Un refugio de tierra , también llamado casa de tierra , casa con bermas de tierra , casa protegida de tierra , [1] casa cubierta de tierra o casa subterránea , es una estructura (generalmente una casa ) con tierra ( suelo ) contra las paredes y/o en el techo, o que está completamente enterrada bajo tierra.
La tierra actúa como masa térmica , lo que facilita mantener una temperatura constante del aire interior y, por lo tanto, reduce los costos de energía para calefacción o refrigeración.
Los refugios de tierra se volvieron relativamente populares después de mediados de la década de 1970, especialmente entre los ambientalistas . Sin embargo, la práctica ha existido casi desde que los humanos construyen sus propios refugios.
Los refugios de tierra son una de las formas de construcción más antiguas. [7] Se cree que desde aproximadamente el año 15.000 a. C., los cazadores migratorios en Europa usaban turba y tierra para aislar cabañas redondas simples que también estaban hundidas en el suelo. [8] El uso de alguna forma de construcción protegida con tierra se encuentra en muchas culturas de la historia, distribuidas ampliamente por todo el mundo. [9] Normalmente, estos ejemplos de culturas que usan edificios protegidos con tierra ocurren sin ningún conocimiento del método de construcción en otro lugar. [9] Estas estructuras tienen muchas formas diferentes y se las conoce con muchos nombres diferentes. Los términos generales incluyen casa de pozo y piragua .
Uno de los ejemplos más antiguos de bermas , que data de hace unos 5.000 años, se puede encontrar en Skara Brae , en las islas Orcadas , al norte de Escocia . Otro ejemplo histórico de refugios de tierra en las colinas sería Mesa Verde , en el suroeste de los EE. UU. Estos edificios se construyen directamente sobre las cornisas y cuevas de la cara de los acantilados. La pared frontal está construida con piedra y tierra locales para encerrar la estructura.
En América del Norte, casi todos los grupos nativos americanos usaban estructuras de tierra para protegerse en cierta medida. [4] Estas estructuras se han llamado " cabañas de tierra " (ver también: Barabara ). [ cita requerida ] Cuando los europeos colonizaron América del Norte, las casas de adobe ("soddies") eran comunes en las Grandes Llanuras . [8] [10]
En China, las viviendas construidas en cuevas se han utilizado como refugio desde el año 2000 a. C. En ciertas zonas del norte de China, como las provincias de Shaanxi y Shanxi, dado que la tierra de loess es estructuralmente uniforme y compacta, lo que permite un fácil acceso a materiales de construcción de buena calidad con una estructura estable, las viviendas construidas con tierra se han utilizado durante siglos. [11]
La crisis del petróleo de 1973 provocó un aumento drástico del precio del petróleo, lo que influyó en grandes cambios sociales, económicos y políticos en todo el mundo. [9] En combinación con el creciente interés en estilos de vida alternativos y el movimiento de regreso a la tierra , el público de los EE. UU. y otros lugares se interesó cada vez más en ahorrar energía y proteger el medio ambiente. [12] [4]
Ya en la década de 1960, en los EE. UU., algunos innovadores diseñaban refugios de tierra contemporáneos. [9] Después de la crisis del petróleo y hasta principios de la década de 1980, hubo un nuevo resurgimiento en el interés por la construcción de refugios de tierra/casas subterráneas, [4] que se ha denominado la primera ola de viviendas cubiertas de tierra. [9] El arquitecto Arthur Quarmby terminó un edificio protegido de tierra en Holme, Inglaterra, en 1975. Bautizado como " Underhill ", está registrado en el Libro Guinness de los Récords como la "primera casa subterránea" en el Reino Unido. [2]
La mayoría de las publicaciones sobre edificios protegidos con tierra datan de este período, y en los años previos a 1983 se publicaron docenas de libros dedicados al tema. [9] La primera Conferencia Internacional sobre Edificios Protegidos con Tierra se celebró en Sídney, Australia, en 1983. [9] Se planeó una segunda conferencia para 1986 en Minneapolis, EE. UU. [9]
Otros defensores notables del refugio de tierra activos en esta era incluyen a Mike Oehler , Rob Roy, John Hait, Malcolm Wells , Peter Vetsch , Ken Kern y otros.
Desde finales de los años 1980, las casas con refugios de tierra se han vuelto cada vez más populares. [5] La técnica es más común en Rusia, China y Japón. [5] Es posible que el norte de China tenga más refugios de tierra que cualquier otra región. [9] En 1987, aproximadamente 10 millones de personas vivían en casas subterráneas en la región. [9]
Algunos afirman que miles de personas viven bajo tierra en Europa y América. [5] Ejemplos notables en Europa son las "Casas de Tierra" del arquitecto suizo Peter Vetsch . Hay alrededor de 50 refugios de tierra de este tipo en Suiza, incluyendo un complejo residencial de nueve refugios de tierra (Lättenstrasse en Dietikon ). Posiblemente los ejemplos más conocidos de refugios de tierra modernos en el mundo de habla inglesa sean Earthships , la marca de refugios de tierra solares pasivos vendidos por Earthship Biotecture. Los Earthships se concentran en Nuevo México, EE. UU., pero se encuentran con menos frecuencia en todo el mundo. En otras áreas como el Reino Unido, los refugios de tierra son menos comunes. [5]
Los arquitectos, ingenieros y el público en general suelen considerar la construcción de refugios de tierra como un método de construcción poco convencional. Las técnicas de construcción de refugios de tierra no se han convertido en un conocimiento común y gran parte de la sociedad desconoce este tipo de construcción de edificios. En términos generales, el coste de la excavación, la mayor necesidad de impermeabilización y el requisito de que la estructura soporte un mayor peso en relación con las casas sobre el nivel del suelo significan que los refugios de tierra siguen siendo relativamente poco comunes. En este sentido, la norma de rendimiento energético PassivHaus ( Casa Pasiva ) aplicada a los edificios sobre el nivel del suelo herméticos, superaislados y con bajo contenido de carbono o cero emisiones de carbono ha tenido una aceptación mucho más amplia en los tiempos modernos. Se han construido más de 20.000 edificios certificados según las normas PassivHaus en el norte de Europa. [13] Algunos postulan que, con el tiempo, la menor disponibilidad de espacio para la construcción y la creciente necesidad e interés por viviendas respetuosas con el medio ambiente harán que los refugios de tierra sean más comunes. [5]
Se estima que hoy en día todavía viven en este tipo de casas de tierra entre 30 y 40 millones de chinos, la mayoría a lo largo del río Amarillo, en el norte de China. Hay principalmente dos tipos de casas de tierra en la zona. El primer tipo son las viviendas en cuevas con foso. [11] Por lo general, la gente cava un patio hundido, que es un pozo subterráneo rectangular de unos 10 metros de profundidad, y luego dispone las habitaciones excavadas en el patio principal. El segundo tipo son espacios habitables excavados en acantilados de tierra que a menudo están orientados al sur, y las fachadas a veces están revestidas con ladrillos o piedra. Por lo general, vienen con patios más grandes, ya que no es necesario excavar.
