Un refugio de tierra , también llamado casa de tierra , casa con bermas de tierra o casa subterránea , es una estructura (generalmente una casa ) con tierra ( tierra ) contra las paredes, en el techo, o que está enteramente enterrada bajo tierra.
La Tierra actúa como masa térmica , lo que facilita el mantenimiento de una temperatura constante del aire interior y, por tanto, reduce los costes energéticos para calefacción o refrigeración.
El refugio en la tierra se volvió relativamente popular después de mediados de la década de 1970, especialmente entre los ambientalistas . Sin embargo, la práctica existe desde que los humanos construyen sus propios refugios.
La tierra protegida es una de las formas de construcción más antiguas. [6] Se cree que desde aproximadamente el año 15.000 a. C., los cazadores migratorios en Europa utilizaban césped y tierra para aislar simples cabañas redondas que también estaban hundidas en el suelo. [7] El uso de alguna forma de construcción protegida con tierra se encuentra en muchas culturas a lo largo de la historia, distribuidas ampliamente por todo el mundo. [8] Normalmente, estos ejemplos de culturas que utilizan edificios protegidos con tierra ocurren sin ningún conocimiento del método de construcción en otros lugares. [8] Estas estructuras tienen muchas formas diferentes y reciben muchos nombres diferentes. Los términos generales incluyen boxes y dugout .
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, frente al norte de Escocia . Otro ejemplo histórico de refugios de tierra en colinas sería Mesa Verde , en el suroeste de Estados Unidos. Estos edificios están construidos directamente sobre las repisas y cuevas de la cara de los acantilados. La pared frontal está construida con piedra local y tierra para encerrar la estructura.
En América del Norte, casi todos los grupos nativos americanos utilizaron hasta cierto punto estructuras protegidas por tierra. [3] Estas estructuras han sido llamadas ' logias de tierra ' (ver también: Barabara ). [ cita necesaria ] Cuando los europeos colonizaron América del Norte, las casas de césped ("soddies") eran comunes en las Grandes Llanuras . [7] [9]
En China, las viviendas trogloditas construidas por el hombre se utilizan 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 proporciona fácil acceso a materiales de construcción de buena calidad y con una estructura estable, las casas protegidas con tierra se han utilizado durante siglos. [10]
La crisis del petróleo de 1973 hizo que el precio del petróleo aumentara drásticamente, lo que influyó en vastos cambios sociales, económicos y políticos en todo el mundo. [8] Combinado 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 estaba interesando cada vez más en ahorrar energía y proteger el medio ambiente. [11] [3]
Ya en la década de 1960 en Estados Unidos, algunos innovadores diseñaban refugios terrestres contemporáneos. [8] 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 viviendas subterráneas/refugios de tierra, [3] que se ha denominado la primera ola de viviendas cubiertas de tierra. [8] El arquitecto Arthur Quarmby terminó un edificio cubierto de tierra en Holme, Inglaterra, en 1975. Llamado " Underhill ", está registrado en el Libro Guinness de los Récords como la "primera casa subterránea" en el Reino Unido. [1]
La mayoría de las publicaciones sobre la protección de la Tierra datan de este período, y se publicaron docenas de libros dedicados al tema en los años previos a 1983. [8] La primera Conferencia Internacional sobre Edificios Protegidos por la Tierra se celebró en Sydney, Australia, en 1983. [8] Se planeó una segunda conferencia para 1986 en Minneapolis, Estados Unidos . [8]
Otros defensores notables del refugio terrestre activos en esta era incluyen a Mike Oehler , Rob Roy, John Hait, Malcolm Wells , Peter Vetsch , Ken Kern y otros.
En los últimos 30 años las casas protegidas con tierra se han vuelto cada vez más populares. [4] La técnica es más común en Rusia, China y Japón. [4] Es posible que el norte de China tenga más refugios terrestres que cualquier otra región. [8] Se estima que aproximadamente 10 millones de personas viven en hogares subterráneos en la región. [8]
Algunos afirman que miles de personas viven bajo tierra en Europa y América. [4] Ejemplos europeos notables son las "Casas de Tierra" del arquitecto suizo Peter Vetsch. En Suiza existen alrededor de 50 refugios de tierra de este tipo, incluida una urbanización con nueve refugios de tierra (Lättenstrasse en Dietikon ). Posiblemente los ejemplos más conocidos de refugios terrestres modernos en el mundo de habla inglesa sean Earthships , la marca de refugios 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, el refugio terrestre es menos común. [4]
En general, los arquitectos, ingenieros y el público suelen considerar la construcción de refugios de tierra como un método de construcción poco convencional. Las técnicas de protección de la tierra no se han vuelto de conocimiento común y gran parte de la sociedad desconoce este tipo de construcción de edificios. En términos generales, el costo 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 significa que el refugio de tierra sigue siendo relativamente raro. En este sentido, el estándar de rendimiento energético PassivHaus (Casa Pasiva) aplicado a edificios herméticos, superaislados y con bajas emisiones de carbono o cero emisiones ha tenido una aceptación mucho más amplia en los tiempos modernos. Se han construido más de 20.000 edificios certificados según los estándares PassivHaus en todo el norte de Europa. [12] Algunos postulan que con el tiempo la reducción de la 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. [4]
Se estima que todavía hoy en día hay entre 30 y 40 millones de chinos viviendo en este tipo de hogares de tierra, principalmente a lo largo del río Amarillo en el norte de China. En la zona existen principalmente dos tipos de viviendas de tierra. El primer tipo son las viviendas tipo cueva. [10] Por lo general, la gente excava un patio hundido, que es un pozo subterráneo rectangular de unos 10 metros de profundidad, y luego organiza habitaciones excavadas en el patio principal. El segundo tipo son espacios habitacionales excavados en acantilados de tierra que a menudo están orientados al sur, y las fachadas a veces están revestidas con ladrillos o piedra. Suelen venir con patios más grandes ya que no molesta excavar.
