investigación interuniversitaria sobre construcción alternativa con

Construcción con Tierra Tecnología y arquitectura Congresos de Arquitectura de Tierra en Cuenca de Campos 2010/2011. Coordinadores: Félix Jové Sandoval, José Luis Sáinz Guerra. ISBN: 978-84-694-8107-3 D.L.: VA673-2011 Impreso en España Septiembre de 2011 Publicación online.

Para citar este artículo: SORIA LÓPEZ, Francisco Javier; GUERRERO BACA, Luis Fernando; ROUX GUTIÉRREZ, Rubén Salvador. “Investigación interuniversitaria sobre construcción alternativa con tierra en México”. En: Construcción con tierra. Tecnología y Arquitectura. Congresos de arquitectura de tierra en Cuenca de Campos 2010/2011. [online]. Valladolid: Cátedra Juan de Villanueva. Universidad de Valladolid. 2011. P. 229-240. Disponible en internet: http://www5.uva.es/grupotierra/publicaciones/digital/libro2011/2011_9788469481073_p229-240_soria.pdf URL de la publicación: http://www5.uva.es/grupotierra/publicaciones.html

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229INVESTIGACIÓN INTERUNIVERSITARIA SOBRE CONSTRUCCIÓN ALTERNATIVA CON TIERRA EN MÉXICO

quitectónico y la conservación del patrimonio edifi cado” y tuvo como una de sus líneas tron-cales a la edifi cación con tierra cruda.

Las actividades que se han realizado a partir de la aprobación de dicho proyecto han sido di-versas e incluyen recopilación de información, documentación de arquitectura existente, eva-luación de mediciones de impacto ambiental de diferentes materiales y sistemas constructivos, elaboración de modelos y prototipos, pruebas de laboratorio para analizar condiciones de re-sistencia, participación en eventos académicos para presentar los avances alcanzados y acti-vidades de transferencia de tecnología a través de talleres prácticos de edifi cación.

Resumen

En mayo del 2009 el Programa de Mejora-miento del Profesorado (PROMEP) de la Secretaría de Educación Pública de México aprobó un proyecto de investigación a partir de la conformación de Redes Temáticas de Investigación, con la participación de tres ins-tituciones académicas: la Universidad Autóno-ma Metropolitana Xochimilco, la Universidad Autónoma de Tamaulipas-Tampico y la Uni-versidad Autónoma de Nuevo León.

El nombre que se le dio al proyecto fue “Desa-rrollo de materiales y técnicas de construcción de bajo impacto ambiental para el diseño ar-

VIII Congreso de Tierra en Cuenca de Campos, Valladolid, 2011

Francisco Javier Soria López* , Dr. ArquitectoLuis Fernando Guerrero Baca, Dr. ArquitectoRubén Salvador Roux Gutiérrez, Dr. Arquitecto

Universidad Autónoma Metropolitana, UAM-Xochimilco, MéxicoUniversidad Autónoma de Taumalipas, UAT-Tampico, MéxicoUniversidad Autónoma de Nuevo León, México

INVESTIGACIÓN INTERUNIVERSITARIA SOBRE CONSTRUCCIÓN ALTERNATIVA CON TIERRA EN MÉXICO

PALABRAS CLAVE: arquitectura sustentable, estabilización, cal, resistencia, transferencia de tecnología

Construcción con Tierra. Tecnología y arquitectura. http://www5.uva.es/grupotierra/publicaciones.html ISBN: 978-84-694-8107-3

CONSTRUCCIÓN CON TIERRA.

230 F.J. SORIA LÓPEZ, L.F. GUERRERO BACA, R.S. ROUX GUTIÉRREZ

proceso ha sido muy lento, especialmente en lo que se refi ere al desarrollo de materiales y sistemas de construcción de bajo impacto ambiental, como alternativa a los métodos y técnicas industrializadas que desde mediados del siglo XX han desplazado a los procesos tradicionales que por milenios habían resuelto de manera sostenible la conformación de los espacios.

Es importante destacar que “…cuando se ha-bla de impacto en nuestro campo, nos esta-mos refi riendo a los efectos que el objeto ar-quitectónico tendrá en el entorno en donde se inserta, tanto el inmediato o local como, even-tualmente, en un marco mayor a nivel nacio-nal e incluso internacional. Debemos enten-der que cualquier proyecto por pequeño que sea tendrá un efecto, es decir transformará el lugar” 1. Pero también es pertinente aclarar que un entorno preexistente no se circunscri-be a los ambientes naturales, a los denomi-nados ecosistemas, sino que implica también la transformación de espacios construidos por el hombre que le son signifi cativos y por tanto conforman parte fundamental de su identidad. Se plantea entonces, la importancia de tener una visión integral del concepto de ‘entorno’ o ‘medio ambiente´ a fi n de incluir los factores naturales, pero también los objetos creados por el hombre; ambos, naturaleza y artifi cio, conforman nuestro patrimonio como sociedad y como cultura.

Pero además, no sólo se trata de contribuir desde una perspectiva romántica con la ur-gente necesidad de conservar nuestros entor-nos naturales y construidos sino, sobre todo, como medio para mejorar la calidad de vida de los habitantes de dichos espacios. Particu-larmente en México, a pesar de existir normas y recomendaciones tendentes a disminuir el impacto ambiental de ciertas obras, la reali-dad es que la tecnología constructiva dispo-nible y accesible en el mercado es altamente contaminante e incompatible con los elemen-tos naturales y culturales preexistentes.