Se describen tres tipos principales de refugios de tierra. [2] [3] También existe una gran variación en el enfoque de los refugios de tierra en términos de materiales utilizados y gastos. El enfoque de "baja tecnología" puede implicar técnicas de construcción naturales, postes de madera y techos estilo cobertizo, reciclaje de materiales, mano de obra del propietario, excavación manual, etc. [3] El enfoque relativamente más avanzado sería más grande, utilizando hormigón y acero. [3] Si bien la construcción posterior suele ser más eficiente energéticamente, el enfoque avanzado tiene una mayor energía incorporada y significativamente más costos. [3]
En el tipo de refugio con berma de tierra (también denominado "con terraplén") [2] , la tierra se acumula contra las paredes exteriores, [3] en pendiente hacia abajo alejándose del edificio. La berma puede ser parcial o total. [2] La pared orientada hacia los polos puede tener berma, [3] dejando la pared orientada hacia el ecuador sin berma (en regiones templadas). Por lo general, este tipo de refugio de tierra se construye sobre el nivel original del suelo o solo ligeramente por debajo de él . [ cita requerida ] Debido a que el edificio está por encima del nivel del suelo original, los bermas de tierra tienen menos problemas de humedad asociados en comparación con la construcción subterránea/totalmente empotrada, [ cita requerida ] y cuesta menos construirlos. [14] Según un informe, los bermas de tierra proporcionaron entre el 90 y el 95 % de la ventaja energética que una estructura completamente por debajo del nivel del suelo. [14]
La construcción en ladera (también denominada "cubierta de tierra", [3] o "elevable") [5] es aquella en la que el refugio de tierra se coloca en una pendiente o ladera, y la tierra cubre el techo además de las paredes. [3] La aplicación más práctica es usar una colina orientada hacia el ecuador (al sur en el hemisferio norte y al norte en el hemisferio sur ), hacia el afelio (norte) en los trópicos , o al este justo fuera de los trópicos. Solo hay una pared expuesta en este tipo de refugio de tierra, la pared que mira hacia afuera de la colina, todas las demás paredes están incrustadas dentro de la tierra/colina. Esta es la forma más popular y energéticamente eficiente de refugio de tierra en climas fríos y templados. [6] [15]
El verdadero refugio subterráneo (también denominado "con cámara" o "subterráneo") describe una casa en la que se excava el suelo y la casa se encuentra bajo el nivel del suelo. Pueden tener un atrio o patio [9] construido en el medio del refugio para proporcionar luz y ventilación adecuadas. El atrio no siempre está completamente cerrado por un terreno elevado; a veces se utiliza un atrio en forma de U, que está abierto por un lado. [15]
En los refugios de tierra con atrio, los espacios habitables tienden a ubicarse alrededor del atrio. La disposición del atrio proporciona un plan mucho menos compacto que el del diseño de uno o dos pisos con bermas/en la colina; por lo tanto, es comúnmente menos eficiente energéticamente, en términos de necesidades de calefacción. [ cita requerida ] Por lo tanto, los diseños de atrio se encuentran principalmente en climas más cálidos. [15] Sin embargo, el atrio tiende a atrapar aire dentro de él que luego se calienta con el sol y ayuda a reducir la pérdida de calor. [ cita requerida ] Los diseños de atrio son muy adecuados para sitios planos y son bastante comunes. [15]
Dependiendo de la definición de refugio de tierra que se utilice, a veces se incluyen otros tipos. En las casas con alcantarilla ("Cut and Cover"), se disponen contenedores de hormigón prefabricado y tuberías de gran diámetro en un diseño de conexión para formar un espacio habitable y luego se rellenan con tierra. [5] Un diseño de construcción experimental de la década de 1980 de Japón, denominado " Alice City ", proponía utilizar un pozo cilíndrico ancho y profundo hundido en la tierra, con un techo de tragaluz en forma de cúpula. [5] Se pueden construir cuevas artificiales haciendo un túnel en la tierra. [5] También se ha especulado sobre la construcción de invernaderos bajo tierra. [16] Se podrían construir escuelas, centros comerciales, edificios gubernamentales y otros edificios bajo tierra. [9]
Los refugios de tierra se combinan a menudo con sistemas de calefacción solar. Lo más habitual es que se utilicen técnicas de diseño solar pasivo en los refugios de tierra. En la mayor parte del hemisferio norte, una estructura orientada al sur con los lados norte, este y oeste cubiertos de tierra es la aplicación más eficaz de los sistemas solares pasivos . Una gran ventana de doble acristalamiento, de triple acristalamiento, que abarque la mayor parte de la longitud de la pared sur es fundamental para la ganancia de calor solar. Es útil acompañar la ventana con cortinas aislantes para proteger contra la pérdida de calor durante la noche. Además, durante los meses de verano, se utiliza un alero o algún tipo de dispositivo de sombreado para bloquear el exceso de ganancia solar.