Se describen tres tipos principales de refugios terrestres. [1] [2] También existe una gran variación en el enfoque del refugio terrestre en términos de materiales utilizados y gastos. El enfoque de "baja tecnología" podría implicar técnicas de construcción naturales, postes de madera y techos estilo cobertizo, reciclaje de materiales, mano de obra del propietario, excavación manual, etc. [2] El enfoque de tecnología relativamente más alta sería más amplio y utilizaría hormigón y acero. [2] Si bien la postconstrucción suele ser más eficiente desde el punto de vista energético, el enfoque de alta tecnología tiene una mayor energía incorporada y costos significativamente mayores. [2]
En el tipo de tierra con bermas (también denominada "contenida") [1] , la tierra se acumula contra las paredes exteriores, [2] en pendiente hacia abajo desde el edificio. La berma puede ser parcial o total. [1] El muro orientado al polo puede tener una berma, [2] dejando el muro orientado al ecuador sin berma (en regiones templadas). Por lo general, este tipo de refugio de tierra se construye sobre el nivel original o solo ligeramente por debajo . [ cita necesaria ] Debido a que el edificio está por encima del nivel del suelo original, se asocian menos problemas de humedad con las bermas de tierra en comparación con la construcción subterránea/completamente empotrada, [ cita necesaria ] y su construcción cuesta menos. [13] Según un informe, la construcción de bermas de tierra proporcionó entre el 90% y el 95% de la ventaja energética como una estructura completamente por debajo del nivel del suelo. [13]
La construcción en la colina (también denominada "cubierta de tierra" [2] o "en elevación") [4] es donde el refugio de tierra se coloca en una pendiente o ladera, y la tierra cubre el techo además de las paredes. [2] La aplicación más práctica es utilizar una colina orientada hacia el ecuador (sur en el hemisferio norte y norte en el hemisferio sur ), hacia el afelio (norte) en los trópicos o al este justo fuera de los trópicos. Sólo hay un muro expuesto en este tipo de refugio de tierra, el muro que da hacia afuera de la colina, todos los demás muros están incrustados dentro de la tierra/colina. Esta es la forma de refugio terrestre más popular y energéticamente eficiente en climas fríos y templados. [5] [14]
El verdadero refugio de tierra subterráneo (también denominado "con cámara" o "subterráneo") describe una casa donde se excava el suelo y la casa se ubica por debajo del nivel del suelo. Pueden incluir un atrio o patio [8] construido en el medio del refugio para proporcionar luz y ventilación adecuadas. El atrio no siempre está completamente rodeado por un terreno elevado; a veces se utiliza un atrio en forma de U, que está abierto por un lado. [14]
Con un refugio de tierra en el atrio, los espacios habitables tienden a ubicarse alrededor del atrio. La disposición del atrio proporciona un plano mucho menos compacto que el del diseño de uno o dos pisos con bermas/en una colina; por lo tanto, suele ser menos eficiente energéticamente en términos de necesidades de calefacción. [ cita necesaria ] Por lo tanto, los diseños de atrios se encuentran principalmente en climas más cálidos. [14] Sin embargo, el atrio tiende a atrapar aire en su interior que luego es calentado por el sol y ayuda a reducir la pérdida de calor. [ cita necesaria ] Los diseños de atrio se adaptan bien a sitios planos y son bastante comunes. [14]
Dependiendo de la definición de protección terrestre que se utilice, a veces se incluyen otros tipos. En las casas con alcantarilla ("Cut and Cover"), los contenedores prefabricados de hormigón y las tuberías de gran diámetro se disponen en un diseño de conexión para formar un espacio habitable y luego se rellenan con tierra. [4] Un diseño de construcción experimental de la década de 1980 en Japón, denominado ' Alice City ', proponía utilizar un eje cilíndrico ancho y profundo hundido en la tierra, con un techo abovedado. [4] Se pueden construir cuevas artificiales haciendo un túnel en la tierra. [4] También se ha especulado sobre la construcción de invernaderos subterráneos. [15] Se podrían construir escuelas, centros comerciales, edificios gubernamentales y otros edificios bajo tierra. [8]
La protección de la tierra se combina a menudo con sistemas de calefacción solar. Más comúnmente, la utilización de técnicas de diseño solar pasivo se utiliza en refugios terrestres. 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 para los sistemas solares pasivos . Una gran ventana de doble acristalamiento, triple acristalamiento, que abarque la mayor parte de la pared sur es fundamental para la ganancia de calor solar. Es útil acompañar la ventana con cortinas aislantes para protegerla contra la pérdida de calor durante la noche. Además, durante los meses de verano, se utiliza un saliente o algún tipo de dispositivo de protección solar para bloquear el exceso de ganancia solar.