Estas son las premisas de las que parte nues-tra propuesta de investigación, la de conservar el patrimonio cultural y natural a partir del de-sarrollo de materiales y sistemas de construc-ción compatibles, amables y de bajo impacto sobre los espacios de vida de la sociedad.

En diferentes partes del mundo, la preocupa-ción por disminuir la huella ecológica que ge-

A partir de los estudios preliminares sobre el tema, se tomó la decisión de dirigir la investi-gación hacia el campo específi co de los siste-mas constructivos fundamentados en el uso de los bloques de tierra comprimida (BTC) así como en los muros de tapia, debido a que se consideran recursos constructivos con un ele-vado potencial de aplicación tanto en el desa-rrollo de nuevas obras como para el apoyo a intervenciones de conservación y reutilización del patrimonio edifi cado.

A la fecha, a poco menos de un año de que concluya el proyecto de investigación, se han desarrollado diversos estudios comparativos acerca de la estabilización de suelos utiliza-dos para la elaboración de BTC y muretes de tapia mediante el uso de cal, cemento y com-binaciones de ambos componentes.

Se han podido documentar importantes mejo-ras en la tierra utilizada como material cons-tructivo en lo que se refi ere al incremento en su capacidad de carga, en su durabilidad y sobre todo, en su resistencia a la acción de la humedad que como se sabe, es uno de los factores de mayor vulnerabilidad en las es-tructuras realizadas con tierra cruda.

Introducción

En las últimas décadas del siglo pasado y en el inicio del nuevo milenio, se ha hecho cada vez más evidente el impacto, muchas veces negativo, que las diversas actividades huma-nas generan sobre los sitios que se habitan. El hombre transforma y modifi ca constante-mente el entorno preexistente con el fi n de adaptarlo a sus necesidades, a través de las diferentes construcciones que requiere para conformar su espacio de vida, insertando edi-fi cios de distintos tamaños y características, infraestructura y servicios especializados. Lo anterior pone de relieve la gran responsabili-dad que tienen los profesionales que diseñan y materializan dichas obras, ya que su crea-ción, operación y eventual desmantelamiento contribuyen enormemente al deterioro am-biental global.

En los campos de la ingeniería y la arquitec-tura, las tareas para generar construcciones, cada vez más amables con el medio donde se insertan, se han desarrollado de manera im-portante en años recientes, aunque con avan-ces claramente insufi cientes y geográfi camen-te desequilibrados. En el caso de México este


TECNOLOGÍA Y ARQUITECTURA


Universidad Autónoma Metropolitana-Xochi-milco, Diseño y edifi cación sustentable de la Universidad Autónoma de Tamaulipas y Tec-nología del concreto de la Universidad Autó-noma de Nuevo León.

La red ha generado un espacio de intercambio de experiencias, y de desarrollo de proyectos de investigación conjunta. Con este fi n, se pro-puso y obtuvo fi nanciamiento para sustentar un programa de actividades al que se le deno-minó Desarrollo de materiales y técnicas de construcción de bajo impacto ambiental para el diseño arquitectónico y la conservación del patrimonio edifi cado. Se buscó organizar un formato que permitiera el trabajo específi co de cada uno de los grupos de investigación, de acuerdo a sus campos disciplinares, inte-rés y experiencia propia, y, al mismo tiempo, aportar de manera conjunta nuevas perspecti-vas sobre estas materias.

A partir de lo anterior se planteó como objetivo general documentar y desarrollar materiales y técnicas de construcción alternativas que con-tribuyan a las tareas de conservación del patri-monio cultural y natural de México. De manera específi ca se trazaron las siguientes metas:

- Analizar, identifi car y documentar el impacto ambiental de los materiales y sistemas cons-tructivos más comunes en México.- Documentar materiales y sistemas alternativos de construcción de menor impacto ambiental .que las técnicas constructivas convencionales.- Caracterizar experimentalmente el comporta-miento físico-químico de los materiales y siste-mas alternativos de construcción, para evaluar su factibilidad técnica.- Proponer indicadores de impacto ambiental para materiales y sistemas constructivos alter-nativos seleccionados.- Desarrollar un banco de datos con la informa-ción generada por el proyecto para su consulta y difusión.- Publicar y difundir los resultados en foros na-cionales e internacionales, así como en revis-tas técnicas especializadas. Para llevar a cabo este proyecto de investiga-ción conjunta se propuso un desarrollo en tres grandes fases.

La primera se dedicó a caracterizar los princi-pales materiales y sistemas constructivos uti-lizados en México a fi n de establecer en qué medida han contribuido al deterioro y trans-

neran los procesos constructivos se atiende por grupos de investigación de diversas disci-plinas, e incluso se ha vuelto el eje del desa-rrollo de centros de investigación especializa-dos en el diseño y aplicación de materiales y sistemas innovadores que permiten construir obras sustentables y amigables con el medio ambiente.

En el caso de México existen diversos estu-dios realizados en esta materia, aunque hay que decir que muchos de estos esfuerzos se realizan de manera individual y aislada. Este es el caso de los cuerpos académicos que participan en el proyecto que se está rese-ñando, quienes durante décadas han avan-zado en esta dirección, pero sin los procesos de comunicación e intercambio tan necesa-rios en la investigación científi ca. En nues-tras universidades se han experimentado con concretos adicionados con fi bras naturales, productos reciclados y desechos industriales como la ceniza volante; con adobes mejora-dos; con paneles de tierra y fi bras, refuerzos de bambú, revoques permeables, consolidan-tes orgánicos, pisos de suelo-cal, entre otras técnicas.

