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CÁLCULO Y ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS DE ADOBE PROYECTO FIN DE CARRERA

Alumno: Santiago de la Torre Francia Director: D. Antonio González Herrera MÁLAGA, 2003

AGRADECIMIENTOS:

A D. Antonio González Herrera, director de este proyecto, por su confianza y paciencia. Al colegio de Arquitectos de Andalucía Occidental por su desinteresada ayuda en la mañana de un día frío en Sevilla. A Alfonso Cordero Benasayag y María A Nerea de Ingeniería Sin Fronteras Madrid por su amabilidad que me compró el libro de Julián Salas en Madrid cuando yo no disponía de tiempo A Alejandro Cordero Benasayag. Este caballero castizo lo sabe todo. A Hind Samlal y a María del Mar Sintas Fernández por su amistad A mi abuela D.ª M.ª Victoria Prados por su ánimo A la familia García de la Torre siempre acogedora A mis padres A Nuria por su paciencia

“Un vaso de arcilla cruda, si se rompe puede repararse, pero no el de arcilla cocida.” Leonardo da Vinci.

INDICE

ÍNDICE 1. 1.1.

PARTE I. MEMORIA DESCRIPTIVA .............................................1 OBJETO DEL PROYECTO...............................................................1

1.2. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO ...............................................1 1.2.1. INTRODUCCIÓN ............................................................................1 1.2.2. JUSTIFICACIÓN..............................................................................5 1.3. PARTICULARIDADES DEL PROYECTO ...................................15 1.3.1. OBJETIVOS....................................................................................15 1.3.2. METODOLOGÍA ...........................................................................16 1.3.2.1. Metodología general para el análisis estructural ......................16 1.3.2.2. Metodología general del objetivo segundo del proyecto .........19 1.3.2.3. Metodología general del objetivo tercero del proyecto............19 1.3.2.4. Metodología general del objetivo cuarto del proyecto.............19 1.3.3. NORMATIVAS CONSIDERADAS ..............................................20 1.4. GENERALIDADES DEL PROYECTO ..........................................21 1.4.1. INTRODUCCIÓN ..........................................................................21 1.4.2. GENERALIDADES........................................................................21 1.4.2.1. Síntesis de las técnicas de construcciones con tierra resistente21 1.4.2.2. Notas históricas sobre las edificaciones con tierra cruda .........63 1.4.2.3. Breves notas sobre sismología .................................................21 1.4.2.4. Breves notas sobre la acción eólica..........................................86 1.4.2.5. Consideraciones estructurales sobre construcciones con tierra 90 1.4.2.6. Sismos, vientos y construcciones de adobe y tapial...............116 1.4.2.7. El Método de los Elementos Finitos y las construcciones de adobe y tapial .........................................................................124 1.5. ANÁLISIS GENERAL I: CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES........................................................129 1.5.1. BASES DEL ANÁLISIS DE LAS ESTRUCTURAS ..................129 1.5.1.1. Valores característicos de los materiales que se emplean ......129 1.5.1.2. Seguridad de la estructura ......................................................138 1.5.1.3. Características del suelo de fundación ...................................142 1.5.2. Acciones adoptadas para las estructuras del proyecto ..................142

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Cálculo y Análisis de Estructuras de Adobe

1.5.3. SISTEMA ESTRUCTURAL DE LA EDIFICACIÓN DE ADOBE TIPO BÓVEDA DE DIRECTRIZ PARABÓLICA ..................... 145 1.5.3.1. Descripción de los Elementos Estructurales .......................... 146 1.5.3.2. Cumplimiento de las condiciones mínimas de diseño exigibles en la estructura ....................................................................... 146 1.5.3.3. Acciones adoptadas para la estructura de adobe tipo bóveda de directriz parabólica................................................................. 152 1.5.4. SISTEMA ESTRUCTURAL DE LA EDIFICACIÓN DE TAPIAL CON CUBIERTA PLANA........................................................... 152 1.5.4.1. Descripción de los Elementos Estructurales .......................... 154 1.5.4.2. Cumplimiento de las condiciones mínimas de diseño exigibles en la estructura ....................................................................... 154 1.5.4.3. Acciones adoptadas para la estructura de tapial con cubierta plana. ...................................................................................... 160 1.5.5. SISTEMA ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN DE ADOBE CON CUBIERTA DE MADERA A DOS AGUAS..................... 161 1.5.5.1. Descripción de los Elementos Estructurales .......................... 162 1.5.5.2. Cumplimiento de las condiciones mínimas de diseño exigibles en la estructura ....................................................................... 163 1.5.5.3. Acciones adoptadas para la estructura de adobe con cubierta de madera a dos aguas ................................................................ 167 1.5.6. SISTEMA ESTRUCTURAL DE LA EDIFICACIÓN DE ADOBE TIPO CÚPULA ESFÉRICA......................................................... 168 1.5.6.1. Descripción de los Elementos Estructurales .......................... 169 1.5.6.2. Cumplimiento de las condiciones mínimas de diseño exigibles en la estructura ....................................................................... 170 1.5.6.3. Acciones adoptadas para la estructura de adobe tipo cúpula esférica ................................................................................... 174 1.6. ANÁLISIS GENERAL II: DETERMINACIÓN DE LOS MODELOS DE ELEMENTOS FINITOS .............................................................. 177 1.6.1. TIPO DE ANÁLISIS QUE SE ADOPTA .................................... 177 1.6.2. HIPÓTESIS SOBRE LOS VALORES DE LAS ACCIONES ADOPTADAS .............................................................................. 177 1.6.2.1. Hipótesis sobre los valores de las acciones adoptadas para la edificación de adobe tipo bóveda de directriz parabólica. Acciones de cálculo ............................................................... 178

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1.6.2.2.

Hipótesis sobre los valores de las acciones adoptadas para la edificación de tapial con cubierta plana .................................179 1.6.2.3. Hipótesis sobre los valores de las acciones adoptadas para la edificación de adobe con cubierta a dos aguas.......................181 1.6.2.4. Hipótesis sobre los valores de las acciones adoptadas para la edificación de adobe tipo cúpula esférica ..............................183 1.6.3. HIPÓTESIS SOBRE COMBINACIÓN DE ACCIONES ............184 1.6.4. BREVES NOTAS SOBRE EL MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS........................................................................................184 1.6.4.1. Fundamentos del Método de los Elementos Finitos...............185 1.6.4.2. Esquema de los pasos para el análisis de una estructura como continuo elástico de tres dimensiones mediante el método de elementos finitos ....................................................................187 1.6.4.3. Formulación matricial de las ecuaciones del elemento..........188 1.6.4.4. Proceso de análisis en el programa ........................................192 1.6.4.5. La interpretación de resultados y errores en el MEF .............193 1.6.4.6. Descripción del programa ANSYS ........................................194 1.6.5. APLICACIÓN DEL MEF AL ANÁLISIS ...................................198 1.6.5.1. Aplicación del MEF al análisis de la edificación de adobe tipo bóveda de directriz parabólica................................................198 1.6.5.2. Aplicación del MEF al análisis de la edificación de tapial con cubierta plana .........................................................................203 1.6.5.3. Aplicación del MEF al análisis de la edificación de adobe con cubierta de madera a dos aguas ..............................................205 1.6.5.4. Aplicación del MEF al análisis de la edificación de adobe con cubierta tipo cúpula esférica...................................................208 1.6.5.5. Ilustraciones de la aplicación del MEF: geometría y mallado213 1.7. RESULTADOS: DETERMINACIÓN DE LA RESPUESTA ESTRUCTURAL DE LOS MODELOS DE ELEMENTOS FINITOS ..............235 1.7.1. .CRITERIOS ESCOGIDOS..........................................................235 1.7.2. RESULTADOS OBTENIDOS .....................................................236 1.7.2.1. Resultados para la edificación de adobe de tipo bóveda de directriz parabólica.................................................................236 1.7.2.2. Resultados para la edificación de tapial con cubierta plana...254 1.7.2.3. Resultados para la edificación de adobe con cubierta de madera a dos aguas .............................................................................268

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1.7.2.4.