El almacenamiento pasivo de calor anual es un concepto de construcción que se teorizó para crear una temperatura constante durante todo el año en un refugio de tierra por medio de la calefacción solar pasiva de ganancia directa y un efecto de batería térmica que dura varios meses. Se afirma que un refugio de tierra diseñado según estos principios almacenaría el calor del sol en el verano y lo liberaría lentamente durante los meses de invierno sin necesidad de otras formas de calefacción. Este método fue descrito por primera vez por el inventor y físico John Hait en su libro de 1983. [17] El componente principal es un "paraguas" aislado e impermeable que se extiende desde el refugio de tierra por varios metros en todas las direcciones. De ahí el término "casa paraguas". La tierra debajo de este paraguas se mantiene cálida y seca en relación con la tierra circundante, que está sujeta a cambios constantes de temperatura diarios y estacionales. Esto crea una gran área de almacenamiento de calor de tierra, efectivamente una enorme masa térmica. El calor se obtiene a través de la energía solar pasiva en el refugio de tierra y se transfiere a la tierra circundante por conducción. Por lo tanto, cuando la temperatura en el refugio de tierra desciende por debajo de la temperatura de la tierra circundante, el calor regresará al refugio de tierra. Después de un tiempo, se alcanza una temperatura estable que es un promedio de los cambios de calor anuales en el ambiente externo. Algunos critican la técnica (junto con la técnica de protección terrestre en su conjunto), expresando preocupaciones que incluyen la dificultad y el costo de la construcción, la humedad y la falta de evidencia. [18]
Otro diseño orientado al almacenamiento pasivo de energía estacional, la energía solar geotérmica anualizada, se aplica a veces a refugios terrestres. [ cita requerida ]
Refrigeración pasiva que aspira aire con un ventilador o por convección desde un aire a temperatura casi constante hacia tubos de refrigeración enterrados en la tierra y luego hacia el espacio habitable de la casa. Esto también proporciona aire fresco a los ocupantes y el intercambio de aire requerido por ASHRAE .
En 1981, Oehler promocionó su diseño de edificio de bajo presupuesto (un simple agujero en el suelo con paredes de tablones de madera respaldados por láminas de plástico) afirmando que no necesitaba cimientos, usaba menos material de construcción y mano de obra, tenía menos mantenimiento, era estéticamente agradable, tenía una tasa impositiva más baja en los EE. UU. en ese momento, costaba menos regular la temperatura, se veía menos afectado por el clima tormentoso, tenía tuberías que no se congelaban donde ingresaban a la casa, era "ecológicamente sano", relativamente ignífugo, insonorizado y tenía un mayor espacio de jardín en comparación con una casa normal en un terreno de tamaño similar. [19]
También afirmó que la vista desde una ventana bajo tierra era mejor que la de otras ventanas, y que el piso que usaba en su casa subterránea (láminas de plástico sobre tierra desnuda) era "superior" a lo que hay disponible en otros lugares. [19]
Afirmó que incluiría un invernadero incorporado en el diseño. [19]
Afirmó que sus casas podrían ser utilizadas como refugios contra la radiación en caso de guerras nucleares y también afirmó que, en caso de un colapso social completo, su diseño sería más defendible que una casa normal en caso de ataques aleatorios, además de estar mejor oculta de posibles hostiles (sin un mapa y sin familiaridad con el área). Creía que bajo tierra, los habitantes estarían mejor protegidos de la "radiación atmosférica" ( radiación radiactiva ). Debido a que su diseño no era impermeable, uno estaría "más cerca de una fuente de agua" y potencialmente podría simplemente cavar un pozo en el medio de la habitación. [19]
Además afirmó que cualquiera podría construir uno de sus diseños, independientemente de su habilidad o capacidad, por solo 50 dólares. [19]
Debido a su densidad, la tierra compactada actúa como masa térmica , [14] lo que significa que almacena calor y lo libera lentamente. El suelo compactado es más un conductor de calor que un aislante. Se dice que el suelo tiene un valor R de aproximadamente 0,65 R por centímetro (0,08 R por 1 pulgada), [17] o 0,25 R por 1 pulgada. [14] Las variaciones en el valor R del suelo pueden atribuirse a diferentes niveles de humedad del suelo, con valores R más bajos a medida que aumenta el nivel de humedad. [17] La capa más superficial de la tierra normalmente es menos densa y contiene los sistemas de raíces de muchas plantas diferentes, por lo que actúa más como un aislante térmico , [14] lo que significa que reduce la velocidad de la temperatura que fluye a través de ella.
Aproximadamente el 50% del calor del sol se absorbe en la superficie. [20] En consecuencia, la temperatura en la superficie puede variar considerablemente según el ciclo día/noche, según el clima y, en particular, según la estación. Bajo tierra, estos cambios de temperatura se amortiguan y retrasan, lo que se denomina retraso térmico . Por lo tanto, las propiedades térmicas de la Tierra significan que en invierno la temperatura debajo de la superficie será más alta que la temperatura del aire en la superficie y, por el contrario, en verano la temperatura de la tierra será más baja que la temperatura del aire en la superficie.
De hecho, en un punto suficientemente profundo bajo tierra, la temperatura permanece constante durante todo el año, y esta temperatura es aproximadamente la media de las temperaturas de verano e invierno. [20] [17] Las fuentes varían en sus valores declarados para esta temperatura constante de la tierra profunda (también denominada factor de corrección de amplitud). Los valores informados incluyen 5-6 m (16-20 pies), [13] 6 m (20 pies), [17] 15 m (49 pies), [20] 4,25 m (13,9 pies) para suelo seco y 6,7 m (22 pies) para suelo húmedo. [21] Por debajo de este nivel, la temperatura aumenta en promedio 2,6 °C (5 °F) cada 100 m (330 pies) debido al calor que asciende desde el interior de la Tierra. [20]
Los cambios de temperatura diurnos entre las temperaturas máximas y mínimas se pueden modelar como una onda, al igual que los cambios de temperatura estacionales (ver diagrama). En arquitectura, la relación entre las fluctuaciones máximas de la temperatura externa en comparación con la temperatura interna se denomina amortiguación de amplitud (o factor de amplitud de temperatura). [13] El desfase es el tiempo que tarda la temperatura externa mínima en llegar al interior. [13]
Cubrir parcialmente un edificio con tierra aumenta la masa térmica de la estructura. [13] Combinado con el aislamiento, esto da como resultado una amortiguación de amplitud y un cambio de fase. En otros términos, las estructuras protegidas por tierra reciben tanto un grado de refrigeración en verano como de calefacción en invierno. [13] Esto reduce la necesidad de otras medidas de calefacción y refrigeración, ahorrando energía. [4] Una posible desventaja de un edificio térmicamente masivo en climas más fríos es que después de un período prolongado de frío, cuando la temperatura externa aumenta de nuevo, la temperatura interna de las estructuras tiende a retrasarse y tarda más en calentarse (suponiendo que no hay otra forma de calefacción).