Con estos antecedentes se tomó la decisión de coordinar esfuerzos para sistematizar la información existente, intercambiar experien-cias y, sobre todo, experimentar de forma co-ordinada con materiales y sistemas construc-tivos alternativos que pudieran implementarse en el corto o mediano plazo en el ámbito de la construcción y conservación del patrimonio natural y cultural de nuestro país. Esta fue la principal motivación para integrar una red de grupos académicos con experiencias multidis-ciplinares.

Objetivos y alcances del proyecto

Bajo la estructura propuesta por el Programa para el Mejoramiento del Profesorado (PRO-MEP) instituido por la Secretaría de Educa-ción Pública para generar, fortalecer y consoli-dar el intercambio de investigaciones entre las instituciones de educación superior, se integró una red denominada Materiales, diseño, edi-fi cación y conservación conformada por tres grupos de investigación adscritos a universi-dades de diferentes regiones de nuestro país. Estos tres colectivos que bajo la administra-ción institucional mexicana reciben el nombre de “Cuerpos Académicos” son: Conservación y reutilización del patrimonio edifi cado de la




dores de impacto ambiental para materiales y sistemas de construcción alternativos, así como manuales específi cos para la aplica-ción de las tecnologías propuestas. También se prevé abonar a la refl exión teórica sobre la conservación patrimonial en sus ámbitos cultural y natural. Cabe aclarar que los avan-ces parciales de nuestros estudios ya se han venido presentando de manera continua en eventos y publicaciones nacionales o interna-cionales casi desde el inicio del proyecto de investigación.

Sistemas alternativos seleccionados

“A lo largo de la historia se ha producido un cambio en el proceso de obtención de los materiales, hasta no hace mucho las mayo-ritarias sociedades rurales obtenían sus ma-teriales en el entorno más próximo con un impacto sobre el territorio relativamente bajo. La aparición de medios de extracción y fabri-cación más efi cientes y potentes, así como un transporte mucho más globalizado por la abundante y barata disponibilidad de energía, hace que la producción de materiales pierda la inmediatez de lo cercano y se convierta en una actividad altamente impactante”.2

La oferta y disponibilidad de materiales de construcción convencionales en el mercado actual es inmensa y ha crecido enormemente en los últimos treinta o cuarenta años gracias al intercambio comercial a nivel internacional. Este creciente mercado y proceso de globa-lización en el ámbito de la construcción tiene dos caras sobre las que es preciso comentar. Por un lado, se abre la posibilidad de tener una gama amplia de materiales y sistemas que permiten mejorar en muchos aspectos el en-torno construido cotidiano de diversos grupos sociales: materiales más durables, procesos de edifi cación más rápidos, incremento en re-sistencia y seguridad de las construcciones, posibilidades estéticas ilimitadas, aplicación de nuevas y mejores tecnologías que hacen más confortables los espacios que habitamos.

Sin embargo, en la otra cara de la moneda la gran mayoría de estos elementos que son alta-mente industrializados y tecnifi cados lo que los hace notablemente costosos, de lenta y difícil asimilación en países en vías de desarrollo y, sobre todo, muy onerosos desde el punto de vista ambiental. Se trata de componentes que requieren cantidades excesivas de energía para su producción, traslado, operación y man-

formación del entorno. Las actividades desa-rrolladas incluyeron la revisión bibliográfi ca e histórica de los principales sistemas construc-tivos utilizados en México, la clasifi cación de los sistemas constructivos de acuerdo a su impacto ambiental, el análisis de su ciclo de vida, y por último, el análisis y selección de materiales y sistemas constructivos alterna-tivos desarrollados en el contexto nacional e internacional que contribuyan a minimizar el impacto sobre el patrimonio edifi cado y sobre el medio natural (Figura 1).

La segunda fase, la de mayor duración y en la cual nos encontramos en este momento, se ha dedicado a la evaluación físico-química de los materiales y sistemas constructivos que han sido seleccionados, con el fi n de fabricar prototipos que permitan evidenciar su resis-tencia mecánica, durabilidad, ciclo de vida, aplicabilidad, etc. La idea principal consiste en analizar todas las etapas del ciclo de vida para determinar con mayor exactitud su im-pacto sobre el entorno al cual se incorporan.

Las actividades principales de la segunda eta-pa incluyen: la caracterización física, química y microestructural de los materiales a utilizar; la determinación de la densidad, absorción, granulometrías de los componentes, análisis químico de los cementantes, caracterización por microscopía óptica y de barrido; fabrica-ción de los especímenes de prueba (mate-riales individuales) y ensayo a compresión, fl exión y tensión para evaluar su comporta-miento mecánico; y la fabricación y ensayo mecánico de los sistemas de construcción completos, para caracterizar igualmente su comportamiento y durabilidad.

Uno de los planteamientos principales de esta etapa es la de implementar los sistemas desa-rrollados en un prototipo de escala real. Inicial-mente se propuso desarrollar un prototipo de vivienda de interés social, pero con la idea de generar un espacio que resultara de mayor utili-dad y trascendencia académica se decidió fi nal-mente diseñar un espacio multifuncional que sir-va en un futuro como apoyo para la realización de actividades de docencia e investigación en el propio campo de la sustentabilidad ambiental.