El almacenamiento pasivo de calor anual es un concepto de construcción teorizado para crear una temperatura constante durante todo el año en un refugio terrestre mediante 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 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. [16] El componente principal es un "paraguas" aislado e impermeable que se extiende desde el refugio de tierra durante varios metros en todas direcciones. De ahí el término "casa paraguas". La tierra bajo este paraguas se mantiene cálida y seca en relación con la tierra circundante, que está sujeta a constantes cambios de temperatura diarios y estacionales. Esto crea una gran área de almacenamiento de calor en la Tierra, en realidad una enorme masa térmica. El calor se obtiene a través de la energía solar pasiva en el refugio terrestre y se transfiere a la tierra circundante por conducción. Por lo tanto, cuando la temperatura en el refugio terrestre desciende por debajo de la temperatura de la tierra circundante, el calor regresará al refugio terrestre. 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 con tierra en su conjunto), expresando preocupaciones que incluyen la dificultad y el costo de la construcción, la humedad y la falta de evidencia. [17]
Otro diseño destinado al almacenamiento pasivo de energía estacional, la geosolar anualizada , a veces se aplica a los refugios terrestres. [ cita necesaria ]
Enfriamiento pasivo que extrae aire con un ventilador o convección desde un aire a temperatura casi constante hacia tubos de enfriamiento 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 promovió su diseño de edificio de bajo presupuesto (un simple agujero en el suelo con paredes de tablas de madera respaldadas por láminas de plástico) afirmando que no necesitaba cimientos, usaba menos material de construcción y mano de obra, tenía menos mantenimiento, era estéticamente agradable y tenía una tasa impositiva más baja en los EE. UU. en ese momento, costaba menos regular la temperatura, se veía menos afectada por el clima tormentoso, tenía tuberías que no se congelaban al entrar a la casa, eran "ecológicamente sólidas", relativamente incombustibles, insonorizadas y tenían un mayor espacio de jardín en comparación con una casa normal en un terreno de tamaño similar. [18]
También afirmó que la vista desde una ventana debajo del suelo era mejor que la de otras ventanas, y que el piso que usó en su casa subterránea (láminas de plástico sobre tierra desnuda) era "superior" a lo que hay disponible en otros lugares. [18]
Afirmó que incluiría un invernadero incorporado en el diseño. [18]
Afirmó que sus casas podrían usarse como refugios antiatómicos en caso de guerras nucleares y también afirmó que, en caso de un colapso social total, su diseño sería más defendible que una casa normal en caso de ataques aleatorios, además de ser mejor. oculto de posibles hostiles (sin mapa y sin estar familiarizado con el área). Creía que bajo tierra los habitantes estarían mejor protegidos de la "radiación atmosférica" ( Fallout ). Debido a que su diseño no era impermeabilizado, uno estaría "más cerca de una fuente de agua" y podría simplemente cavar un pozo en el medio de la habitación. [18]
Además, afirmó que cualquiera podría construir uno de sus diseños, independientemente de su habilidad o habilidad, por sólo 50 dólares. [18]
Debido a su densidad, la tierra compactada actúa como masa térmica , [13] es decir que almacena calor y lo vuelve a liberar lentamente. El suelo compactado es más un conductor de calor que un aislante. Se afirma que el suelo tiene un valor R de aproximadamente 0,65 R por centímetro (0,08 R por 1 pulgada), [16] o 0,25 R por 1 pulgada. [13] 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. [16] La capa más superficial de la tierra suele ser menos densa y contiene los sistemas de raíces de muchas plantas diferentes, actuando así más como un aislamiento térmico , [13] es decir, reduce la tasa de temperatura que fluye a través de ella.
Aproximadamente el 50% del calor del Sol se absorbe en la superficie. [19] En consecuencia, la temperatura en la superficie puede variar considerablemente según el ciclo día/noche, según el tiempo y, especialmente, 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 mayor que la temperatura del aire en la superficie y, a la inversa, en verano la temperatura de la Tierra será menor que la temperatura del aire en la superficie.