Resultados para la edificación de adobe con cubierta tipo cúpula esférica........................................................................ 285

1.8. CONCLUSIONES............................................................................ 305 1.8.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................ 305 1.8.2. CONCLUSIONES PARTICULARES PARA CADA MODELO305 1.8.2.1. Conclusiones para el modelo de la edificación de adobe tipo bóveda de directriz parabólica ............................................... 305 1.8.2.2. Conclusiones para el modelo de la edificación de tapial con cubierta plana ......................................................................... 308 1.8.2.3. Conclusiones para el modelo de la edificación de adobe con cubierta de madera a dos aguas.............................................. 311 1.8.2.4. Conclusiones para el modelo de la edificación de adobe con cubierta tipo cúpula esférica .................................................. 314 1.8.3. CONCLUSIONES GENERALES................................................ 317 1.8.4. CRITERIOS DE DISEÑO ............................................................ 320 1.8.5. FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN............................... 321 1.9. 2.

BIBLIOGRAFÍA.............................................................................. 323 PARTE II. ANEXOS A LA MEMORIA ....................................... 327

2.1. ANEXO DE CÁLCULO I: MEJORAS DE LOS MODELOS .... 327 2.1.1. VARIACIONES ESTRUCTURALES SOBRE LA ESTRUCTURA DE ADOBE CON CUBIERTA TIPO BÓVEDA DE DIRECTRIZ PARABÓLICA ............................................................................. 327 2.1.1.1. Modificación de la altura de la bóveda de la puerta .............. 327 2.1.1.2. Modificación de la directriz parabólica de la bóveda principal a directriz elíptica...................................................................... 331 2.1.2. VARIACIONES ESTRUCTURALES SOBRE LA ESTRUCTURA DE TAPIAL CON CUBIERTA TIPO PLANA DE MADERA... 334 2.1.2.1. Modificación de las propiedades de arriostramiento de la cubierta................................................................................... 334 2.2. ANEXO DE CÁLCULO II: ROTURAS EN MUROS DE CARGA337 2.2.1. Un borde rigidizado ...................................................................... 337 2.2.2. Dos bordes rigidizados.................................................................. 339 2.2.3. Tres bordes rigidizados ................................................................. 341 2.2.4. Cuatro bordes rigidizados ............................................................. 344

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2.3. ANEXO DE COSTOS......................................................................347 2.3.1. GENERALIDADES......................................................................347 2.3.2. DATOS DE PARTIDA.................................................................348 2.3.3. ANÁLISIS DE COSTES ..............................................................350 2.3.3.1. Análisis de costes para la vivienda de adobe con cubierta tipo bóveda parabólica...................................................................351 2.3.3.2. Análisis de costes para la vivienda de tapial con cubierta plana .......................................................................................352 2.3.3.3. Análisis de costes para la vivienda de adobe con cubierta de madera a dos aguas.................................................................353 2.3.3.4. Análisis de costes para la vivienda de adobe con cubierta tipo cúpula esférica........................................................................354 2.3.3.5. Comparativa de costes para la viviendas................................355 2.4. ANEXO DE DATOS DE PARTIDA ..............................................357 2.4.1. DATOS GENERALES SOCIO-ECONÓMICOS DEL PAÍS DONDE SE ENCUENTRA LA VIVIENDA DE ADOBE CON CUBIERTA TIPO BÓVEDA DE ARCO PARABÓLICO ..........357 2.4.1.1. Datos generales del país: Bolivia ...........................................357 2.4.1.2. Economía................................................................................361 2.4.1.3. Datos fundamentales del medio físico ...................................362 2.4.2. DATOS GENERALES SOCIO-ECONÓMICOS DEL PAÍS DONDE SE ENCUENTRA LA VIVIENDA DE TAPIAL CON CUBIERTA PLANA.....................................................................364 2.4.2.1. Datos generales del país: Marruecos......................................364 2.4.2.2. Economía................................................................................366 2.4.2.3. Datos fundamentales del medio físico ...................................368 2.4.2.4. Cultura social..........................................................................369 2.4.3. DATOS GENERALES SOCIO-ECONÓMICOS DEL PAÍS DONDE SE ENCUENTRA LA VIVIENDA DE ADOBE CON CUBIERTA DE MADERA A DOS AGUAS...............................370 2.4.3.1. Datos generales del país: Nicaragua.......................................370 2.4.3.2. Economía................................................................................374 2.4.3.3. Datos fundamentales del medio físico ...................................377 2.4.3.4. Cultura social..........................................................................380 2.4.4. DATOS GENERALES SOCIO-ECONÓMICOS DEL PAÍS DONDE SE ENCUENTRA LA VIVIENDA DE ADOBE CON CUBIERTA TIPO CÚPULA ESFÉRICA ....................................381

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Cálculo y Análisis de Estructuras de Adobe

2.5.

ANEXO DE SEGURIDAD E HIGIENE ....................................... 383 2.5.1.1. INTRODUCCIÓN ................................................................. 383

2.6. ANEXO SOBRE COOPERACIÓN AL DESARROLLO: VIABILIDAD GENERAL DE LAS VIVIENDAS SOCIALES Y SU INCLUSIÓN EN LOS PROYECTOS DE COOPERACIÓN AL DESARROLLO.................................................................................... 393 2.6.1.1. Proyectos de cooperación al desarrollo.................................. 393 2.6.1.2. Vivienda y Cooperación para el desarrollo............................ 396 2.6.1.3. Tecnología, tecnología habitacional y cooperación al desarrollo................................................................................ 398 2.6.1.4. Las Naciones Unidas y los Asentamientos Humanos. HABITAT .............................................................................. 400 3.

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PARTE III. ANEXO DE ESQUEMAS GRÁFICOS..................... 417

OBJETO DEL PROYECTO

1. PARTE I. MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1.

OBJETO DEL PROYECTO

Se presenta el proyecto con el título de “Cálculo y Análisis de Estructuras de Adobe” realizado por Santiago de la Torre Francia, alumno de la Escuela Universitaria Politécnica de la Universidad de Málaga, y bajo la dirección del Profesor D. Antonio González Herrera, al objeto de obtener su autor el título de Ingeniero Técnico Industrial en dicha Universidad.

1.2.

JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

1.2.1. INTRODUCCIÓN Las viviendas de adobe, así como las de tapial, fabricadas con barro sin cocer, constituyen una de las formas de construcción que tienen en la tierra su material base. Las construcciones con tierra han sido empleadas desde que el ser humano comenzó a cambiar su modo de vida de nómada a sedentaria hace mas de 5000 años. Sin embargo y aunque continúa siendo empleada, para ciertos sectores la tierra sin cocer ha pasado a ser considerada anticuada, como material y técnica constructiva, siendo sustituida por otros materiales, fundamentalmente en los sectores sociales de mayor poder adquisitivo. Los grupos sociales que han mantenido el carácter constructivo de la tierra sin cocer se caracterizan por niveles de renta en el umbral de la pobreza, o inferiores, y además especialmente en las zonas rurales. Esto es debido, entre otras razones al bajo costo de las viviendas fabricadas en tierra. El 30% del total de la población mundial vive en casas de adobe y un 19% del total lo hace en infraviviendas (chabolas, fabelas, etc) o simplemente carece de viviendas. Ocurre además que en las zonas en las que más se emplea la tierra como material constructivo en países en vías en desarrollo suelen ocurrir desastres naturales tales como terremotos y huracanes. Estos inciden en las viviendas de adobe que se convierten en trampas para la población que habita en su interior, ya que tras el desplome de los muros, los techos colapsan irremediablemente. Pero creemos que esta situación no es inevitable, aún manteniendo a la tierra como material constructivo. Un material como la tierra, con capacidad para la resistencia a compresión, que se emplea actualmente compactada para la fabricación de presas en zonas de riesgo sísmico, ofrece carencias resistentes ante las fuerzas horizontales de los sismos y vientos cuando la esbeltez de la construcción es destacada. Pero la construcción

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Cálculo y Análisis de Estructuras de Adobe

reforzada y el cumplimiento de normas adecuadas aporta garantías de seguridad a la construcción con tierra.

Ilustración 1-1: distribución actual de las zonas del mundo donde se construye con tierra sin cocer.

La sustitución de la tierra por otros materiales y técnicas que consideraríamos más actuales y eficaces para nuestra sociedad, no soluciona el problema de la vivienda para millones de personas. El encarecimiento que produciría esa sustitución sería inaceptable. Además un empleo inadecuado del hormigón armado sin el cumplimiento de las normas constructivas y de cálculo puede causar las mismas condiciones de inseguridad ante un sismo que una vivienda de adobe. Por otro lado en las sociedades tecnológicamente más avanzadas se está empezando a tomar conciencia de la necesidad del empleo de materiales con menor incidencia en nuestros ecosistemas: menor gasto energético en la puesta en obra, menor aporte de residuos, etc. Sin duda el adobe, el tapial y las construcciones con tierra en general tienen mucho que decir en este campo. A veces, y con excesiva generalidad, se ha empleado el término adobe para designar el barro sin cocer, y por extensión a las estructuras de adobe como estructuras fabricadas con este barro. Como norma general en este proyecto, y como viene aceptándose en las publicaciones acreditadas, se entenderá como estructura de adobe a una de las técnicas existentes de construcción con tierra. La técnica de adobe es en cierto grado similar a la técnica de tapial, otra de las técnicas de construcción con tierra. Esta similitud se justifica en el apartado 1.2.2. Por esta similitud y con el fin de ampliar los objetivos de este proyecto se incluye en el mismo el análisis de una estructura de tapial junto con las tres estructuras de adobe que también se analizan. 2

JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

En este proyecto se entenderá como construcciones con tierra a aquellas en las que el elemento principal, o uno de los principales que se emplean en su realización, es un aglomerado o mezcla preparada en proporciones determinadas de componentes minerales (áridos) con distintos grosores (piedras menudas, gravas, arenas, ...) cohesionados mediante arcilla, que actúa como aglomerante hidráulico, y que denominaremos hormigón de tierra1 y al que se le asignan propiedades resistentes estructurales en dicha construcción. Aunque en la clasificación general de construcciones con tierra se incluyen también a aquellas construcciones que emplean a la tierra como material pero sin asignarles propiedades resistentes. El presente proyecto se ha organizado en tres partes: una primera formada por la memoria descriptiva, en la que se describen los cálculos realizados y resultados además de una amplia introducción previa. Una segunda parte constituida por los anexos a la memoria descriptiva Y una tercera formada por anexos de planos esquemáticos. Se han considerado los siguientes puntos en la elaboración de la memoria descriptiva: por una parte, la presentación del objeto del proyecto y su justificación, así como la enumeración de los objetivos buscados y la metodología seguida para alcanzarlos, englobados estos dos últimos apartados en lo que se ha denominado particularidades del proyecto. De otro lado, para la amplia introducción anteriormente comentada y que hemos situado en el apartado denominado generalidades del proyecto, se desarrollan distintos temas que con carácter informativo pretenden facilitar la comprensión del proyecto. Son aspectos de las construcciones con tierra, adobe y tapial, tales como propiedades del material, técnicas constructivas y notas históricas, además de distintas ideas sobre las acciones horizontales, viento y terremotos, en las que se centra el presente estudio y su actuación sobre las edificaciones en general y en las edificaciones de tierra en particular. Finalizando este apartado sobre generalidades del proyecto con la exposición de breves notas sobre el método de los elementos finitos destacando su relación con el método matricial de cálculo de estructuras. Llegados a este punto se procede a la descripción del análisis estructural de las edificaciones del presente estudio según la metodología descrita en el apartado sobre particularidades del proyecto. Este análisis se ha dividido en dos: Análisis General I para describir las características generales de los sistemas estructurales que se estudian. Y Análisis General II para el cálculo mediante el Método de Elementos Finitos en el que se describe sucintamente la creación de los modelos en función de

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Denominación que puede encontrarse en varios textos: desde el libro de Bardou y Arzoumanian hasta la Enciclopedia Larousse, Ed planeta edición de 1971.

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Cálculo y Análisis de Estructuras de Adobe