El proyecto de investigación y desarrollo ha-brá de concluir a fi nes de este año 2011 con la discusión colectiva de los resultados obte-nidos y su difusión a través de diferentes me-dios. Se busca establecer una serie de indica-




Figura 1. Arquitectura prehispánica de tierra cruda lo-calizada en el trópico húmedo. La Joya, Veracruz.

Lo anterior sirve como una pequeña muestra de la difi cultad que tiene la selección de ma-teriales y sistemas ya de bajo impacto, pues los criterios para su defi nición pueden variar enormemente dependiendo del punto de vis-ta con que se aborden. Para el caso de esta investigación se defi nieron algunos criterios para la selección de los sistemas a evaluar, desarrollar y experimentar:

- Estar relacionados con las líneas de investi-gación que los grupos académicos ya venían trabajando, con el fi n de aprovechar la expe-riencia acumulada. - Utilizar sistemas de construcción tradicional como punto de partida.- Que procedan de fuentes renovables y abun-dantes en las localidades de su aplicación.- Que su implementación tenga un bajo im-pacto ambiental.- Que sean posibles de aplicar en tecnologías de autoconstrucción.- Que se pudieran aplicar en diferentes com-ponentes de la construcción.- Que fueran fáciles de reparar, adecuar y transformar.- Que al concluir su ciclo de vida puedan ser reciclados o se integren en poco tiempo a la naturaleza.

En función de lo anterior se propusieron los sistemas que aparecen en la Figura 2, los cuales han sido la base para el trabajo prácti-co de la primera fase de la investigación.

Tierra estabilizada con cal para muros de BTC y de tapia Actualmente el proyecto se encuentra en la fase de experimentación. De los trabajos en desarrollo que se indican en la fi gura 2, se presentan en este espacio los avances refe-rentes a los muros de BTC y de tapia en la que participan tanto la Universidad Autónoma de Tamaulipas (UAT) como la Universidad Au-tónoma Metropolitana (UAM).

El proceso de investigación planteó como uno de sus primeros objetivos el mejoramiento de los blo-ques de tierra comprimida (BTC). Estos elemen-tos poseen cualidades en comparación con siste-mas constructivos tradicionales de tierra como el adobe, el bajareque o el tapial. Entre ellas cabe destacar la homogeneidad de su composición, la poca cantidad de agua que se requiere para su producción, su facilidad de elaboración y au-toconstrucción y su resistencia portante aun en

tenimiento, que generan contaminación en to-das estas etapas, que normalmente duran me-nos que los materiales tradicionales y que, al fi nalizar su vida útil, generan desechos difíciles de reciclar o reintegrar a la naturaleza.

La preocupación por el impacto ambiental que los procesos constructivos tienen sobre el me-dio ambiente natural está generando una nue-va oferta en el mercado de la construcción. Ha aparecido una gran diversidad de materiales ecológicos, sustentables, de bajo impacto am-biental, verdes, entre otras denominaciones, que se alzan como opciones ante los conven-cionales. Se trata de productos también indus-trializados que se ofrecen haciendo propagan-das de ser “comparativamente” más efi cientes que los altamente tecnifi cados ya sea por su durabilidad, su posibilidad reciclaje o por utili-zar “procesos más limpios” en su elaboración.

En este mercado podemos encontrar sistemas a base de aluminio, concretos parcialmente permeables, paneles de yeso, estructuras li-geras de acero, etcétera. No obstante, si bien es cierto que se trata de productos ecológi-camente más adecuados que los que se te-nían hace quince o veinte años, la realidad es que siguen siendo altamente impactantes en cuanto al gasto energético requerido para su producción y que, como todo proceso indus-trial a gran escala, depreda en forma irreversi-ble los recursos naturales de los sitios de ex-tracción de materias primas. Por otra parte se difunde el uso de materiales 100 % naturales con certifi cación ISO 14000 que normalmente han de ser importados desde países lejanos, con las consecuentes afectaciones ambienta-les, económicas, sociales y culturales.




2. Floculación. Después de algunas horas de agregar un poco de cal a un suelo, las partí-culas de arcilla pierden agua, se agrupan y se comportan como componentes de mayor ta-maño con lo que se desplaza la curva granu-lométrica hacia la “zona gruesa” y se consigue un comportamiento más estable del conjunto.

3. Acción puzolánica. Proceso lento en el que reacciona la cal con los óxidos presen-tes en las arcillas generando silicatos y alu-minatos de calcio que tienen un alto poder cementante.

4. Carbonatación. Reacción todavía más len-ta en la que el hidróxido de calcio se combi-na con el bióxido de carbono del aire y forma cristales que atrapan a los minerales a su al-rededor aumentando la cohesión del conjun-to. Esta reacción solamente se presenta en las zonas superfi ciales del material que son las que están en contacto con la atmósfera. 4

Los primeros dos procesos tienen una acción inmediata y actúan a través de la modifi cación de los límites de Atterberg del suelo. En cam-bio, el tercer y cuarto mecanismo se desarro-lla durante periodos prolongados y generan la cementación del material. Sin embargo, un factor crucial de este proceso se deriva de la cantidad de cal que se agrega a la tierra la cual estará en función tanto del volumen de óxido e hidróxido de calcio disponible en el estabilizante, como de la proporción y tipo de arcillas presentes en el suelo ya que es con estas substancias con las que actúa la cal. 5

Los suelos que contienen mayor presencia de arcillas montmorilloníticas o caolíníticas res-ponden mejor a la estabilización con cal que aquellos que contienen arcillas illíticas y clorí-ticas. En cambio, para las arcillas halloisitas se reportan los peores resultados. 6

Aunque en otros países existe un destacado avance en el estudio de estos procesos, en nuestro país no se cuentan con referencias precisas acerca de su uso en la elaboración de bloques de tierra comprimida por lo que se procedió a realizar diversos estudios cuyos resultados ya han sido publicados.