La reducción de la infiltración de aire en un refugio de tierra puede ser ventajosa. Debido a que tres paredes de la estructura están principalmente rodeadas de tierra, muy poca superficie está expuesta al aire exterior. Esto alivia el problema del aire caliente que se escapa de la casa a través de los huecos alrededor de las ventanas y la puerta. Además, las paredes de tierra protegen contra los vientos fríos del invierno que de otro modo podrían penetrar por estos huecos. Sin embargo, esto también puede convertirse en un problema potencial de calidad del aire interior. La circulación saludable del aire es clave.
Como resultado de la mayor masa térmica de la estructura, el desfase térmico de la tierra, la protección contra la infiltración de aire no deseada y el uso combinado de técnicas solares pasivas, la necesidad de calefacción y refrigeración adicionales es mínima. Por lo tanto, existe una reducción drástica en el consumo de energía necesario para la casa en comparación con las casas de construcción típica.
La arquitectura única de las casas de tierra las protege contra fuertes tormentas de viento, ya que no pueden ser arrancadas ni volcadas por fuertes vientos. La ingeniería estructural y, sobre todo, la falta de esquinas y partes expuestas (techo), eliminan las superficies vulnerables que de otro modo sufrirían daños por tormentas. [22]
En comparación con las necesidades materiales de los edificios estándar, las casas con cubierta de tierra pueden reducir en gran medida la cantidad de recursos naturales. [23] Las casas tradicionales con estructura de madera requieren madera para la estructura y los acabados interiores, lo que supone una gran demanda. La tierra como principal material de construcción y su integración con el paisaje hacen que las casas con cubierta de tierra reduzcan drásticamente la demanda de madera.
Las casas de tierra incorporan orgánicamente animales y aves de corral, así como agua, suelo y plantas. La arcología estudia la relación entre los animales y las plantas y las construcciones hechas por el hombre durante el desarrollo ecológico. [24] Por ejemplo, la cría de aves de corral y animales domésticos es una parte importante de los asentamientos humanos rurales tradicionales chinos y estos elementos crean un ciclo ecológico estable y sostenible que beneficia al medio ambiente.
En comparación con los edificios convencionales, las casas de tierra se integran perfectamente en el entorno. Los tejados cubiertos de tierra ocultan el edificio en el paisaje.
Algunos sostienen que este método de construcción es ventajoso para la fijación de nitrógeno del suelo sobre el tejado, ya que de otro modo estaría cubierto por los cimientos de una casa tradicional. A diferencia de los tejados convencionales, los tejados de tierra permiten que las plantas crezcan sobre ellos de forma seminatural. [22]
Estas casas también pueden construirse como estructuras adosadas en una pendiente en un terreno montañoso. [22]
En comparación con otros materiales de construcción, como la madera, las casas de tierra ofrecen una protección eficaz contra incendios, tanto por el uso del hormigón como por el aislamiento que proporciona el tejado. Tomando como ejemplo a Earthships, hay un caso en el que la estructura sobrevivió al fuego mejor que otros tipos de edificios. [25]
Si bien los residentes de las casas protegidas por tierra informan que notan más terremotos menores, las casas son resistentes a los grandes terremotos, ya que su naturaleza subterránea les permite moverse con la tierra. Imagínese una pequeña casa hecha de ramas sobre una tina de tierra: sacuda la tierra y la casa bailará y se estresará. Pero si entierra la casa en la tierra, puede sacudir la tina sin estresarla tanto.
La cubierta del techo se realiza con el material excavado, en el que se pueden plantar plantas. [19]
Debido a la masa de tierra entre el área habitable de una casa de tierra y la superficie, una casa de tierra ofrece una protección significativa contra daños por impacto o explosión, o la lluvia radiactiva asociada con una bomba nuclear. [19]
Los refugios de tierra pueden brindar privacidad frente a los vecinos, además de insonorización. [19] El suelo proporciona protección acústica contra el ruido exterior, lo que puede ser un beneficio importante en áreas urbanas o cerca de autopistas.
Las viviendas protegidas de la tierra se expresan con la armonía de colores del suelo y la tierra. [24] Mientras tanto, las propiedades materiales del suelo y la tierra le dan a las casas de tierra la simplicidad de las masas geomáticas. Además, las casas de tierra se combinan perfectamente con el paisaje y resaltan la belleza del entorno, lo que es una base importante del concepto de arcología . Por ejemplo, las viviendas de cuevas de yaodong y pozo en el norte de China se esconden bajo tierra y se mezclan perfectamente con el entorno de la meseta de loess. La catedral de sal en una montaña de halita cerca de la ciudad de Zipaquirá, Colombia, abraza el contorno y resalta las características naturales.
Tres factores principales influyen en el costo total de la construcción de una casa: la complejidad del diseño, los materiales utilizados y si el propietario o los propietarios llevan a cabo parte o toda la construcción o pagan a otros para que la hagan. [4] Las casas personalizadas con diseños complejos tienden a ser más caras y tardan más en construirse que las casas prefabricadas. Las casas que utilizan materiales caros serán más caras que las que utilizan materiales de bajo costo. La mano de obra del propietario puede reducir drásticamente los costos de construcción. [4]
Tanto los proyectos de construcción de viviendas con techo de tierra como la construcción de viviendas comunes presentan una variabilidad significativa en cuanto al diseño, los materiales y la mano de obra necesarios. Por ello, es difícil hacer una comparación precisa de costos entre ambos, aunque en general un techo de tierra es mucho más caro. [4]
Una pequeña "casa subterránea" construida al estilo de Oehler, como un simple agujero en el suelo no impermeabilizado con tablones simples y una lámina de plástico en la pared, a pesar de utilizar mano de obra gratuita (ignorando los costos de oportunidad de no tener tiempo para ir a trabajar) y materiales reciclados, por ejemplo, ventanas y tablones para la pared, se estima que es un 30% más barata de construir en comparación con pagar a un contratista para construir una casa normal utilizando materiales de construcción nuevos a precios estándar, [4] aunque el diseño de Oehler se pudrirá y colapsará rápidamente después de unos años.