las características estructurales y las hipótesis de las combinaciones de acciones. Se concluye este apartado con una breve descripción del Método de los Elementos Finitos. Se exponen entonces los resultados mediante “mapas” de las magnitudes que se han considerado significativas sobre la deformada de las estructuras: Tensión Equivalente de Von Mises y Tensión Principal Primera, entre otras, y gráficas de los valores de las magnitudes destacables en zonas que se han considerado representativas para entender el comportamiento estructural, empleándose la herramienta denominada “Paths” del programa ANSYS. Se estudian mediante esta herramienta los muros que actúan como muros de cargas o de cortante, así como partes de la cubierta que se encuentran fabricadas en adobe en ciertas estructuras. Tras el apartado de resultados en el que se aprecia la respuesta estructural de los modelos se procede a la interpretación y enumeración de conclusiones que por cada modelo, por una parte, y en comparación entre ellos, por otra, se han destacado como relevantes. Así mismo se presentan futuras líneas de trabajo a desarrollar en relación al asunto de este proyecto. Para completar la memoria y facilitar la compresión del proyecto, pero por supuesto con una importancia secundaria, se aportan los anexos a la memoria entre los que se encuentran los planos esquemáticos. Los anexos a la memoria se han dispuesto según dos partes. La primera parte se subdivide a su vez en seis puntos: el primero se ha destinado a las comprobaciones que para la mejora del comportamiento de algunas estructuras se consiguen al variar ciertos detalles estructurales. El segundo punto recopila los modelos y deducciones que para muros solicitados por el peso propio y acciones horizontales perpendiculares al plano que los contiene se han obtenido según las diferentes condiciones de contorno. Estos dos primeros puntos se han denominado como anexos a los cálculos, ya que completan y ayudan a entender los cálculos y análisis principales. Un tercer punto contiene un estudio breve y aproximado de costos. Esto es importante en estas estructuras que tienen una vocación social. El cuarto apartado está en relación con el anterior: dado que este trabajo aborda estructuras desarrolladas en países en vías de desarrollo y cuya realización se encuentra justificada en la realidad de estos países, se incluyen aspectos económicosociales de los países donde se han realizado estas estructuras. Son datos relevantes de la realidad social, económica e histórica de los países y de las comunidades en las que se encuentran las edificaciones. El quinto punto contiene resumidamente la recopilación ordenada de riesgos en la construcción de obras de adobe. Y el sexto punto ofrece brevemente los temas que sobre cooperación al desarrollo y viviendas de adobe se han considerado destacados. La segunda parte de los anexos (que es a su vez Tercera Parte del conjunto del proyecto) la constituyen los esquemas gráficos,

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JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

elaborados como planos esquemáticos de las estructuras para la mejor comprensión de las mismas 1.2.2. JUSTIFICACIÓN Como justificación al proyecto queremos destacar que: o La tierra como material constructivo es el más abundante y de costo más reducido, ofreciendo grandes potencialidades para países en vías de desarrollo y poblaciones de bajos recursos, además de favorecer la autoconstrucción y autogestión. Su empleo es muy extendido en todos los continentes y prolongado en el tiempo, y va unido al cambio de la forma de vida nómada a sedentaria a lo largo de la historia de la humanidad (ver apartado 1.4.2.2), llegando hasta nuestros días testimonios que encontramos en multitud de países como Marruecos, Mali, Perú, Bolivia, Nicaragua, España, Francia y un largo etcétera. o Son las modas y una valoración descuidada de las características del material frente a la acción sísmica y la humedad, y condiciones de diseño, entre otros aspectos, lo que convierte al hormigón de tierra en una realidad tercermundista en vez de una elección sopesada en busca de una solución óptima al problema de la vivienda.

Ilustración 1-2: dos vistas parciales de la Casa de la Cultura en la barriada La Florida en Santiago de Chile. Fabricadas en adobe con cerchas de madera. Pueden apreciarse claramente los contrafuertes.

Este proyecto encuentra su marco justificativo en los siguientes aspectos técnicos, sociales y económicos: Técnicamente •

En cuanto al material estructural

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Cálculo y Análisis de Estructuras de Adobe

El suelo, considerado con fines constructivos, como la franja de la tierra que excluye la capa vegetal superficial, constituida por material no consolidado resultado de la transformación química de rocas y la migración de sustancias, es un material con su propia tecnología, formas arquitectónicas y tipología estructural. Su correcto uso permite la construcción de estructuras con calidad suficiente, tal y como queda demostrado en ciertas construcciones actuales (ver Ilustración 1-2): o Casa de la cultura de la municipalidad de la Florida, Santiago de Chile o El conjunto de viviendas que bajo el nombre de “Le Domaine de la Terre”, y que como experiencia piloto se han realizado en Francia, en L´isle D´Abeau son la prueba evidente de que no existen materiales buenos o malos, sino adecuados, sobre la base de sus propiedades, al resultado técnico que se aspira. El adobe presenta ventajas que deben ser aprovechadas y desventajas que deben considerarse cuidadosamente. Entre las ventajas de las construcciones con tierra destacan: o Simplicidad de ejecución o Economía o Aislamiento térmico y acústico o Producción sin consumo de energía Y entre los inconvenientes de las construcciones con tierra: o Durabilidad o Fragilidad ante desastres naturales (en particular terremotos) o Poca efectividad del material o Baja aceptación social Las dos debilidades más destacables de este material son: la baja resistencia a las acciones laterales, y la degradación de sus propiedades mecánicas por la humedad. Este proyecto se centra en aspectos de la baja resistencia a las acciones laterales. Podemos afirmar que para hacer frente a las acciones verticales las estructuras que emplean adobe necesitan un diseño adecuado y para hacer frente a las acciones horizontales es preciso además el empleo de refuerzos adecuados. •

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En cuanto a su carácter tecnológico: La Organización de las Naciones Unidas ha querido establecer formalmente el problema de la vivienda y alojamiento en los países llamados en vías de desarrollo desde la celebración de la conferencia Hábitat sobre Asentamientos Humanos en Vancouver (1976). Planteado el

JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

problema de la búsqueda de políticas y soluciones adecuadas, continúa el trabajo con mayor o menor acierto, replanteándose el problema inicial en una búsqueda ajustada lo más posible a la realidad. Es sin duda un proceso lento para tantas y tan acuciantes necesidades englobadas en un factor estratégico del desarrollo de las comunidades y los países como es la vivienda y el alojamiento, pero que perdura, al menos, bajo un respaldo oficial dado por cientos de naciones, aunque adoleciendo de políticas adecuadas.

Ilustración 1-3: dos de las viviendas del conjunto “Le Domaine de la Terre” en las cercanías de Lyon, Francia. Las dos son viviendas de tapial. En el plano se señala la situación de las mismas.

Este planteamiento oficial produce una consiguiente adecuación de conceptos y términos, tales como el de tecnología apropiada, aplicable al problema de la vivienda. La tecnología apropiada contempla, según las Naciones Unidas y otros autores, aspectos como: o el desarrollo de recursos locales o la mano de obra local, la autosuficiencia o la reducción de desigualdades o reforzamiento de las tecnologías tradicionales frente a otras soluciones tecnológicas de tipo industrializadas basadas en elementos prefabricados, por ejemplo, o materiales y técnicas importadas. Por otro lado los problemas fundamentales para una tecnología que quiere ser apropiada o adecuada son:

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Cálculo y Análisis de Estructuras de Adobe

o no se conforma con ser un componente de la producción sino debe asegurarse que se adecua a la sociedad, economía y necesidades a satisfacer o no llega a conocerse su validez hasta que se han cumplido todas las expectativas tan exigentes y necesarias, y que están en total relación con la sociedad y la economía en la que se desarrolla. Es necesaria pues una revisión crítica continua. o no es compatible con la importación tecnológica entendida como la aplicación de la tecnología de los países desarrollados en los países en vías desarrollados que implica bastantes condicionantes y limitaciones para el país comprador-receptor y contrapartidas para los exportadores Tecnología y conocimiento son un binomio inseparable, de forma que cuanto más asentado se encuentra el conocimiento tecnológico, más sencillo es el desarrollo de la tecnología. Así, por ejemplo, para que la construcción con tierra se valore en su justa medida es necesario un cuerpo de conocimientos elaborado (ensayos, normas, etc.) que permita una difusión adecuada y lógica como en cualquier tecnología. Nos encontramos así con otro factor estratégico fundamental del desarrollo: la educación. Y ambas, educación y tecnología, relacionadas con el factor organizativo (social, cultural, político, económico, etc.). La tecnología moderna ha dedicado grandes esfuerzos a las técnicas de nuevos materiales. Pero no se ha establecido en la misma forma un esfuerzo suficiente para el control y solución de las deficiencias de los materiales primitivos o naturales. Sin embargo a la luz de los datos se percibe con claridad que las desventajas son superables. Una estrategia postulada para el desarrollo de la construcción con tierra consta como mínimo de tres puntos: o Investigación de las propiedades del material o Promoción de la información para competir con los materiales de uso en el mercado o Selección por criterios de comparación de resultados y costo, diseño, construcción y uso. •

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En cuanto a su resistencia ante los terremotos y esfuerzos horizontales: Reconociendo la dificultad de adecuación de las estructuras de adobe y tapial a los requerimientos de la acciones horizontales creemos como otros autores en las posibilidades de mejora.

JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

Según el profesor Vargas Neuman dos ideas son principales: o Mejorar la resistencia del material. o Mejorar las condiciones estructurales: limitando la altura, empleando sobrecimientos, limitando las luces laterales, rigidizando y empleando refuerzos en las zonas delicadas de las estructuras como por ejemplo las esquinas. A pesar de que las estructuras de adobe en varias regiones andinas con tendencia a los movimientos sísmicos están prohibidas o no se recomiendan, la población sigue usando la tierra como material de construcción. Las viviendas de tierra han pasado a ser las viviendas de cierto sector marginal, sin recursos y que construyen fuera del sector oficial. Entonces, por esta misma marginación se construye en adobe sin los debidos cuidados para soportar las acciones laterales. Se desaprovecha, en realidad, el adobe para su uso en la construcción. Y esto podemos afirmarlo ya que las últimas investigaciones indican que la construcción con tierra es válida para regiones con sismos o vientos fuertes siempre que se cumplan una serie de requisitos técnicos. Por otro lado, y en cuanto al viento, son relevantes los aspectos que tienen que ver con la sujeción de elementos de cubierta para lo cual se dispone también de soluciones técnicas apropiadas. Las viviendas de adobe, sin preparar adecuadamente, ofrecen una resistencia bastante baja a esfuerzos horizontales por lo que son auténticas trampas para las poblaciones que buscan cobijo en ellas para hacer frente a los sismos y huracanes. El mayor número de pérdidas de vidas y daños materiales ocasionados en terremotos se produce en las viviendas rústicas de lo que se conoce como tercer mundo. Ocurre que para las zonas de mayor peligrosidad sísmica del globo los países se pueden clasificar en dos grandes grupos: o Países en vías de desarrollo con tecnologías de muy baja calidad, en particular con baja tecnología antisísmica. o Países con alto desarrollo y tecnologías en general de alta calidad, y en particular con alta tecnología antisísmica. La transferencia tecnológica entre estos dos grupos de países es imposible por las diferencias económicas y de técnicas empleadas. Los países en vías de desarrollo no disponen de recursos que dedicar a investigación, en particular en diseño sismorresistente o a la difusión y educación de sus gentes que suelen emplear la autoconstrucción sobre todo en las zonas rurales

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Cálculo y Análisis de Estructuras de Adobe

Todas las estructuras que se consideran en este proyecto no disponen de elementos de refuerzo, de forma que al conocer el comportamiento sísmico de estas viviendas de adobe nos permite ubicar las zonas críticas que deberán reforzarse. •

En cuanto al empleo de la herramienta de cálculo: La consideración de las estructuras de adobe en sus variantes de adobe, propiamente dicho, y tapial, como un continuo tridimensional, isotrópico, homogéneo, unido a la falta de simetría de los problemas en estudio con los objetivos que se proponen en este proyecto, determinan el empleo del método de los elementos finitos para el estudio estático y lineal de la estructura. Además para el estudio avanzado de las estructuras de tierra, mediante el análisis dinámico, se recomiendan estudios previos estáticos para determinar el comportamiento básico de la estructura y las posibles y principales zonas de rotura. La dificultad del problema, sin poder aplicar simplificaciones que parezcan correctas y con un cierto grado de fiabilidad, y las posibilidades de los computadores actuales parecen reclamar el uso de la discretización del Método de los Elementos Finitos como método de resolución. Sobre las ventajas que ofrece ANSYS nos remitimos al apartado 1.6.4.6, destacando brevemente: o gran cantidad de herramientas y funciones o facilidad de uso

Social y económicamente: Consideramos conveniente llamar la atención sobre los artículos primero y segundo de la Declaración Universal de los Derechos Humanos, por su sentido general, y recordar parte de los artículos veinticinco y veintiséis, que se reproducen a continuación parcialmente, para destacar ideas básicas, por su carácter particular: “Art. 25. I. Toda persona tiene derecho a un nivel de vida adecuado que le asegure, así como a su familia, la salud y el bienestar, y en especial la alimentación, el vestido, la vivienda, la asistencia médica y los servicios sociales necesarios; ...” “Art. 26: Toda persona tiene derecho a la educación ...” No queremos llamar la atención sobre la Declaración Universal de los Derechos Humanos para denunciar lo lejos que estamos de su cumplimiento, casi como lo estábamos cuando se firmó, sino para subrayar su carácter de herramienta para reflexionar frente a la marginación.

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JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

Más de mil quinientos millones de seres se alojan en construcciones de tierra. Frente a los cien millones de seres humanos que no tienen donde vivir. Y más de mil millones viven en chabolas, favelas, etc. Con una población mundial que ronda los 6.000 millones de almas los porcentajes se configuran así:

Ilustración 1-4: porcentajes de distribución de la población mundial en diferentes viviendas: 25% en viviendas de adobe con o sin garantías resistentes, 17% en infraviviendas, 2% sin viviendas, 56% resto del población.

Las cifras de población que en todo el mundo viven en casas hechas de adobe ascienden aproximadamente al 30% del total mundial, que siempre vivirán mas confortablemente que los más de 1.000 millones de personas que carecen de vivienda o viven en refugios provisionales. Sólo en América Latina 130 millones de personas se encuentran alojadas en infraviviendas. Un porcentaje del 56% del resto de población que viven en otros tipos de vivienda tampoco debería considerarse muy afortunado, en términos generales. Basta recordar los efectos producidos por sismos sobre estructuras de hormigón armado construidas con baja calidad en Turquía u otros países, los efectos de los tornados en zonas de los Estados Unidos o la actitud de ciertos empresarios relacionados con el sector de la construcción en tantos paises que se amparan en un sistema judicial lento que se saturaría en caso de demandas por catástrofes (o al menos así creen ellos) para no poner el debido cuidado en el cálculo y en particular en el cálculo antisísmico, o en la calidad de los materiales. La falta de políticas adecuadas a la que nos referimos anteriormente tiene que ver con la falta de realismo y compromiso que impide una intervención efectiva, de calidad, con garantías para afrontar el problema: En América latina 140 millones de personas que ganan, en promedio, menos de 80$/mes y que se encuentran por tanto por debajo del umbral de la

