloque que no se deshaga ni gotee ni rezume agua.

• Mezcla seca: no se compacta, no fragua.
• Mezcla mojada: fluye al compactarla, dificulta la construcción y es débil al fraguar. Pero:

Tradicionalmente se ha considerado el 10-12 % de agua como la cantidad idónea para tierra y bloques compactados: menos agua y más compactación resultan en bloques más resistentes. Sin embargo las pruebas y la experiencia de autores como Kaki Hunter y Donald Kiffmeyer, experimentos realizados en el FEB Building Research Institute –Universidad de Kassel– publicados en el libro de Gernot Minke Earth Construction Handbook concluyen que el mismo suelo con el doble de agua (hasta el 20 %) produce bloques con mayor resistencia a la compresión:

Flood Control. [...] Not only do sandbags hold back unruly floodwaters, they actually increase in strength after submersion in water. We had this lesson driven home to us when a flash flood raged through our hometown. Backyards became awash in silt-laden floodwater that poured unceremoniously through the door of our Honey House dome, leaving about 25 cm of water behind. By the next morning, the water had percolated through our porous, unfinished earthen floor leaving a nice layer of thick, red mud as the only evidence of its presence. Other than dissolving some of the earth plaster from the walls at floor level, no damage was done. In fact, the bags that had been submerged eventually dried harder than they had been before. Earthbag building (Kaki Hunter, Donald Kiffmeyer) (p. 8-9)

Rammed earth is produced with low moisture and high compaction. When there is too much moisture in the mix, the earth will "jelly-up" rather than compact. The thinking has been that low moisture, high compaction makes a harder brick/block. Harder equals stronger, etc. What Minke is showing us is that the same soil with almost twice the ideal moisture content placed into a form and jigged (or in the earthbag fashion, tamped from above with a hand tamper), produces a finished block with a higher compression strengh than that of a ten percent moisture content rammed earth equivalent. Earthbag building (Kaki Hunter, Donald Kiffmeyer) (p. 18)

Los sacos con mezclas más húmedas rezuman al compactarlos, requieren menos golpes y los bloques resultan más gruesos. Hasta que se asientan son más blandos e inestables para sostenerse sobre ellos (mezclas más secas resultan en paredes más firmes).

Bolsas de prueba

Debe determinarse la cantidad de agua más apropiada para cada suelo:

1. Rellenar varias bolsas con cantidades distintas de agua desde 10 %.
2. Cerrar las bolsas adecuadamente para compactarlas y dejar que curen durante al menos una semana en ambiente seco y templado y protegidas de la lluvia y de heladas.
3. Tras una semana o dos, deben sentirse uniformes y duras al golpearlas y patearlas y al saltar sobre ellas.
4. Clavar clavos largos (7,5 cm) en medio de las bolsas: deben quedar sujetos sin que se rompa el bloque.
5. Suelo blando o que encoge: debe usarse con enmienda, desecharse o usarse para elementos no estructurales.

Determinadas las proporciones adecuadas para la mezcla y la cantidad de agua idónea, puede empezar la construcción.

Construcción con sacos de tierra: superadobe

Superadobe

Superadobe, superblock, sacos de tierra: el sistema constructivo consiste en la consecución de tongadas de sacos o tubos rellenos con la misma tierra del lugar estabilizada (con cal o cemento, por ejemplo) para optimizar su resistencia. Las hiladas se unen con alambre de espino de cuatro puntas para conferir consistencia estructural al conjunto.

Como otros métodos de construcción con tierra, el superadobe se hace con mortero de tierra compactada: el saco se rellena con una mezcla partiendo de la tierra del lugar y rectificando la composición para estabilizarla según la proporción de arcillas, arenas, gravas, limos y sedimentos; el saco sirve como encofrado perdido.

Superadobe, como técnica de sacos o tubos de tierra y alambre de espino, es una tecnología patentada y una marca comercial que el Instituto Cal-Earth ofrece libremente y con licencia comercial.