Un primer aspecto que nos interesaba conocer era la cantidad de cal necesaria para estabili-zar los suelos y el impacto que este volumen tenía en la resistencia de la tierra. Para ello se utilizó el procedimiento que desde los años

muros comparativamente delgados. No obstan-te, comparten con el resto de las estructuras térreas su fragilidad para ser transportadas y almacenadas, problemas de adherencia a los morteros, y sobre todo, su alta vulnerabilidad frente a la presencia del agua de lluvia o de los mantos freáticos. Ante esta problemática se estudiaron los dife-rentes procesos de estabilización que se han probado y se observó que el uso del cemen-to es el más documentado y difundido a nivel internacional. Otros agregados tales como aceites vegetales, mucílagos, emulsiones bitu-minosas o triturados plásticos, se encuentran todavía en fase experimental.

Sin embargo, en nuestra investigación se deci-dió descartar el empleo del cemento como con-secuencia de los problemas que suele generar este producto en estructuras patrimoniales en las que se ha introducido como refuerzo o pro-tección superfi cial. 3 De este modo se optó por experimentar con cal ya que tiene un compor-tamiento similar al del cemento pero con nota-bles cualidades con respecto a su porosidad y permeabilidad. Además, en México existe una larga tradición del uso de la cal para la cons-trucción tradicional y la restauración de edifi cios históricos, y resulta mucho más económico que el cemento. Finalmente, se ha documentado que la fabricación del cemento es mucho más contamínante que la de la cal y consume mucho mayor cantidad de energía por la alta tempera-tura que se requiere para su calcinación.

Como se sabe, el hidróxido de calcio ha sido probado como estabilizante de la tierra desde épocas muy remotas y, en décadas recientes, ha tenido un amplio desarrollo en la construc-ción de sub-bases para carreteras, pistas de aeropuertos, terraplenes, presas y otros com-ponentes de infraestructura diseñada desde la ingeniería civil y la mecánica de suelos.

La estabilización de la tierra con cal se susten-ta en la actividad conjunta de cuatro procesos:

1. Intercambio iónico. Las arcillas suelen te-ner cationes de sodio, potasio y magnesio que atraen fuertemente al agua como resultado de un desequilibrio en sus cargas superfi ciales. Si se le incorpora cal a la tierra, se integran iones de calcio que remueven a los de sodio, pota-sio y magnesio con lo que se compensan las cargas superfi ciales y se controla la atracción de agua.




Figura 2. Tabla de sistemas constructivos alternativos a elaborar y evaluar.

COMPONENTE TÉCNICA MATERIALES PRUEBAS

Muros

Muro de carga de BTC-Cal

BTC-Cal de 10 x 20 x 40cmMortero cal/tierra/arena

Compresión, CortanteDurabilidad, Absorción capilar

Muro de carga de barro vaciado

Mezcla de Tierra/cal vaciada en una cimbra. 20 cm de espesor

Muro de carga de tapia Mezclas de Tierra/cal y tierra/cemento de 40 cm. de espesor

Compresión, CortanteDurabilidad, Absorción capilar

Cerramiento de vanosArco de BTC-Cal BTC-Cal de 10 x 20 x 40 cm

Mortero cal/tierra/arenaDintel de concreto ecológico

Concreto con mezcla de cal/arena/grava/fi bras, con refuerzo mínimo de acero.

Cubiertas y entrepisos

Bóvedas de BTC-Cal BTC de 8x16x20. Mortero de cal/tierra/arena

Vigueta y bovedilla con barro armado

Vigueta de concreto ecológico, acero de refuerzo; bovedilla de cemento con fi bra natural; capa de compresión de mezcla de tierra/cal/gravilla, con refuerzo de malla de acero tratadaVigueta de concreto ecológico, acero de refuerzo; bovedilla de barro con resina; capa de compresión colando mezcla de tierra/cal/gravilla, con refuerzo de malla de acero tratada

Panel de fi brocemento Panel de fi brocemento. Mezcla de cemento/cenizas volantes y armado con henequén.

Compresión, Flexión, Cortante, DurabilidadAbsorción capilar

Bóveda de barro armado

Bóveda vaciada con mezcla de tierra/cemento, con refuerzo de varilla y malla electro soldada tratada, sin cimbra Bóveda vaciada con mezcla de tierra/cemento, y refuerzo de malla tratada, sobre cimbra de madera.

Acabados Revoques de cal/arenaRevoques de barro

Morteros Adherencia, DurabilidadAbsorción capilar

Material y sistema seleccionado para desarrollar experimentalmente en la primera fase

fue colocando en frascos transparentes eti-quetados con los porcentajes de cal que cada uno iba a recibir: 2, 4, 6 y 8%, además de la muestra testigo de suelo natural.

Se procedió a medir y registrar el pH de cada muestra inmediatamente después de una hora de agitación. Se observaron los valores para identifi car l probeta que presentó un pH superior a 12,4 que en este caso fue la que había recibido 6% de cal (pH 12,64) con lo que se pudo concluir que era el porcentaje de cal adecuado para estabilizar el tipo de tierra que estábamos estudiando.