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Cálculo y Análisis de Estructuras de Adobe

pobreza no alcanzan para pagar la mayoría de las promociones de vivienda mínima o social que realizan instituciones como el Banco Mundial, PNUD, HABITAT, etc. Esta situación es generalizada en el resto de países en vías de desarrollo y genera el denominado sector informal o no oficial. Se entiende como sector informal al sector no estructurado o normalizado y asociado a la autoconstrucción. El sector informal representa cada vez más la práctica totalidad de las viviendas realizadas tanto en las urbes de más de 20.000 habitantes como en los medios rurales. Teniendo en cuenta en referencia a las políticas de vivienda que: o con carácter general, y para las zonas periféricas y chabolistas de las grandes urbes, se crean muchas veces viviendas inaccesibles para la mayoría como “solución” a los problemas de vivienda, no por falta de intención de los promotores gubernamentales sino como intento último ante la equivocada creencia de falta de opciones más baratas (esto nos remite a la cuestión del desarrollo tecnológico y su difusión antes mencionada). o y con carácter particular, para las zonas rurales, es más bien la falta de políticas para el medio rural la que genera la baja calidad constructiva de las edificaciones con tierra que siempre se han encontrado y se encuentran en el sector informal en su amplia mayoría. Se puede afirmar que la necesidad de vivienda es pues abrumadora y creciente. En palabras del Dr. Ingeniero Industrial Julián Salas se trata de verdadera hambre de vivienda. Pero las construcciones con tierra no son una mera salida y último recurso no formal al problema de la vivienda: según Naciones Unidas la oferta oficial (no informal) de viviendas de tierra es superior al medio millón por año distribuidas entre las 200.000 en Latinoamérica, 200.000 en África y 100.000 en Asia. En los países desarrollados la vivienda de bajo o muy bajo costo es un 15% más barata que el promedio. En los países en vías de desarrollo es un 90% más barata. Se puede decir pues que las viviendas de tierra autoconstruida y autogestionada es una vivienda sin costo. La repercusión de los materiales en los costes en las viviendas de los países en vías de desarrollo es proporcionalmente muy superior a la de los países desarrollados: del 30 al 40% frente al 10 a 15%, respectivamente. El precio de la tierra es además estable frente al de otros materiales de construcción. Así, la tierra es el material al que puede aspirar una franja de la población con ingresos no estables e inferiores a la media.

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JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

Se puede decir que las soluciones a base de tierra son competitivas y viables. Destacando en el plano social y económico: o Escasa inversión en equipos o Bajo consumo energético en su fabricación (como mínimo un consumo del orden de 1/3 más pequeño que una de hormigón) o Empleo intensivo de mano de obra

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Cálculo y Análisis de Estructuras de Adobe

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PARTICULARIDADES DEL PROYECTO

1.3.

PARTICULARIDADES DEL PROYECTO

Hemos considerado como aspectos particulares del proyecto aquellos que hacen referencia a los objetivos del proyecto y a la metodología seguida para conseguirlos. 1.3.1. OBJETIVOS Los objetivos específicos del proyecto son cuatro, siendo principal el primero de todos ellos y los demás secundarios:

Ilustración 1-5: distintas perspectivas de las cuatro tipologías estructurales que se estudian en este proyecto.

•

Primer objetivo: análisis estructural Destacando, como aspecto fundamental de las estructuras de adobe, la adecuación de la tipología estructural al material que se emplea, se plantea como objetivo principal la determinación de la respuesta estructural de cuatro tipologías estructurales (ver Ilustración 1-5) que tienen en el adobe a su denominador común y material constructivo básico, sometidas a la acción sísmica y del viento, fuerzas laterales, a fin de:

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Cálculo y Análisis de Estructuras de Adobe

o determinar la tipología estructural más adecuada a las acciones laterales u horizontales frente a las que el adobe ofrece baja resistencia o además se pretende conocer hasta que punto la mejora de los materiales influye en la respuesta estructural de cada tipología estudiada o al mismo tiempo determinar el grado de seguridad estructural de cada vivienda, haciendo uso de los coeficientes de seguridad adecuados (mayoración de acciones y minoración de resistencias) o comprobar la efectividad de mejoras en el diseño en ciertas estructuras así como la fiabilidad de los modelos. •

Segundo objetivo: análisis de costo Teniendo en cuenta la necesaria adecuación de estas estructuras y el material constructivo a las sociedades donde se encuentran y el nivel económico de los grupos sociales a los que se dirigen, se pretende determinar una estimación de costos. •

Tercer objetivo: adecuación a la cooperación para el desarrollo Se pretende analizar la conveniencia y adecuación de las viviendas de interés social, entre las que se encuentran las viviendas analizadas en el presente proyecto para la cooperación al desarrollo. •

Cuarto objetivo: seguridad e higiene Teniendo en cuenta la realidad socio-laboral de los colectivos que construyen y habitan estas viviendas y el espíritu de la ley de prevención de riesgos laborales no sólo en España sino en Europa y el resto del mundo, así como las directrices de la OIT se pretende llamar la atención brevemente sobre la Seguridad e Higiene en el trabajo de construcción en una estructura con tierra. 1.3.2. METODOLOGÍA Para alcanzar los objetivos propuestos se seguirá la siguiente metodología para cada uno de los objetivos: 1.3.2.1.

Metodología general para el análisis estructural

Para alcanzar este primer objetivo se han establecido dos pasos que consideramos lógicos: o Análisis de cada estructura

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PARTICULARIDADES DEL PROYECTO

o Análisis comparativo de todas las estructuras en función de los datos del punto anterior Para el primer paso consideramos las siguientes etapas para cada tipología de vivienda: Análisis estructural cualitativo basado en consideraciones de diseño básicas de un lado. Cálculo y Análisis mediante el método de los Elementos Finitos. Análisis crítico de los resultados que aporta el cálculo del estado tensional mediante el método de los elementos finitos. Permitiéndonos una comprensión más acertada del comportamiento de las estructuras y aportando datos en un método de análisis elástico lineal para estructuras de albañilería en la vertiente representada por la tierra cruda. Desarrollando estas etapas en sus apartados: Primero. Descripción: Se efectúa la descripción del rango posible de valores de las propiedades de los materiales (módulo de Young, densidad, tensiones de rotura...), coeficientes de seguridad y acciones que se van a emplear a todas las edificaciones de forma común para facilitar el posterior análisis comparativo entre sistemas estructurales. La determinación de las propiedades del material tendrá en cuenta las distintas metodologías de los procesos de fabricación del adobe, así como los límites que los valores de las distintas propiedades pueden obtener, estimando dentro de estos límites unos valores apropiados. Descripción de las edificaciones y valoración de los criterios de diseño, así como una aproximación a las acciones de cálculo. Se establecen a priori las características positivas de su diseño, así como sus carencias, si las hubiere. Segundo. Cálculo mediante el M.E.F: Esta etapa se corresponde con el apartado 1.5.3. Se calculan las estructuras mediante el método de los elementos finitos de las estructuras analizadas en el punto primero de la presente metodología. Se aplica un procedimiento que consta de seis apartados: a. Partiendo del rango de valores característicos de los materiales, que se establecieron en la primera etapa, se determinan las hipótesis de combinación entre los valores del módulo de Young, coeficiente de Poisson y densidad, de los posibles materiales. Estos valores se introducirán como parámetros en el programa en cada hipótesis. En

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Cálculo y Análisis de Estructuras de Adobe

b.

c.

d. e.

f.

g.