Un factor particular que influye fuertemente en el costo de un refugio de tierra es la cantidad de tierra que lo cubre. Cuanto más tierra cubra la estructura, mayor será el gasto necesario para tener una estructura capaz de soportar la carga (ver también: Techo). [14] [4] Otro factor de costo importante que tiende a ser exclusivo de los refugios de tierra es la excavación y el relleno del sitio. [14] La cantidad de impermeabilización también es más costosa. Por otro lado, los refugios de tierra deberían tener costos de mantenimiento más bajos ya que en su mayoría están cubiertos con poco exterior expuesto. [26]
Muchas instituciones financieras excluyen directamente la financiación de viviendas protegidas por la tierra, [27] o exigen que este tipo de propiedad sea común en la zona. [ cita requerida ]
En general, diseñar un refugio de tierra es más complicado desde el punto de vista técnico que diseñar una casa normal. Debido al diseño y la construcción poco ortodoxos de las casas con refugio de tierra, es posible que sea necesario investigar y/o consultar los códigos y ordenanzas de construcción locales. Muchas empresas de construcción tienen poca o ninguna experiencia con la construcción con refugio de tierra, lo que puede comprometer la construcción física incluso de los mejores diseños. La arquitectura específica de las casas de tierra suele dar lugar a paredes de forma redondeada y no alineadas, lo que puede causar problemas en cuanto a la decoración interior, especialmente en lo que respecta a los muebles y los cuadros de gran tamaño.
Las reparaciones de las paredes son muy difíciles de realizar y pueden requerir reevaluar y reconstruir la casa desde cero.
Un refugio de tierra no se puede ampliar con una habitación adicional: esto requerirá romper el revestimiento sellador impermeabilizante de las paredes de hormigón del edificio.
En el concepto de "edificio verde" se describen cuatro fases de "vida útil" de un edificio, a saber: fuentes de materiales, construcción, uso y deconstrucción ( evaluación del ciclo de vida ). [13] Los términos "edificios con cero emisiones de carbono" y "edificios con emisiones negativas de carbono" hacen referencia a las emisiones netas de gases de efecto invernadero a lo largo de estas cuatro fases. Por lo tanto, surgen preguntas sobre si ciertas estructuras son realmente respetuosas con el medio ambiente. Por ejemplo, las materias primas deben extraerse de la tierra, transportarse y luego transformarse en materiales de construcción y transportarse nuevamente para ser vendidas y, finalmente, transportarse al lugar de construcción. Es posible que se utilicen muchos combustibles fósiles durante cada una de estas etapas.
Los refugios de tierra suelen requerir materiales de construcción más pesados para resistir el peso de la tierra contra las paredes y/o el techo. En particular, el hormigón armado debe utilizarse en cantidades mucho mayores por edificio. La fabricación de hormigón es una fuente importante de gases de efecto invernadero.
Los materiales utilizados suelen ser sustancias no biodegradables y, como deben impedir la entrada del agua, suelen estar hechos de plástico. La excavación de un terreno también requiere mucho tiempo y trabajo. En general, la construcción es comparable a la construcción convencional, ya que el edificio requiere un acabado mínimo y un mantenimiento significativamente menor.
Si un refugio de tierra no se ha diseñado y ventilado adecuadamente, pueden producirse problemas de filtración de agua, condensación interna, mala acústica y mala calidad del aire interior. Los niveles muy altos de humedad pueden permitir el crecimiento de moho o hongos, asociados con un olor a humedad y potencialmente con problemas de salud. La orientación subterránea de muchas casas con refugio de tierra puede permitir la acumulación de gas radón (que se sabe que aumenta el riesgo de cáncer de pulmón) u otros materiales indeseables (por ejemplo, desgasificación de materiales de construcción).
La amenaza de filtración de agua ocurre alrededor de las áreas donde se han penetrado las capas de impermeabilización. La tierra generalmente se asienta gradualmente. Los respiraderos y conductos que emergen del techo pueden causar problemas específicos debido a la posibilidad de movimiento. Las losas de hormigón prefabricado pueden tener una deflexión de 1/2 pulgada o más cuando la tierra/suelo se coloca en capas sobre ellas. Si los respiraderos o conductos se mantienen rígidamente en su lugar durante esta deflexión, el resultado suele ser la falla de la capa de impermeabilización. Para evitar esta dificultad, los respiraderos se pueden colocar en otros lados del edificio (además del techo), o se pueden instalar segmentos separados de tuberías. También se puede utilizar un tubo más estrecho en el techo que encaje perfectamente en un segmento más grande del edificio. La amenaza de filtración de agua, condensación y mala calidad del aire interior se puede superar con una impermeabilización y ventilación adecuadas.
A pesar de las grandes ventanas (que suelen estar orientadas al sur en el hemisferio norte ), muchas casas protegidas por la tierra tienen zonas oscuras en las zonas opuestas a las ventanas. Toda la luz natural que entra por un lado de la casa puede dar un "efecto de túnel o cueva".
Los informes de derrumbes parecen ser poco frecuentes. En un caso, un autor y defensor de los refugios de tierra murió cuando un techo de tierra que había diseñado se derrumbó sobre él. [14]
En comparación con las casas sobre el suelo, los refugios de tierra pueden tener rutas de escape limitadas en caso de emergencia, [26] lo que puede incumplir los códigos de construcción de salida y fenestración. [14]
Es posible que un refugio de tierra no pueda adaptarse a los códigos de construcción locales existentes y que legalmente no sea habitable.
Las casas con protección de tierra suelen construirse teniendo en cuenta la conservación y el ahorro de energía. Los diseños específicos de las casas con protección de tierra permiten un máximo ahorro. En el caso de las construcciones con bermas o en laderas, un plan común es colocar todos los espacios habitables en el lado de la casa que mira al ecuador (o al norte o al este, según la latitud). Esto proporciona la máxima radiación solar a los dormitorios, las salas de estar y los espacios de la cocina. Las habitaciones que no requieren luz natural ni calefacción abundante, como el baño, el trastero y el lavadero, suelen estar situadas en el lado opuesto (o en ladera) de la casa con protección de tierra. Este tipo de diseño también se puede trasladar a un diseño de casa de dos niveles con ambos niveles completamente bajo tierra. Este plan tiene la mayor eficiencia energética de las casas con protección de tierra debido a la configuración compacta y a que la estructura está sumergida más profundamente en la tierra. Esto le proporciona una mayor proporción de cobertura de tierra por pared expuesta que la que tendría una casa de una sola planta.