Clima

Para que fragüen correctamente, los sacos de tierra requieren clima sin heladas. Una vez curados e impermeabilizados no les afectan las heladas.

Relleno, mezcla para superadobe

Antes de mezclar los materiales, quitar las piedras grandes conservando las gravas hasta 25 mm.

Textura superadobe

Al estrujar se compacta, pero no mancha.

4 tierra + 2-3 arena + 1/2 cubo (~ 2,5 l) lechada de cal (color horchata)

Cálculo de medidas

Cálculo de los volúmenes (superadobe), proporciones (tierra, arcilla, áridos) y medidas (tubo, alambre)

Mezcla con cemento

1. Mezclar en seco el cemento y la tierra.
2. Añadir agua.
3. Mezclar.

Mezcla con cal

1. Mezclar la cal y el agua.
2. Añadir la tierra.
3. Mezclar.

Alambre de espino de cuatro puntas fijas, velcro mortar

Alambre de espino de cuatro puntas fijas

Elemento de tensión y fricción entre los sacos. Refuerzo que proporciona resistencia contra ciclones, inundaciones, terremotos: mediante dos vueltas de alambre de espino de cuatro puntas fijas se sujetan los sacos entre sí y se añade resistencia tráctil —de la que adolecen las estructuras de tierra—. Particularmente, los tubos más el alambre proporcionan resistencia a tracción única en estructuras de tierra —tapial, hormigón: requieren varillas de refuerzo—.

• $\varnothing \approx$ 2,0 mm: para estructuras monolíticas y bóvedas voladas (?) (corbelled domes).
• $\varnothing \approx$ 1,4 mm: formas lineales y muretes.

Tener preparados pesos para sujetar el alambre sobre las tongadas.

Alambres de sujeción

Cabos de alambre recocido sujetos al alambre de espino para sujetar más adelante la malla para enlucido (tierra arcillosa, emplaste con paja: no necesitan malla, se adhieren a los sacos fuertemente; cemento: malla metálica o plástica gruesa --enlace a sección de acabados--). También sirven para sujetar espaciadores de la malla útiles como aliviaderos de condensación —ruptura de capilaridad— entre el enlucido y la parte superficial del sobrecimiento (stemwall).

Deben colocarse en cada línea y sobresalir unos 5 cm del muro espaciados 30-60 cm.

Idóneo: $\varnothing$ 1 mm desnudo o forrado (PVC).

Recopilar medidas

Arcos, cúpulas, bóvedas, ábsides

La tierra provee resistencia a la compresión que hace posible la construcción de tales elementos con superadobe.

También: muros de contención, cauces de agua, balsas, carreteras, caminos, jardineras, asientos.

Formas para puertas y ventanas

Durante la construcción, en los vanos se usan formas temporales que se mantienen hasta que se cierra el contorno. Las formas se colocan calzadas para que se puedan extraer fácilmente.

Acabados

Es más fácil emplastecer los sacos que el contenido: los muros de tierra se emplastecen mejor con el mismo material —arcilloso con arcilloso, arenoso con arenoso—, pero un acabado arenoso no es tan resistente como uno arcilloso; si se emplastece sobre los sacos se puede usar material arcilloso aunque el muro sea arenoso.

El proyecto

Máquinas y herramientas

Reglas de diseño

Fases del proyecto

Preparación del lugar

Enlaces externos

• Cal-Earth. Cal-Earth Inc. / Geltaftan Foundation (ed.): «What is Superadobe?» (en inglés). Consultado el 9 de marzo de 2012.
• Colaboradores de Wikipedia. Wikipedia, La enciclopedia libre (ed.): «Cal». Consultado el 9 de marzo de 2012.
• Colaboradores de Wikipedia. Wikipedia, La enciclopedia libre (ed.): «Superadobe» (en inglés). Consultado el 9 de marzo de 2012.
  

http://www.vrysac.com/seccion/view/id/9

http://www.multisac.es/fichaModelo.php?idCategoria=4&idModelo=8

http://www.calearth.es

http://www.domosac.com