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particular combinamos tres distintos valores del módulo de Young para el adobe con valores invariables de la densidad y coeficiente de Poisson. Criterio de rotura: establecido a partir de los datos de las características del material del apartado a. De esta manera se establecen los límites para determinar las regiones de la estructura que pueden presentar rotura. En particular los límites de rotura están en función de los distintos valores del módulo de Young Simulación de la estructura: a través de un modelo de elementos finitos de tres dimensiones, donde no se tendrán en cuenta determinados fenómenos como: la capacidad de rotación entre el suelo y las paredes, el grado de rigidez en las conexiones entre paredes intersecadas, la influencia de los envigados de las cubiertas... Pero sí, entre otros aspectos, se modeliza: El arriostramiento de las vigas de coronación El efecto de los dinteles sobre los vanos El efecto de la rigidización del sobrecimiento y cimiento. Se emplea el elemento SOLID92 del programa con un tamaño de referencia igual para todas las estructuras de 0,19m. Partiendo de la determinación de las acciones del punto primero se establecen las posibles hipótesis de combinación de cargas. Teniendo presente que cada elección y combinación de acciones tanto verticales y peso propio, como horizontales, esto es acciones sísmicas y eólicas equivalentes, respectivamente, se estudian para unos valores dados de las propiedades de los materiales (representativos de posibles valores característicos del adobe o el tapial y de los materiales de cimentación y sobrecimentación) establecidos en el punto a, se dispondrán las combinaciones entre hipótesis de propiedades de materiales e hipótesis de acciones en este apartado del proceso. De esta manera, las combinaciones entre material y acciones nos llevará a repetir los siguientes últimos puntos las veces necesarias: Análisis mediante el Método de los Elementos Finitos haciendo uso de los datos de los apartados anteriores. Se ejecuta el análisis estático lineal obteniéndose la respuesta solución del modelo ante las acciones. Se elige el caso de carga más desfavorable que será el que produzca una mayor energía de deformación. Es de esperar que el caso de carga más desfavorable será el mismo para las distintas combinaciones de valores de las propiedades de los adobes de una misma estructura. Se toman los valores de tensiones equivalentes máximas de las estructuras y su ubicación.

PARTICULARIDADES DEL PROYECTO

h. Se eligen zonas representativas de la estructura, analizándose los valores de las magnitudes apropiadas. Tercero: Se comparan los criterios de diseño establecidos en el punto primero con los resultados del modelo de elementos finitos. Es de esperar, por ejemplo, que los valores de tensión más elevados se produzcan en las zonas que se hayan estimado de importancia para la estructura dentro de los criterios de diseño. Esto permite aclarar en parte lo apropiado , o no, del modelo. En base a estos criterios de diseño y a los resultados del cálculo se establecen las posibles acciones para la mejora de la estabilidad de la estructura, si fuese necesario. Además de comparar entre las distintas estructuras los valores que se estimen oportunos. 1.3.2.2.

Metodología general del objetivo segundo del proyecto

Partiendo de unos valores considerados de referencia para el costo por unidad de volumen de estructura de tierra construida y teniendo en cuenta los resultados de la eficiencia del comportamiento estructural y la calidad del adobe establecemos una comparativa de costos de las estructuras. 1.3.2.3.

Metodología general del objetivo tercero del proyecto

Partiendo de un breve resumen sobre los proyectos de cooperación al desarrollo y los elementos básicos en la gestión de dichos proyectos según el método del Enfoque del Marco Lógico, se enumeran los objetivos globales que se consideran fundamentales para planificar la construcción de viviendas en dichos proyectos de cooperación. Además se aportan datos relevantes en materia de cooperación y tecnología habitacional, junto con datos sobre la conferencia de Estambul sobre Asentamientos Humanos de la ONU (Hábitat II). 1.3.2.4.

Metodología general del objetivo cuarto del proyecto

Una vez expuestos los datos que consideramos justifican la importancia de la Seguridad e Higiene para proyectos de cooperación de viviendas de interés social y reconociendo la falta de datos concretos para estudios más detallados, se enumeran riesgos relevantes de una obra bajo hipótesis muy genéricas y aportando una documentación fotográfica relevante Se ha elegido una situación genérica y abierta en este estudio para que muchos de los resultados sean extrapolables.

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1.3.3. NORMATIVAS CONSIDERADAS Aunque el objetivo del presente proyecto no es la construcción de las tipologías de estructuras analizadas, encontrándose todas ellas ya edificadas mediante criterios técnicos o de tradición particulares, se han considerado de referencia aunque no de obligado cumplimiento las siguientes normas, a efectos de la disposición de criterios de seguridad y obtención de valores de las magnitudes fundamentales y relevantes: o [NR-1]. Norma boliviana para construcciones con tierra: Laka´uta. o [NR-2]. Norma peruana Nte E.080. o [NR-3]. Bases para el diseño y construcción con tapial. (Propuesta de código de buena práctica). o [NR-4]. Norma Básica de la Edificación AE-88, Acciones en la Edificación. o [NR-5]. NCSE-94, Norma de Construcción Sismorresistente. o [NR-6]. EHE, Instrucción de Hormigón Estructural. En aquellos aspectos en que las distintas normativas pudieran establecer criterios divergentes entre sí, se ha optado por los criterios más restrictivos. Por último subrayar que se ha acentuado el aspecto funcional en la consulta de las normativas que no guardan relación con el adobe en detrimento de una lectura en orden al cumplimiento exhaustivo de las mismas que no tendría sentido.

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GENERALIDADES DEL PROYECTO

1.4.

GENERALIDADES DEL PROYECTO

1.4.1. INTRODUCCIÓN 1.4.2. GENERALIDADES 1.4.2.1.

Síntesis de las técnicas de construcciones con tierra resistente

Se considera en este proyecto el término construcciones con tierra en el sentido ya comentado en al apartado 1.2.1.Y como técnicas de construcción con tierra resistente se entenderá en el contexto de este trabajo al conjunto de conocimientos y procedimientos que emplean en las construcciones con tierra resistente. 1.4.2.1.1.