El tipo de suelo es uno de los factores esenciales durante la planificación del sitio. El suelo debe proporcionar una capacidad de carga y drenaje adecuados , y ayudar a retener el calor. Con respecto al drenaje, el tipo de suelo más adecuado para el refugio de tierra es una mezcla de arena y grava . Las gravas bien graduadas tienen una gran capacidad de carga (alrededor de 8,000 libras por pie cuadrado), un drenaje excelente y un bajo potencial de levantamiento por heladas . La arena y la arcilla pueden ser susceptibles a la erosión . Los suelos arcillosos, aunque menos susceptibles a la erosión, a menudo no permiten un drenaje adecuado y tienen un mayor potencial de levantamiento por heladas. Los suelos arcillosos son más susceptibles a la contracción y expansión térmica. Ser consciente del contenido de humedad del suelo y la fluctuación de ese contenido a lo largo del año ayudará a prevenir posibles problemas de calentamiento. Los levantamientos por heladas también pueden ser problemáticos en algunos suelos. Los suelos de grano fino retienen mejor la humedad y son más susceptibles al levantamiento. Algunas formas de protegerse contra la acción capilar responsable de los levantamientos por congelación son colocar cimientos debajo de la zona de congelación o aislar la superficie del suelo alrededor de zapatas poco profundas, reemplazar los suelos sensibles a las heladas con material granular e interrumpir la absorción capilar de humedad colocando una capa de drenaje de material más grueso en el suelo existente.
El agua puede causar daños potenciales a los refugios de tierra si se acumula alrededor del refugio. Es fundamental evitar los sitios con un nivel freático alto . El drenaje, tanto superficial como subterráneo, debe manejarse adecuadamente. La impermeabilización aplicada al edificio es esencial.
Los diseños de atrios tienen un mayor riesgo de inundaciones, por lo que el terreno circundante debe tener una pendiente que lo aleje de la estructura por todos los lados. Un tubo de drenaje en el perímetro del borde del techo puede ayudar a recolectar y eliminar el agua adicional. En el caso de las casas con bermas, se recomienda un drenaje interceptor en la cresta de la berma a lo largo del borde del techo. También es útil un canal de drenaje interceptor en el medio de la berma o la parte posterior de la berma se puede aterrazar con muros de contención. En los sitios con pendiente, la escorrentía puede causar problemas. Se puede construir un canal o zanja de drenaje para desviar el agua alrededor de la casa, o se puede instalar una zanja llena de grava con una losa de drenaje junto con los desagües de zapata.
También se debe tener en cuenta la estabilidad del suelo, especialmente al evaluar un terreno en pendiente. Estas pendientes pueden ser inherentemente estables cuando no se las toca, pero si se realizan cortes en ellas, se puede comprometer en gran medida su estabilidad estructural. Es posible que sea necesario construir muros de contención y rellenos para sostener la pendiente antes de construir el refugio.
En terrenos relativamente planos, una casa completamente empotrada con un patio abierto es el diseño más apropiado. En un terreno en pendiente, la casa se ubica directamente en la colina. La pendiente determinará la ubicación de la pared de la ventana; la orientación más práctica en climas moderados a fríos es una pared expuesta orientada al sur en el hemisferio norte (y orientada al norte en el hemisferio sur) debido a los beneficios solares. La orientación más práctica en los trópicos más cercanos al ecuador es orientada al norte hacia el afelio (o quizás al noreste) para moderar los extremos de temperatura. Justo fuera de los trópicos, la forma más práctica de evitar el exceso de calor de la tarde puede ser una casa orientada al este o, si está cerca de una costa oeste, exposición del extremo este y el extremo oeste, con los dos lados largos incrustados en la tierra.
Dependiendo de la región y el sitio seleccionado para la construcción de refugios de tierra, los beneficios y objetivos de la construcción de refugios de tierra varían. Para climas fríos y templados, los objetivos consisten en retener el calor del invierno, evitar la infiltración, recibir el sol del invierno, usar la masa térmica, dar sombra y ventilar durante el verano y evitar los vientos invernales y las bolsas de frío. Para climas cálidos y áridos, los objetivos incluyen maximizar la humedad, proporcionar sombra en verano, maximizar el movimiento del aire en verano y retener el calor del invierno. Para climas cálidos y húmedos, los objetivos incluyen evitar la humedad del verano, proporcionar ventilación en verano y retener el calor del invierno.
Las regiones con temperaturas extremas diarias y estacionales enfatizan el valor de la tierra como masa térmica. De esta manera, el refugio de tierra es más efectivo en regiones con altas necesidades de enfriamiento y calefacción y altos diferenciales de temperatura. En regiones como el sureste de los Estados Unidos, el refugio de tierra puede necesitar un cuidado adicional en el mantenimiento y la construcción debido a problemas de condensación con respecto a la alta humedad. La temperatura del suelo de la región puede ser demasiado alta para permitir el enfriamiento de la tierra si las temperaturas fluctúan solo ligeramente del día a la noche. Preferiblemente, debe haber una radiación solar adecuada en invierno y medios suficientes para la ventilación natural. El viento es un aspecto crítico a evaluar durante la planificación del sitio, por razones relacionadas con el enfriamiento por viento y la pérdida de calor, así como la ventilación del refugio. En el hemisferio norte, las laderas orientadas al sur tienden a evitar los vientos fríos del invierno que generalmente soplan desde el norte. Los refugios completamente empotrados también ofrecen una protección adecuada contra estos fuertes vientos. Sin embargo, los atrios dentro de la estructura tienen la capacidad de causar turbulencias menores según el tamaño. En el verano, es útil aprovechar los vientos predominantes. Debido a la limitada disposición de ventanas en la mayoría de los refugios de tierra y a la resistencia a la infiltración de aire, el aire dentro de una estructura puede estancarse si no se proporciona una ventilación adecuada. Al aprovechar el viento, se puede producir una ventilación natural sin el uso de ventiladores u otros sistemas activos. Conocer la dirección y la intensidad de los vientos estacionales es vital para promover la ventilación cruzada. Para lograr este efecto, se suelen colocar respiraderos en el techo de los refugios con bermas o completamente empotrados.