De hecho, en un punto subterráneo suficientemente profundo, la temperatura permanece constante durante todo el año, y esta temperatura es aproximadamente la media de las temperaturas de verano e invierno. [19] [16] 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 a 6 m (16 a 20 pies), [12] 6 m (20 pies), [16] 15 m (49 pies), [19] 4,25 m (13,9 pies) para suelo seco y 6,7 m (22 pies) para suelo húmedo. [20] Por debajo de este nivel, la temperatura aumenta en promedio 2,6 °C (5 °F) cada 100 m (330 pies) debido al calor que se eleva desde el interior de la Tierra. [19]
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). [12] El desfase es el tiempo que tarda la temperatura mínima exterior en llegar al interior. [12]
Cubrir parcialmente un edificio con tierra aumenta la masa térmica de la estructura. [12] Combinado con el aislamiento, esto da como resultado tanto una amortiguación de amplitud como un cambio de fase. En otras palabras, las estructuras protegidas con tierra reciben tanto un grado de refrigeración en verano como de calefacción en invierno. [12] Esto reduce la necesidad de otras medidas de calefacción y refrigeración, ahorrando energía. [3] Una desventaja potencial de un edificio térmicamente masivo en climas más fríos es que después de un período prolongado de frío, cuando la temperatura externa aumenta nuevamente, la temperatura interna de la estructura tiende a retrasarse y tarda más en calentarse (suponiendo que no haya otra forma de calentamiento). calefacción).
La reducción de la infiltración de aire dentro de un refugio de tierra puede resultar ventajosa. Debido a que tres paredes de la estructura están rodeadas principalmente 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 puertas. Además, los muros de tierra protegen contra los fríos vientos invernales que, de otro modo, podrían penetrar estos huecos. Sin embargo, esto también puede convertirse en un posible problema de calidad del aire interior. La circulación de aire saludable es clave.
Como resultado del aumento de la masa térmica de la estructura, el retraso 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 tanto, se produce una reducción drástica del consumo energético necesario para la vivienda en comparación con viviendas de construcción típica.
La arquitectura única de las casas de tierra las protege de fuertes tormentas de viento. No pueden ser arrancados ni volcados por fuertes vientos. La ingeniería estructural y, sobre todo, la falta de esquinas y partes expuestas (tejado), eliminan las superficies vulnerables que de otro modo sufrirían daños por tormentas. [21]
En comparación con las necesidades materiales de los edificios estándar, las casas protegidas por la tierra pueden reducir en gran medida la cantidad de recursos naturales. [22] Las casas con estructura de madera tradicional requieren madera para marcos y acabados interiores, lo cual es una demanda bastante grande. El suelo, como principal material de construcción y mimetizándose con el paisaje, las casas protegidas por tierra reducen drásticamente la demanda de madera.
Los hogares terrestres acogen orgánicamente animales y aves de corral, así como agua, suelo y plantas. La arcología estudia la relación entre animales y plantas y los edificios hechos por el hombre durante el desarrollo ecológico. [23] Por ejemplo, la cría de aves de corral y animales domesticados 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 adaptan perfectamente a su entorno. Los tejados cubiertos de tierra ocultan el edificio dentro del paisaje.
Algunos afirman que el método de construcción es ventajoso para la fijación de nitrógeno del suelo en el techo, porque 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. [21]
Estas casas también se pueden construir como estructuras adosadas en una pendiente en un terreno montañoso. [21]
En comparación con otros materiales de construcción, como la madera, las casas de tierra ofrecen una eficaz protección contra incendios debido tanto al uso de hormigón como al aislamiento que proporciona el tejado. Tomando el ejemplo de Earthships, hay un caso reportado en el que la estructura sobrevivió mejor al fuego en comparación con otros tipos de edificios. [24]
Si bien los residentes de casas protegidas por la tierra informan haber notado 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 de ramitas colocada encima de una tina de tierra: sacuda la tierra y la casa bailará y se estresará. Pero si entierras la casa en la tierra, puedes sacudir la bañera sin estresar tanto la casa.
El revestimiento del tejado se realiza con material excavado, en el que se pueden plantar plantas. [18]
Debido a la masa de tierra entre el área habitable de una casa de tierra y el nivel de la superficie, una casa de tierra ofrece una protección significativa contra daños por impacto/explosión o lluvia radiactiva asociada con una bomba nuclear. [18]
Los refugios terrestres pueden brindar privacidad de los vecinos, así como también aislamiento acústico. [18] El suelo proporciona protección acústica contra el ruido exterior. Esto puede ser un beneficio importante en áreas urbanas o cerca de autopistas.