Posteriormente se hicieron dos series de pro-betas con la tierra estabilizada con dicha can-tidad de cal, destinadas a la evaluación de la resistencia a la compresión así como al des-gaste por humedad en una inmersión total.

sesenta diseñaron los investigadores Eades y Grim, el cual se sustenta en la evaluación de la variación del pH. 7

Las pruebas se realizaron en el Laboratorio de Materiales de la Universidad Autónoma Metropolitana Xochimilco y estuvieron susten-tadas en la norma ASTM D-6276. Su objetivo consistía en identifi car el punto de retención de cal, a partir de la preparación de una serie de muestras de tierra con pesos similares, a las cuales se les agrega cal en un intervalo constante de porcentajes también en peso. Se mezcla la tierra con la cal en seco y se añade agua para formar suspensiones cuyo pH es medido con el fi n de identifi car la mues-tra cuya proporción de cal lo lleve a alcanzar un pH de 12,4 como mínimo. Después de ca-racterizar, tamizar y secar la tierra probada se pesaron 5 muestras de 200 g y cada una se




Figura 3 y 4. Pruebas de inmersión total en agua. En la primera imagen se observa en el recipiente de la izquierda la esfera sin estabilizar que perdió su forma después de 40 minutos y a la derecha la esfera estabilizada con 6% de cal.

Los mejores resultados a la compresión simple se obtuvieron en los especímenes estabiliza-dos con cal en polvo, con un incremento de un 98,01% sobre los de cal en pasta.

Los especímenes estabilizados con un 3% de cal en polvo alcanzaron un promedio de 46,71 kg/cm2, mientras que los que tenían la misma proporción pero de cal en pasta resistieron sólo 21,86 kg/cm2.

Las probetas estabilizadas con un 5% de cal en polvo mostraron un promedio de 52,42 kg/cm2, mientras que las que tenían la misma proporción pero de cal en pasta resistieron 27,96 kg/cm2.

Finalmente, las muestras estabilizadas con un 7% de cal en polvo mostraron un promedio de 79,67 kg/cm2, mientras que las que tenían la misma proporción pero de cal en pasta resistie-ron 41,30 kg/cm2.

Parece evidente que la menor resistencia com-parativa entre el uso de la cal en pasta se pre-senta por causa de la generación de grumos con el suelo en su proceso de incorporación y la consecuente falta de homogenización de la mezcla, lo que provoca microfi suras en los blo-ques. Sin embargo, hay que destacar que en ambos casos se consiguió elevar la resistencia de los bloques en comparación con los que no tenían cal.

Asimismo, se puso en evidencia la poca can-tidad de cal que es necesaria para el mejora-miento de las cualidades de los bloques, lo que es un valor agregado en favor de su con-sideración como material sustentable.

Una vez terminadas estas pruebas se pudo concluir que la aplicación de un volumen de 6% de cal a un tipo de tierra conocida regio-nalmente como “tepetate”, incrementó en más de un 80% su resistencia a la compresión en especímenes cúbicos de 5 cm de lado.

Asimismo, resultó sorprendente la resistencia del material ante la presencia del agua. Una se-rie de probetas esféricas de 4 cm de diámetro se dejaron totalmente cubiertas por este líquido. En esta segunda prueba las muestras “testigo” que no tenían cal perdieron su consistencia después de 40 minutos. En cambio, las esferas estabili-zadas con 6% a 10 % de cal siguieron íntegras durante todo ese lapso e incluso han durado más de dos años bajo el agua conservando su forma y solidez aparente (Figura 4).

El segundo tema sobre el que era necesario realizar pruebas tenía que ver con el tipo de cal que se habría de aplicar a los BTC. En México existen normas para la restauración de monu-mentos que hacen fuerte hincapié en la prefe-rencia hacia el uso de la cal en pasta con rela-ción a la cal en polvo.

A partir de este hecho en el laboratorio de mate-riales de la Universidad Autónoma de Tamauli-pas se plantearon series de pruebas tendientes a la evaluación de ambos tipos de estabilizantes en BTC utilizando como parámetro comparati-vo, su resistencia a la compresión simple. Se les agregaron porcentajes en peso similares de cal (3, 5 y 7%) para realizar el experimento. 8

Entre los resultados y conclusiones de esos es-tudios se destacan los siguientes:




curados y dejados secar por 7, 14, 28 y 60 días para realizarles pruebas de compresión y absor-ción capilar a los diferentes especímenes.

Los resultados de las pruebas muestran un des-tacado incremento de la resistencia a la com-presión en ambos tipos de tierras al estar estabi-lizadas con cal. Sin embargo, se documentó un comportamiento diferenciado entre los dos tipos de suelos.

Para el caso de la tierra T1 los rangos son muy claros. De una resistencia mínima del material sin cal a los siete días de 8,17 kg/cm2 se llegó a alcanzar un valor de 33,9 kg/cm2 (un incremento del 315%) al agregarle 10% de cal. Para el caso de la resistencia máxima que se presentó a los veintiocho días se pasó de los 12,83 a los 48,78 kg/cm2 (un incremento del 280%) al agregarle 10% de cal.