La selección de los materiales de construcción debe tener en cuenta el tipo de estructura, las características del lugar, el clima, el tipo de suelo y el diseño. Para las estructuras enterradas a gran profundidad se necesitan materiales de construcción más resistentes y duraderos. También se deben utilizar materiales impermeables y aislantes para soportar la presión y la humedad del suelo circundante. Por ejemplo, el hormigón y la mampostería reforzada, la madera y el acero son materiales viables. El hormigón es la opción más común para construir edificios protegidos por la tierra debido a su resistencia, durabilidad y resistencia al fuego. El hormigón colado en el lugar se utiliza para elementos estructurales no críticos, como cimientos de hormigón, losas de suelo y paredes exteriores con menos de 6 pies (1,8 metros) de cobertura de tierra, mientras que el hormigón armado prefabricado se puede utilizar para suelos, paredes y techos. Las unidades de mampostería de hormigón deben tener 8 pulgadas (200 milímetros) o más, con el uso de "A" o "H" que faciliten la colocación de la unidad alrededor de las barras de refuerzo verticales, según la integridad estructural requerida. Por lo general, se recomienda utilizar mortero tipo S, lechada con una resistencia mínima de 2000 psi (14 MPa) y una losa de hormigón con una resistencia mínima de 2500 psi (17 MPa) y un espesor de 4 pulgadas (100 mm). [28] Se puede utilizar mampostería de ladrillo o piedra reforzada con barras de acero para paredes que estarán sujetas a presión lateral o vertical de la cubierta de tierra. La mampostería generalmente cuesta menos que el hormigón colado en el lugar. La madera se puede utilizar ampliamente en edificios protegidos por la tierra para trabajos estructurales e internos, incluidos pisos, techos y paredes exteriores. Sin embargo, las paredes con estructura de madera, que deben soportar presión lateral, están limitadas a una profundidad de entierro de un piso cuando se usan como material estructural. Más allá de esta profundidad, el costo aumentará rápidamente al usar madera como material estructural. Aunque la madera puede ser menos costosa que otros materiales, carece de la resistencia del acero, por lo tanto, puede que no sea la opción ideal para el material estructural en algunas viviendas protegidas por la tierra, especialmente en el tipo de suelo húmedo. El acero se utiliza para vigas, columnas, vigas de refuerzo y mampostería. La ventaja es que el acero tiene una alta resistencia a la tracción y a la compresión, mientras que la desventaja es que debe protegerse de la corrosión si se expone al aire, al agua u otros productos químicos. Debe utilizarse de manera eficaz porque también es caro. [29]
En las construcciones con protección de tierra, a menudo se realizan excavaciones extensas en el lugar de construcción. Se realiza una excavación varios pies más grande que el perímetro planificado de las paredes para permitir el acceso al exterior de la pared para la impermeabilización y el aislamiento.
Una vez que se prepara el terreno y se instalan las líneas de servicios públicos, se vierte una base de hormigón armado. A continuación, se instalan las paredes. Por lo general, se vierten en el lugar o se encofran en el lugar o fuera de él y luego se colocan en su lugar. El hormigón armado es la opción más común. El proceso se repite para la estructura del techo. Si las paredes, el piso y el techo se van a verter en el lugar, es posible hacerlos con un solo vertido. Esto puede reducir la probabilidad de que haya grietas o fugas en las juntas donde el hormigón se ha curado en diferentes momentos. Los cimientos de los edificios diseñados por Vetsch se construyen de manera convencional.
Se han utilizado con éxito varios métodos diferentes de construcción de muros externos ( de carga ) en refugios de tierra. Estos incluyen bloques de hormigón (ya sea con mortero convencional o con unión superficial), mampostería de piedra , mampostería de leña , hormigón vertido y madera tratada a presión . [14] Los refugios de tierra utilizan clásicamente muros de neumáticos de tierra apisonada, que requieren mucha mano de obra pero reciclan neumáticos usados. [14]
Oehler prescribió un método de muy bajo presupuesto al que denominó "postes, apuntalamiento y polietileno". Se trata de postes de madera enterrados que actúan como marco, apuntalados con tablones y con una barrera impermeabilizante de láminas de polietileno entre los tablones y el relleno, pero sin cimientos y nada en el suelo excepto una lámina de plástico y alfombra. [19]
La madera sin tratar que entra en contacto directo con la tierra se pudre en un plazo de cinco años desde su uso en la construcción de refugios de tierra, pero se puede utilizar para la construcción de soportes estructurales en una casa bien aislada y protegida contra el agua y la humedad. El hormigón armado es el material estructural más utilizado en la construcción de refugios de tierra. Es resistente y se consigue fácilmente. Se puede utilizar acero, pero debe estar revestido de hormigón para evitar que entre en contacto directo con el suelo, que corroe el metal. Los ladrillos y las unidades de mampostería de hormigón también son opciones posibles en la construcción de refugios de tierra, pero deben reforzarse para evitar que se muevan bajo presión vertical, a menos que el edificio esté construido con arcos y bóvedas.
Lamentablemente, el hormigón armado no es el material más sostenible desde el punto de vista medioambiental. La industria del hormigón está trabajando para desarrollar productos más respetuosos con el medio ambiente en respuesta a las demandas de los consumidores. Productos como Grancrete e Hycrete están cada vez más disponibles. Se dice que son respetuosos con el medio ambiente y que reducen o eliminan la necesidad de impermeabilización adicional. Sin embargo, todavía no se han utilizado ampliamente en la construcción de refugios de tierra.
El techo de un refugio de tierra puede no estar cubierto por tierra (solamente por una berma de tierra), o el techo puede soportar un techo verde con solo un espesor mínimo de tierra. Alternativamente, una masa de tierra más grande puede cubrir el techo. Estos techos deben soportar una carga muerta y una carga viva significativamente mayores (por ejemplo, un mayor peso del agua en la tierra después de la lluvia o la nieve). Esto requiere una estructura de soporte del techo más fuerte y sustancial. Algunos aconsejan tener solo el espesor suficiente de tierra en el techo para mantener un techo verde (aproximadamente 6 pulgadas / 15 cm), ya que esto significa menos carga en la estructura. Aumentar la cantidad de tierra en el techo más allá de esto solo brinda aumentos modestos en los beneficios, mientras que aumenta significativamente los costos. [14]
A pesar de estar bajo tierra, el drenaje del agua sigue siendo importante. Por lo tanto, los refugios de tierra no suelen tener techos planos. Un techo plano también es menos resistente al peso de la tierra. Es común que los diseños de refugios de tierra tengan arcos y techos abovedados poco profundos, ya que esta forma resiste bien la carga vertical. Un método utiliza metal de malla fina doblado en la forma deseada y soldado a la armadura de soporte. Sobre esta malla se proyecta hormigón formando un techo. Terra-Dome (EE. UU.) es una empresa especializada en la construcción de casas con refugio de tierra y vende un sistema modular de cúpulas de hormigón destinadas a ser cubiertas por tierra. [30] Otros aconsejan el uso de techos a dos aguas con entramado de madera de una pendiente de al menos 1:12 para promover el drenaje. [14] Los techos de Earthships tienden a ser de una sola pendiente , clásicamente utilizando vigas .