Las viviendas protegidas por la tierra se expresan con la armonía cromática del suelo y la tierra. [23] Mientras tanto, las propiedades materiales del suelo y la tierra dan a los hogares de tierra la simplicidad de las masas geomáticas. Además, las casas de tierra se integran perfectamente con el paisaje y resaltan la belleza del entorno, que es una base importante de la Arcología . Por ejemplo, los yaodong y las viviendas-cueva en el norte de China se esconden bajo tierra y se integran perfectamente en 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 general de la construcción de una vivienda: la complejidad del diseño, los materiales utilizados y si el propietario lleva a cabo parte o la totalidad de la construcción o paga a otros para que la hagan. [3] Las casas personalizadas con diseños complejos tienden a ser más caras y tardan más en construirse que las casas comunes. Las casas que utilizan materiales caros serán más caras que las casas que utilizan materiales de bajo coste. La mano de obra del propietario puede reducir drásticamente los costos de construcción. [3]
Tanto los proyectos protegidos con tierra como la construcción de casas regulares tienen una variabilidad significativa en el diseño, los materiales y la mano de obra involucrados. Como tal, es difícil hacer una comparación precisa del coste entre los dos; sin embargo, en general, un refugio de tierra es mucho más caro. [3]
Una pequeña "casa subterránea" construida al estilo de Oehler, como un simple agujero en el suelo no impermeabilizado con simples tablones y una lámina de plástico a la pared, a pesar de utilizar mano de obra gratuita (ignorando los costos de oportunidad de no tener tiempo para ir). para trabajar) y materiales reciclados, por ejemplo ventanas y tablones para las paredes, se estima que es un 30% más barato de construir en comparación con pagarle a un contratista para que construya una casa normal utilizando nuevos materiales de construcción a precios estándar, [ 3] aunque el diseño de Oehler se pudren y colapsan 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. Mientras más tierra cubra la estructura, mayor será el gasto necesario para tener una estructura capaz de soportar la carga (ver también: Techo). [13] [3] Otro factor de costo importante que tiende a ser exclusivo de los refugios de tierra es la excavación y el relleno del sitio. [13] La cantidad de impermeabilización también es más costosa. Por otro lado, los refugios de tierra deberían tener menores costos de mantenimiento ya que en su mayoría están cubiertos y tienen poca exposición exterior. [25]
Muchas instituciones financieras excluyen rotundamente la financiación de viviendas protegidas por la tierra [26] o exigen que este tipo de propiedad sea común en la zona. [ cita necesaria ]
En general, desde el punto de vista técnico es más complicado diseñar un refugio en la tierra que una casa normal. Debido al diseño y la construcción poco ortodoxos de las casas protegidas por la tierra, es posible que sea necesario investigar y/o navegar por los códigos y ordenanzas de construcción locales. Muchas empresas constructoras tienen experiencia limitada o nula en construcciones protegidas por la tierra, lo que potencialmente compromete la construcción física incluso de los mejores diseños. La arquitectura específica de las casas de tierra suele dar lugar a paredes redondas y no enderezadas, lo que puede causar problemas en la decoración interior, especialmente en lo que respecta a muebles y cuadros de gran tamaño.
Las reparaciones de las paredes son muy difíciles de realizar; y puede requerir reevaluar y reconstruir la casa desde cero.
Un refugio de tierra no se puede ampliar con un espacio adicional; esto requerirá romper el sellador impermeabilizante que recubre las paredes de concreto del edificio.
En la "construcción ecológica" se describen cuatro fases de la "vida útil" de un edificio: fuentes de materiales, construcción, uso y deconstrucción ( evaluación del ciclo de vida ). [12] Los términos edificios con carbono cero y carbono negativo se refieren a las emisiones netas de gases de efecto invernadero durante estas cuatro fases. Por tanto, surgen dudas sobre si determinadas 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 venderse y finalmente transportarse al lugar de construcción. Durante cada una de estas etapas se pueden utilizar muchos combustibles fósiles.
Los refugios de tierra a menudo requieren 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 involucrados tienden a ser sustancias no biodegradables. Debido a que los materiales deben impedir la entrada de agua, suelen estar hechos de plástico. La excavación de un sitio también consume muchísimo tiempo y mano de obra. En general, la construcción es comparable a la construcción convencional, porque el edificio requiere un acabado mínimo y un mantenimiento significativamente menor.
Pueden producirse problemas de filtraciones de agua, condensación interna , mala acústica y mala calidad del aire interior si un refugio de tierra no ha sido diseñado y ventilado adecuadamente. Los niveles de humedad muy altos pueden permitir el crecimiento de moho , asociado con un olor a humedad y potencialmente con problemas de salud. La orientación subterránea de muchas casas protegidas por la 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, los gases de los materiales de construcción).
La amenaza de filtración de agua se produce alrededor de las zonas donde se han penetrado las capas impermeabilizantes. La Tierra suele asentarse 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 encima de ellas. Si los respiraderos o conductos se mantienen rígidamente en su lugar durante esta deflexión, el resultado suele ser la falla de la capa impermeabilizante. Para evitar esta dificultad, se pueden colocar respiraderos 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 la filtración de agua, la condensación y la mala calidad del aire interior se pueden superar con una impermeabilización y ventilación adecuadas.
A pesar de los grandes ventanales (normalmente orientados 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 provenga de un lado de la casa puede dar un "efecto túnel o cueva".
Los informes de colapso parecen ser raros. En un caso, un autor y defensor de los refugios de tierra murió cuando un techo de tierra que él diseñó se derrumbó sobre él. [13]
En comparación con las casas elevadas, los refugios terrestres pueden tener rutas de escape limitadas en caso de emergencia, [25] lo que puede incumplir los códigos de construcción de salida y fenestración. [13]
Es posible que un refugio de tierra no pueda adaptarse a los códigos de construcción locales existentes y que no se pueda vivir en él legalmente.