Propiedades del hormigón de tierra

El hormigón de tierra es pues un material compuesto que se ha venido denominando de forma muy variada según las técnicas constructivas en las que se haya empleado, o de forma genérica y poco precisa como barro o tierra. Sin duda que estos dos últimos términos pueden resultar adecuados en condiciones de uso del material poco cuidadosas, pero el estado de conocimiento en la actualidad es ya suficiente como para que optimizando las variables de la mezcla y su puesta en obra según la técnica constructiva empleada se obtenga un material para edificaciones con un comportamiento aceptable. El hormigón de tierra se forma de la selección y adecuación de los suelos, la regulación de su humedad según la técnica constructiva de su puesta en obra y su posterior curado. Por suelo, desde el punto de vista constructivo, se entiende al conjunto de partículas sólidas inorgánicas, junto con aire y agua, que con proporciones, propiedades y organización variada se encuentran en la corteza terrestre, excluida la capa vegetal superficial, y se forman por la disgregación mecánica de las rocas del sustrato, la meteorización química de los materiales disgregados y la acción de los seres vivos. Se excluye de lo que se entiende suelo en este proyecto las rocas y los depósitos sedimentarios altamente cimentados. Las partículas sólidas se denominan también como granos y constituyen la fracción sólida. Los granos se clasifican de forma genérica atendiendo a su tamaño como gruesos y finos. La constitución mineralógica varía para los granos gruesos y los finos. En los granos gruesos predominan los silicatos, micas, óxidos y carbonatos. En los granos finos, nombrados genéricamente como arcillas y que son el resultado último de la meteorización química, se dan tres tipos de estructuras reticulares de Escuela Universitaria Politécnica, Universidad de Málaga

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dichos compuestos meteorizados: caolinitas (muy estables), montmorilonitas (inestables y expansivas) e ilitas (inestables pero menos expansivas que las montmorilonitas). Entre las reacciones químicas caben destacar la oxidación, hidratación y carbonatación producidas por el agua y aceleradas por la temperatura. Y los compuestos químicos que se pueden encontrar en distintos porcentajes en los suelos y los hormigones de tierra son: Sílice (Si O2), óxido de Hierro (Fe2 O3), óxido de Titanio (Ti O2), óxido de Aluminio (Al2 O3), óxido de Magnesio (Mg O), óxido de Calcio (Ca O), óxido de Sodio (Na2 O3) y óxido de Potasio (K2 O). Predominando la Sílice de forma destacada respecto a los otros compuestos. Todas las propiedades y composición de los suelos son extensivas para los hormigones de tierra que a grandes rasgos podemos decir que se distinguen de los suelos, a partir de los que se forman, por la regulación en las proporciones de sus componentes. 1.4.2.1.1.1.

Proporción de los componentes

En el hormigón de tierra se encuentran los estados sólido, constituido por los materiales minerales, líquido, constituido por agua con sales disueltas y gaseoso constituido por el aire intersticial, de forma similar a los suelos. En orden a su granulometría, las partículas que componen los hormigones de tierra y los suelos se pueden clasificar según la clasificación internacional de partículas de suelos como: PARTÍCULAS

TAMAÑO

Gravas

20mm > φ ≥ 2mm

Arenas gruesas

2mm > φ ≥ 0,2mm

Arenas finas

0,2mm > φ ≥ 0,02mm

Limos

0,02mm > φ ≥ 0,002mm

Arcillas

0,002mm > φ > 0,0002mm

Coloides

0,0002mm > φ

Tabla 1: clasificación granulométrica de los componentes sólidos de suelos y hormigones de tierra según la clasificación internacional de partículas de suelos.

Las distintas proporciones de estos componentes junto con otras propiedades, definen los distintos hormigones de tierra al igual que los tipos de suelos, y en particular aquellos suelos que encontrándose más o menos cerca del lugar de la edificación se emplearán para fabricar el hormigón de tierra. La representación gráfica de la relación entre el tanto por ciento en peso del material según sus diámetros en

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GENERALIDADES DEL PROYECTO

escala natural y el diámetro de cada tamiz en escala logarítmica constituye la curva granulométrica. Las proporciones de las distintas partículas conviene que sigan los límites dados por la Tabla 2 para considerar que un material terreo dado es apto para ser considerado como un hormigón de tierra. COMPONENTE DEL SUELO

MÁXIMA

PROPORCIÓN EN TANTO POR CIENTO MÍNIMA RECOMENDADA

Grava

26

3

8

Arena gruesa

28

15

22

Arena fina

41

20

30

Limo

40

16

22

Arcilla

19

6

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Tabla 2: límites recomendados para la composición de los hormigones de tierra.

La tolerancia que se permite en las proporciones es de dos tipos. Una, que se aprecia para los valores máximos y mínimos en la Tabla 2 es amplia. La otra, relacionada con los valores óptimos recomendados para la estabilización (ver apartado 1.4.2.1.1.5), es más pequeña. En cualquier caso, y siempre que sea posible, deberán hacerse pruebas o ensayos de las propiedades resistentes que nos interesen para cada hormigón de tierra una vez que se haya realizado la mezcla en la proporción considerada.

Ilustración 1-6: aproximación de las curvas granulométricas límites de optimización y curva ideal para adobe y tapial.

En cualquier caso cada fracción tiene sus propiedades: el grano grueso, formado por la grava y la arena gruesa, es el más resistente, la arena fina aumenta el rozamiento, el limo y la arcilla actúan como aglomerantes. Un exceso en algunas de

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las proporciones de alguno o varios de los componentes debilita al conjunto. Esto se entiende si se tiene en cuenta las propiedades de consistencia y cohesión de los productos térreos. Para todas las proporciones que pueden encontrarse en los hormigones de tierra se recomiendan dos límites fundamentales, de manera que su cumplimiento optimiza el comportamiento para el uso como material en edificaciones: Porcentaje máximo de arcilla

19%.

Porcentaje mínimo de arena

35%.

Tabla 3: Porcentajes límites de arenas y arcillas en hormigones de tierra

Para el resto de componentes y conociendo que la resistencia mecánica del hormigón de tierra, es directamente proporcional a la compacidad del material, deberán establecerse las proporciones de forma que el peso específico alcance su máximo posible (de 1900 kg/m³ a 2300 kg/m³) y por tanto una distribución granulométrica heterogénea y adecuadamente graduada sería deseable. El peso específico es el cociente entre el peso total, suma de los pesos de la fracción sólida y la fracción líquida y el volumen total suma de los volúmenes de la fracción sólida, la fracción líquida y la fracción de aire. γ =

Psólidos + Pagua Ptotal = Vtotal Vsólidos + Vagua + Vaire

Aunque el peso específico no es el único factor para conseguir una resistencia óptima del hormigón de tierra (ver apartado 1.4.2.1.1.3), sí es ésta una característica de los hormigones de tierra que no se da en los suelos, en los que las propiedades mecánicas no dependen significativamente de la distribución granulometría, influyendo en los suelos finos, por ejemplo, más su historia geológica y estructuración. Podemos resumir afirmando que en realidad casi cualquier suelo es apto para la elaboración del hormigón de tierra. Las tolerancias en las proporciones de sus componentes permiten esta amplia ventaja constructiva. Además si el suelo elegido tuviera alguna carencia o falta, sobre todo en cuanto al porcentaje de arena y arcillas, no hace falta más que encontrar otro suelo que pueda complementar estas carencias para mezclarlos (Ver apartado 1.4.2.1.1.5) La parte de aire y de agua que también tienen los hormigones de tierra tiene una importancia relevante. Para designarla se emplea el concepto de poro o hueco, que se define como el espacio que entre las partículas de la fracción sólida es ocupado por el aire y el agua. Para medir este espacio se emplea el índice de poros, la porosidad, el grado de saturación y la humedad.

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GENERALIDADES DEL PROYECTO

El índice de poros es el cociente entre el volumen de poros y el volumen de la fracción sólida. e=

V poros Vsólido