En los bloques de la tierra T2 los rangos tuvieron un comportamiento ligeramente irregular, sobre todo entre los días 14 y 28, especialmente para los suelos estabilizados con 7% de cal. Sin em-bargo, si se analizan de manera conjunta como en el caso anterior, se observa que de una re-sistencia mínima del material sin cal a los siete días de 10,13 se alcanzó un valor de 16,65 kg/cm2 (un incremento del 64%) al agregarle 10% de cal. En esta tierra la resistencia máxima se presentó a los sesenta días y se pasó de los 36,46 a los 50,04 kg/cm2 (un incremento del 37%) al agregarle 10% de cal. En este caso se observa un incremento en la resistencia con el correr del tiempo al que también sería importan-te dar seguimiento para identifi car su punto de estabilización (Figura 5).

El otro parámetro que nos interesaba evaluar era la absorción capilar para lo cual se realiza-ron pruebas a cubos seccionados de los BTC con dimensiones de 7,5 x 7,5 x 7,5 cm aproxi-madamente. Las probetas fueron introducidas a un recipiente en cuyo fondo se encontraba un paño que era humedecido periódicamente evi-tando su encharcamiento y se fueron pesando en intervalos de dos minutos durante media hora. Para estos ensayos se tomaron los cubos que ya habían alcanzado los sesenta días de haber sido elaborados y los resultados fueron registrados y documentados.

En estas pruebas se puso de manifi esto la nota-ble diferencia en el comportamiento ante la ab-sorción hídrica de las muestras. Después de 30 minutos los bloques de suelo T1 sin estabilizar

La tercera serie de pruebas acerca de los BTC se llevaron a cabo en la UAM-Xochimilco y tu-vieron como fi n evaluar la importancia del tipo de tierras que se utiliza para la elaboración de los bloques y el impacto que ésta puede tener en su resistencia tanto a la compresión simple como a la absorción capilar. 9

El punto de partida para este proceso de verifi ca-ción que originó la investigación fue la selección de las tierras. En todos los casos la bibliografía habla de la necesidad de utilizar suelos cuyo ín-dice de plasticidad sea superior a 10 y que po-sean un adecuado nivel de desagregación para su correcta mezcla con la cal. En nuestro caso se utilizaron dos suelos provenientes de los al-rededores de la ciudad de México, los cuales se han empleados desde hace muchos años para la elaboración de adobes y ladrillos. El primero de ellos al que se denominó T1 se conoce local-mente como tepetate mientras que el suelo T2 se suele llamar tierra de Chalco, en asociación al nombre de la región de la que se extrae.

Ambos tipos de tierra fueron evaluados median-te la prueba de Eades y Grim antes referida y se concluyó que el porcentaje de cal necesario para estabilizar el suelo T1 era de 6% de cal mientras que para el T2 fue de 7%. A partir de estos datos se procedió a elaborar una cantidad sufi ciente de BTC de ambas tierras con los mencionados porcentajes de cal además de otros dos grupos de bloques de contraste: el primero sin ninguna adición de cal y el segundo con 10 % de cal.

Los BTC fueron realizados utilizando una prensa de tipo neumático a gasolina marca ITAL Mexica-na Modelo Adopress 3000. Los bloques fueron

Figura 5. Ensayo a la compresión en el Laboratorio de Materiales de la UAM-Xochimilco.




Figura 6. Pesado de las muestras durante la prueba de absorción capilar.

El planteamiento fue bien acogido por las auto-ridades de la Universidad Autónoma Metropoli-tana Xochimilco, y se ofreció su inserción en un extenso terreno que tiene esta institución en la zona conocida como Las Ánimas en Tulyehual-co, al sur de la Ciudad de México. Para tal efec-to las autoridades nos solicitaron el desarrollo a nivel anteproyecto de un plan de conjunto para albergar un centro de Investigación Sustentable para la UAM que incorporara áreas destinadas para el desarrollo de actividades académicas de las tres Divisiones que la conforman Ciencias Sociales y Humanidades, Ciencias Biológicas y de la Salud y Ciencias y Artes para el Diseño.

El objetivo del proyecto consiste en contar con un centro en el que se lleve a cabo investigación en materia de sustentabilidad ambiental así como servicio a la comunidad mediante asesorías, ta-lleres y otros mecanismos de participación. Se trata desde luego de un proyecto a mediano y lar-go plazo pero que en lo referente a las instalacio-nes, éstas deben ser precisamente edifi cadas y operadas bajo criterios de bajo impacto ambien-tal. Por lo pronto, la meta inmediata es diseñar y edifi car un espacio de Usos Múltiples que sirva como prototipo con fi nes experimentales para nuestra investigación, y que una vez que estas labores concluyan sirva como muestra para el diseño y edifi cación del conjunto.

En este momento se ha iniciado su construc-ción de este espacio incorporando muros de carga de BTC y tapial cuyo proceso de edifi ca-ción se está documentando y evaluando como parte del proyecto. La cubierta integrará bóve-das de barro colado, así como los paneles de fi bro-cemento y los revoques se harán a base de morteros de cal y tierra.

Comentarios fi nales

El proyecto planteado es, en primera instancia, un impulso importante para los Cuerpos Acadé-mico involucrados en cuanto a la consolidación y fortalecimiento del trabajo en redes de investiga-ción, tan importante hoy día para lograr no sólo avances en sus respectivos campos, sino tam-bién para la optimización de recursos humanos y económicos de sus respectivas instituciones.