Las casas protegidas con tierra a menudo se construyen teniendo en cuenta la conservación y el ahorro de energía. Los diseños específicos de refugios de tierra permiten el máximo ahorro. Para construcciones con bermas o en colinas, 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, dependiendo de la latitud). Esto proporciona la máxima radiación solar a dormitorios, salones y espacios de cocina. Las habitaciones que no requieren luz natural ni calefacción excesiva, como el baño, el almacén y el lavadero, suelen estar ubicadas en el lado opuesto (o en la colina) del refugio. Este tipo de diseño también se puede trasladar a un diseño de casa de dos niveles, con ambos niveles completamente subterráneos. Este plan tiene la mayor eficiencia energética de las casas protegidas en 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 y pared expuesta que la que tendría un refugio de un piso.
El tipo de suelo es uno de los factores esenciales durante la planificación del sitio. El suelo debe proporcionar una capacidad de carga y un drenaje adecuados y ayudar a retener el calor. En cuanto al drenaje, el tipo de suelo más adecuado para el cobijo de la tierra es una mezcla de arena y grava . Las gravas bien clasificadas tienen una gran capacidad de carga (alrededor de 8000 libras por pie cuadrado), un drenaje excelente y un bajo potencial de formación de heladas . La arena y la arcilla pueden ser susceptibles a la erosión . Los suelos arcillosos, aunque son menos susceptibles a la erosión, a menudo no permiten un drenaje adecuado y tienen un mayor potencial de sufrir 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 calefacción. Las heladas también pueden ser problemáticas en algunos suelos. Los suelos de grano fino retienen mejor la humedad y son más susceptibles a los levantamientos. Algunas formas de protegerse contra la acción capilar responsable de las heladas son colocar cimientos debajo de la zona de congelación o aislar la superficie del suelo alrededor de cimientos poco profundos, reemplazar suelos sensibles a las heladas con material granular e interrumpir la absorción capilar de humedad colocando una capa de drenaje de material más grueso. material 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 tratarse adecuadamente. La impermeabilización aplicada al edificio es fundamental.
Los diseños de atrios tienen un mayor riesgo de inundación, por lo que el terreno circundante debe inclinarse alejándose de la estructura en todos los lados. Una tubería de drenaje en el perímetro del borde del techo puede ayudar a recolectar y eliminar agua adicional. Para casas con bermas, se recomienda un drenaje interceptor en la cima de la berma a lo largo del borde del tejado. También es útil un canal de drenaje interceptor en el medio de la berma o la parte posterior de la berma se puede construir en terrazas con muros de contención. En sitios inclinados, el escurrimiento puede causar problemas. Se puede construir un canal o canal 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 desagües de zapata.
También se debe considerar la estabilidad del suelo, especialmente al evaluar un sitio inclinado. Estas pendientes pueden ser inherentemente estables cuando se dejan solas, pero cortarlas 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 la construcción del refugio.
En un terreno relativamente plano, el diseño más apropiado es una casa completamente empotrada con un patio abierto. En un terreno inclinado, la casa se encuentra justo 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 al norte en el hemisferio sur) debido a los beneficios solares. La orientación más práctica en los trópicos más cercanos al ecuador es mirar hacia el norte hacia el afelio (o quizás hacia el noreste) para moderar las temperaturas extremas. Justo fuera de los trópicos, la forma más práctica de evitar el exceso de calor por la tarde puede ser una casa orientada al este o, si está cerca de la costa oeste, exponer los extremos este y oeste, con los dos lados largos incrustados en la tierra.
Dependiendo de la región y el sitio seleccionado para la construcción de refugios terrestres, los beneficios y objetivos de la construcción de refugios terrestres varían. Para climas fríos y templados, los objetivos consisten en retener el calor del invierno, evitar las infiltraciones, recibir el sol en invierno, utilizar 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 en invierno. Para climas cálidos y húmedos, los objetivos incluyen evitar la humedad del verano, proporcionar ventilación en verano y retener el calor en invierno.
Las regiones con temperaturas extremas diarias y estacionales enfatizan el valor de la Tierra como masa térmica. De esta manera, la protección de la tierra es más eficaz en regiones con altas necesidades de refrigeración y calefacción y altas diferencias de temperatura. En regiones como el sureste de Estados Unidos, los refugios de tierra pueden necesitar cuidados adicionales en mantenimiento y construcción debido a problemas de condensación debido 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 sólo ligeramente del día a la noche. Preferiblemente, debe haber suficiente radiación solar en invierno y suficientes medios de ventilación natural. El viento es un aspecto crítico a evaluar durante la planificación del sitio, por razones relacionadas con la sensación térmica y la pérdida de calor, así como por la ventilación del refugio. En el hemisferio norte, las laderas orientadas al sur tienden a evitar los vientos fríos del invierno que normalmente soplan desde el norte. Los refugios totalmente empotrados también ofrecen una protección adecuada contra estos fuertes vientos. Sin embargo, las aurículas dentro de la estructura tienen la capacidad de causar turbulencias menores según su tamaño. En verano conviene aprovechar los vientos predominantes. Debido a la disposición limitada de las ventanas en la mayoría de los refugios terrestres 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 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. Los respiraderos se colocan comúnmente en el techo de refugios con bermas o completamente empotrados para lograr este efecto.