En la parte exterior del hormigón se aplica un sistema de impermeabilización. El sistema de impermeabilización más utilizado incluye una capa de asfalto líquido sobre la que se fija una membrana impermeable de alto rendimiento, seguida de un sellador de agua líquido final que se puede rociar. Es muy importante asegurarse de que todas las juntas estén cuidadosamente selladas. Es muy difícil localizar y reparar fugas en el sistema de impermeabilización una vez finalizado el edificio. Para la impermeabilización en la construcción de refugios de tierra se utilizan varias capas. La primera capa está destinada a sellar las grietas o los poros de los materiales estructurales, y también funciona como adhesivo para la membrana impermeable. La capa de membrana suele ser una lámina de polietileno flexible y gruesa llamada caucho EPDM . El EPDM es el material que se utiliza habitualmente en la construcción de jardines acuáticos, estanques y piscinas. Este material también evita que las raíces atraviesen la impermeabilización. El EPDM es muy pesado para trabajar y puede ser masticado por algunos insectos comunes como las hormigas rojas. También está hecho de productos petroquímicos, lo que lo hace ambientalmente insostenible.
Existen diversos revestimientos similares al cemento que se pueden utilizar como impermeabilizantes. El producto se rocía directamente sobre la superficie desprotegida. Se seca y actúa como una enorme capa de cerámica entre la pared y la tierra. El problema con este método es que, si la pared o los cimientos se mueven de alguna manera, se agrietan y el agua puede penetrar a través de ellos fácilmente.
Bituthene (nombre registrado) es muy similar al proceso de aplicación de tres capas, pero en un solo paso. Viene ya en capas en láminas y tiene un reverso autoadhesivo. Su aplicación manual es la misma que con el método de aplicación de capas, además, es sensible al sol y debe cubrirse muy pronto después de la aplicación.
Eco-Flex es una membrana impermeabilizante respetuosa con el medio ambiente que parece funcionar muy bien en cimientos, pero no se sabe mucho sobre su eficacia en la protección terrestre. Forma parte de un grupo de productos impermeabilizantes líquidos que se aplican con pintura. El principal desafío con estos productos es que deben aplicarse con cuidado, asegurándose de que cada área esté cubierta con el espesor adecuado y de que cada grieta o hueco esté bien sellado.
La arcilla bentonita es una alternativa más respetuosa con el medio ambiente. Es un material natural y autorreparable. El inconveniente de este material es que es muy pesado, difícil de instalar para el propietario o constructor y propenso a sufrir daños por termitas .
Las bimembranas se han utilizado ampliamente en toda Australia, donde se combinan 2 membranas: normalmente, 2 capas de epoxi a base de agua como "sellador" para detener la presión de vapor interna del hormigón húmedo, que hace estallar burbujas de vapor debajo de la membrana cuando se expone al sol. La fuerza de adhesión del epoxi al hormigón es mayor que la fuerza de adhesión interna del hormigón, por lo que las membranas no se "despegarán" de la pared con el sol. Los epoxis son muy frágiles, por lo que se combinan con una capa superior de una membrana acrílica a base de agua flexible de gran espesor en varias capas de diferentes colores para garantizar la cobertura de la película; esto se refuerza con un tejido de polipropileno no tejido en las esquinas y los cambios de dirección.
Se añaden una o más capas de paneles aislantes o espuma en el exterior de la impermeabilización. Si el aislamiento elegido es poroso, se añade una capa superior de impermeabilización. A diferencia de los edificios convencionales, los refugios de tierra requieren el aislamiento en el exterior del edificio en lugar de en el interior de la pared. Una razón para esto es que proporciona protección a la membrana impermeable contra daños por congelación, otra es que el refugio de tierra puede retener mejor su temperatura deseada. Hay dos tipos de aislamiento utilizados en la construcción de refugios de tierra. El primero son láminas de poliestireno extruido de celdas cerradas. Por lo general, es suficiente pegar de dos a tres pulgadas al exterior de la impermeabilización. El segundo tipo de aislamiento es una espuma en aerosol (por ejemplo, aislamiento de espuma sólida de poliuretano ). Esto funciona muy bien cuando la forma de la estructura no es convencional, redondeada o de difícil acceso. El aislamiento de espuma requiere una capa superior protectora adicional, como papel de aluminio o filtro de vellón, para ayudarlo a resistir la penetración de agua.
En algunos refugios de tierra de bajo presupuesto, es posible que no se aplique aislamiento a las paredes. Estos métodos se basan en el factor U o la capacidad de almacenamiento de calor térmico de la tierra misma debajo de la capa de escarcha. Sin embargo, estos diseños son la excepción y corren el riesgo de sufrir daños por congelación en climas más fríos. La teoría detrás de los diseños sin aislamiento se basa en el uso de la masa térmica de la tierra para almacenar calor, en lugar de depender de estructuras internas de mampostería pesada o cemento que existen en una casa solar pasiva típica. Esta es la excepción a la regla y las temperaturas frías pueden extenderse hasta la tierra por encima de la línea de escarcha, lo que hace necesario el aislamiento para lograr una mayor eficiencia.
Una vez finalizadas las etapas de construcción anteriores, se rellena la tierra contra las paredes externas para crear el terraplén. Según las características de drenaje, es posible que la tierra no sea adecuada para colocarla en contacto directo con la pared externa. [14] Algunos recomiendan que la capa superficial del suelo y el césped (césped) se dejen de lado de la excavación inicial y se utilicen para el techo de césped y para colocarlos como la capa superior del terraplén. [14]
En las casas de tierra diseñadas por Vetsch, las paredes interiores están revestidas con un revestimiento de barro que proporciona una excelente compensación de la humedad. El revestimiento de barro se recubre finalmente con pintura de cemento de color blanco cal. [22]
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