Los resultados esperados aportarán benefi cios tangibles en varios ámbitos entre ellos al sector productivo industrial al hacer conciencia de que, mediante la aplicación de estos materiales y sis-temas de construcción alternativos, es posible construir inmuebles técnica y económicamente

absorbieron 42,8 g de agua, los que tenían de 6% de cal absorbieron 31,3 g y fi nalmente los que tenían 10% de cal solamente acumularon 17,5 g. De ahí se desprende que al agregarle 10% de cal a la tierra ésta absorbe 25,3 g me-nos que en su estado natural, lo que represen-ta una disminución de 144%.

El comportamiento de los bloques de tierra tipo T2 sin estabilizar absorbieron un total de 10,1 g de agua, las que tenían un 7% de cal absorbieron 14,2 g y fi nalmente las de 10% de cal solamente acumularon 7,9 g. Esto sig-nifi ca que al agregarle 10% de cal a la tierra ésta absorbe 25,3 g menos que en su estado natural, lo que representa una disminución del 28% (Figura 6).

Desarrollo de prototipo

Otra de las metas del proyecto conjunto es conseguir la aplicación experimental de los sistemas desarrollados, planteando para ello el diseño de un prototipo de escala real. La idea es que al fi nal de la construcción todos los sis-temas seleccionados para su desarrollo sean incorporados a la construcción experimental. Se pretende que este espacio sea utilizado en los próximos dos años como sitio de expe-rimentación permanente, donde se apliquen los materiales en fase de investigación y se les pueda dar seguimiento durante este lapso. (Figura 7).

En función de lo anterior se determinó dise-ñar un inmueble que pueda albergar diversos usos, para lo cual se requerían espacios am-plios, fl exibles, bien iluminados, de estructura sencilla y que pudiera edifi carse en etapas.




Figuras 7, 8 y 9. Planta de conjunto del anteproyecto para el Centro de Investigación y Desarrollo Sustentable de la UAM-Xochimilco. Centro y Dcha: maqueta virtual del prototipo experimental. (Vista exterior e interior).

de sus tesis de grado. La formación y transfe-rencia tecnológica a los futuros profesionales es indispensable si queremos lograr una mayor con-ciencia entre los responsables de la construcción en nuestro país de la importancia de disminuir el impacto ambiental del entorno construido. Por último, consideramos que el trabajo interdis-ciplinario y en colaboración permite desarrollar avances sustantivos en las investigaciones que permitan sustentar con datos verifi cables cien-tífi camente las capacidades de la tierra como material constructivo lo que incidirá en su recon-sideración por las instancias encargadas de la edifi cación para una aplicación más amplia en la conformación de espacios habitables, económi-cos y ecológicos que demanda la sociedad.

viables con una considerable disminución del im-pacto sobre los entornos en los que se insertan.

Por otro lado, el proyecto benefi ciará de manera directa a las propias instituciones a los que per-tenecen los cuerpos académicos participantes, donde se imparten licenciaturas y posgrados ligados a la construcción y materialización del entorno construido, aportando material y herra-mientas actualizadas para formar profesionales conscientes de la necesidad de conservar nues-tro espacio de vida a través de la ingeniería y la arquitectura. De hecho en las diversas activida-des participan directamente los estudiantes de licenciatura y posgrado, sea como parte de los contenidos de sus asignaturas, como servicio so-cial y por supuesto como temas de investigación

Figuras 10,11 y 12. Construcción del prototipo experimental.

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Notas

* Francisco Javier Soria López, Arquitecto, Maestro en Restauración Arquitectónica, Doctor en Arquitectura. Profesor-Investigador de la Universidad Autónoma Metropolitana Xochimilco. <[email protected]> Luis Fernando Guerrero Baca, Arquitecto, Maestro en Restauración Arquitectónica, Doctor en Diseño. Profesor-Investigador de la Universidad Autónoma Metropolitana Xochimilco. <[email protected]>

Rubén Salvador Roux Gutiérrez, Arquitecto, Doctor en Arquitectura. Profesor-Investigador de la Universidad Autónoma de Tamaulipas. Centro Universitario Tampico-Madero. Tampico, Tamaulipas. México. <[email protected]>

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2. BAÑO NIEVA, A. y Vigil-Escalera, A., “Guía de construcción sostenible”, ISTAS-Ministerio de Medio Ambiente; Paralelo Edición, Madrid, 2005. p. 31

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5. CARVALHO, A. “Estabilização de solos com adições com cal”. ABPC, Boletim N°. 13, São Pau-lo. (1997), p. 23.

6. MATEOS, M.: “Estudios sobre suelo-cal”. Revista de Obras Públicas, 114, tomo I (3009) Enero, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Ma-drid. (1966), p. 44.

7. GUERRERO, L., LEE, S. ,SORIA, J. ,CERVAN-TES, C. y MENA, J. “Caracterización de tierra esta-bilizada con cal mediante el método de Eades y Grim” en Anuario de Investigación del Diseño Sustentable, Universidad Autónoma de Tamaulipas, Tampico, 2009. p. 225-234.

8. GUERRERO, L. y ROUX, R. “Propiedades físicas de bloques de tierra comprimida estabilizados con hi-dróxido de calcio en polvo y en pasta” en El diseño de la arquitectura de tierra, Universidad de la república, Salto, Uruguay, 2010a. p. 88-95.

9. GUERRERO, L., ROUX, R. y SORIA, J. “Ventajas constructivas del uso de tierra comprimida y estabili-zada con cal en México” en PALAPA, Vol. V. Número 1 [10], Enero-Junio, Universidad de Colima, Colima, 2010b, p.45-58.


investigación interuniversitaria sobre construcción alternativa con

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