La selección de materiales de construcción debe considerar el tipo de estructura, características del sitio, clima, tipo de suelo y diseño. Se requieren materiales de construcción más resistentes y duraderos para estructuras enterradas profundamente. También se deben utilizar materiales impermeables y aislantes para resistir la presión y la humedad del terreno 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 la construcción de edificios protegidos por la tierra debido a su resistencia, durabilidad y resistencia al fuego. El hormigón colado in situ se emplea para elementos estructurales no críticos, como cimientos de hormigón, losas de piso 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 pisos, paredes, y techos. Las unidades de mampostería de concreto deben tener 8 pulgadas (200 milímetros) o más, y el uso de "A" o "H" facilita 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 concreto con una resistencia mínima de 2500 psi (17 MPa) y 4 pulgadas (100 mm) de espesor. [27] 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 moldeado in situ. La madera se puede emplear ampliamente en edificios protegidos por tierra para trabajos estructurales e internos, incluidos pisos, techos y paredes exteriores. Sin embargo, las paredes con estructura de madera, que deben soportar la presión lateral, se limitan a una profundidad de enterramiento de un piso cuando se usan como material estructural. Más allá de esta profundidad, el costo aumentará rápidamente si se utiliza madera como material estructural. Aunque la madera puede ser menos costosa que otros materiales, carece de la resistencia del acero, por lo que podría no ser la opción ideal como material estructural en algunas viviendas protegidas por la tierra, especialmente en suelos húmedos. El acero se utiliza para vigas, columnas, vigas de barras y refuerzo de mampostería. La ventaja es que el acero tiene una alta resistencia a la tensión y a la compresión, mientras que la desventaja es que debe protegerse de la corrosión si se expone al aire, agua u otros productos químicos. Debe utilizarse de forma eficaz porque también es caro. [28]
En las construcciones protegidas con tierra, a menudo se realizan extensas excavaciones en el lugar de la construcción. Se hace una excavación varios pies más grande que el perímetro planificado de las paredes para permitir el acceso al exterior de la pared para impermeabilizar y aislar.
Una vez que se prepara el sitio y se instalan las líneas de servicios públicos, se vierte una base de hormigón armado. Luego se instalan las paredes. Por lo general, se vierten en el lugar o se forman dentro o fuera del sitio y luego se trasladan a 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 su lugar, es posible hacerlos con un solo vertido. Esto puede reducir la probabilidad de que haya grietas o fugas en las juntas donde el concreto ha curado en diferentes momentos. Los cimientos de los edificios diseñados por Vetsch están construidos de forma 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 adheridos en superficie), mampostería de piedra , mampostería de leña , hormigón vertido y madera tratada a presión . [13] Las naves terrestres utilizan clásicamente paredes de neumáticos de tierra apisonada, que requieren mucha mano de obra pero reciclan neumáticos usados. [13]
Oehler prescribió un método de muy bajo presupuesto que denominó "postes, apuntalamientos y polietileno". Se trata de postes de madera enterrados que actúan como marco, apuntalados con tablones y con una barrera impermeabilizante de lámina de polietileno entre los tablones y el relleno, pero sin cimientos y nada en el piso excepto una lámina de plástico y una alfombra. [18]
La madera sin tratar en contacto directo con la tierra se pudre a los cinco años de su uso en la construcción de refugios de tierra, pero puede usarse para la construcción de soporte estructural en una casa bien aislada y a prueba de agua y humedad. El hormigón armado es el material estructural más utilizado en la construcción de refugios de tierra. Es fuerte y fácilmente disponible. Se puede utilizar acero, pero es necesario recubrirlo con 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 desplacen bajo presión vertical, a menos que el edificio esté construido con arcos y bóvedas.
Desafortunadamente, el hormigón armado no es el material más sostenible desde el punto de vista medioambiental. La industria del hormigón está trabajando para desarrollar productos que sean más respetuosos con el medio ambiente en respuesta a las demandas de los consumidores. Productos como Grancrete e Hycrete están cada vez más disponibles. Afirman ser respetuosos con el medio ambiente y reducen o eliminan la necesidad de impermeabilización adicional. Sin embargo, todavía no se han utilizado ampliamente en la construcción de refugios en tierra.
El techo de un refugio de tierra no puede estar cubierto de tierra (sólo berma de tierra), o el techo puede soportar un techo verde con sólo un espesor mínimo de tierra. Alternativamente, una masa mayor de tierra podría cubrir el techo. Estos tejados deben soportar cargas muertas y cargas vivas significativamente mayores (por ejemplo, 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 recomiendan tener suficiente espesor de tierra en el techo para mantener un techo verde (aproximadamente 6 pulgadas / 15 cm), ya que esto significa menos carga sobre la estructura. Aumentar la cantidad de tierra en el techo más allá de esto produce sólo aumentos modestos en los beneficios, al tiempo que aumenta significativamente los costos. [13]
A pesar de estar bajo tierra, el drenaje del agua sigue siendo importante. Por tanto, los refugios de tierra no suelen tener techos planos. Un tejado 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 finamente mallado 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 viviendas protegidas por tierra y comercializa un sistema modular de cúpulas de hormigón destinadas a ser recubiertas por tierra. [29] Otros recomiendan el uso de techos a dos aguas con estructura de madera y una inclinación de al menos 1:12 para promover el drenaje. [13] Los techos de Earthships tienden a ser de una pendiente , usando clásicamente 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 cual se fija una membrana impermeable de alta calidad, seguida de un sellador de agua líquido final que se puede rociar. Es muy importante asegurarse de que todas las costuras estén cuidadosamente selladas. Es muy difícil localizar y reparar fugas en el sistema de impermeabilización una vez finalizada la construcción. Se utilizan varias capas para impermeabilizar en la construcción de refugios de tierra. La primera capa está destinada a sellar cualquier grieta o poro en los materiales estructurales, y también funciona como adhesivo para la membrana impermeable. La capa de membrana suele ser una lámina gruesa de polietileno flexible llamada caucho EPDM . 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 algunos insectos comunes como las hormigas rojas pueden masticarlo. También se elabora a partir de petroquímicos, lo que lo hace ambientalmente insostenible.
Existen varios revestimientos similares al cemento que se pueden utilizar como impermeabilizantes. El producto se pulveriza directamente sobre la superficie desprotegida. Se seca y actúa como una enorme capa 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, sólo que en un solo paso. Viene ya en capas en hojas y tiene un respaldo autoadhesivo. Aplicarlo manualmente es igual que con el método de capas, además, es sensible al sol y debe cubrirse muy pronto después de su 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 para proteger la tierra. Pertenece a un grupo de productos impermeabilizantes con pintura líquida. El principal desafío de estos productos es que deben aplicarse con cuidado, asegurándose de que cada área esté cubierta con el espesor correcto y de que cada grieta o espacio esté herméticamente sellado.
La arcilla bentonita es una alternativa que es la más respetuosa con el medio ambiente. Es natural y autocurativo. El inconveniente de este material es que es muy pesado, difícil de instalar para el propietario/constructor y está sujeto a daños por termitas.
Las bimembranas se han utilizado ampliamente en toda Australia, donde se combinan dos membranas, generalmente dos capas de epoxi a base de agua como "sellador" y detienen la presión de vapor interna del concreto húmedo que explota burbujas de vapor debajo de la membrana cuando se expone a caliente sol. La fuerza de unión del epoxi al concreto es más fuerte que la fuerza de unión interna del concreto, por lo que las membranas no se desprenderán de la pared con el sol. Los epoxi son muy quebradizos, por lo que se combinan con una capa superior de una membrana acrílica flexible a base de agua de alto espesor en múltiples 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 tablero aislante o espuma en el exterior de la impermeabilización. Si el aislamiento elegido es poroso, se añade una capa superior de impermeabilización. A diferencia de la construcción convencional, los refugios de tierra requieren el aislamiento en el exterior del edificio y no en el interior de la pared. Una razón es que proporciona protección a la membrana impermeable contra daños por congelación, otra es que el refugio de tierra puede conservar mejor la temperatura deseada. Hay dos tipos de aislamiento utilizados en la construcción de refugios en tierra. El primero son las láminas de poliestireno extruido de celdas cerradas. Generalmente son suficientes de dos a tres pulgadas pegadas al exterior de la impermeabilización. El segundo tipo de aislamiento es el spray sobre espuma (por ejemplo, aislamiento de espuma sólida de poliuretano). Esto funciona muy bien cuando la forma de la estructura no es convencional, es redondeada o es de difícil acceso. El aislamiento de espuma requiere una capa protectora adicional, como un filtro de papel de aluminio o de vellón, para ayudarlo a resistir la penetración del 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 propia tierra debajo de la capa de escarcha. Sin embargo, estos diseños son la excepción y corren el riesgo de sufrir daños por heladas 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 pesadas de mampostería o cemento que existen en una casa solar pasiva típica. Esta es la excepción a la regla y las temperaturas frías pueden extenderse hacia la tierra por encima de la línea de escarcha, lo que hace que el aislamiento sea necesario para lograr mayores eficiencias.
Una vez completadas las etapas de construcción anteriores, se rellena la tierra contra las paredes externas para crear la berma. Dependiendo de las características de drenaje del terreno puede no ser adecuado colocarlo en contacto directo con la pared exterior. [13] Algunos aconsejan que la capa superior del suelo y el césped se aparten de la excavación inicial y se utilicen para el techo de pasto y se coloquen como la capa superior de la berma. [13]
En las casas de tierra diseñadas por Vetsch, las paredes interiores están revestidas con revoque de marga, que permite una excelente compensación de la humedad. Finalmente, el revoque franco se recubre con pintura de cemento de color blanco cal. [21]
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