La construcción con bolsas de tierra es un método de construcción económico que utiliza principalmente tierra local para crear estructuras que son fuertes y se pueden construir rápidamente.
Se trata de una técnica de construcción natural que se desarrolló a partir de las técnicas de construcción de búnkeres militares históricos y de los métodos de construcción de diques temporales para el control de inundaciones . La técnica requiere materiales de construcción muy básicos: sacos resistentes llenos de material orgánico que suele estar disponible en el lugar.
El material de relleno de sacos de tierra estándar tiene estabilidad interna. Se utiliza un subsuelo húmedo que contiene suficiente arcilla para volverse cohesivo cuando se apisona, o una grava angular resistente al agua o roca volcánica triturada . Los muros se construyen gradualmente colocando los sacos en hileras, formando un patrón escalonado similar a la colocación de ladrillos .
Los muros pueden ser curvos o rectos, abovedados con tierra o cubiertos con techos convencionales . Los muros curvos proporcionan una buena estabilidad lateral, formando habitaciones redondas y/o techos abovedados como un iglú .
Los edificios con paredes rectas de más de 5 m (16,4 pies) de longitud necesitan paredes que se crucen o contrafuertes de arriostramiento. Existen estándares internacionales para el tamaño y el espaciamiento de las paredes de arriostramiento para construcciones de tierra en diferentes tipos de áreas de riesgo sísmico, en particular los estándares basados en el desempeño de Nueva Zelanda [1] recomendados por los estándares de construcción con tierra de ASTM International . [2] Las pruebas de corte estático muestran que las bolsas de tierra pueden alcanzar resistencias similares a las normas de adobe reforzado de Nueva Zelanda con resistencias y refuerzos de suelo específicos [3], aunque las bolsas de tierra de suelo débil no reforzadas pueden tener una resistencia al corte menor que el adobe no reforzado.
Para mejorar la fricción entre las bolsas y la resistencia a la tracción de la pared, se suele colocar alambre de púas entre las hileras. A veces, también se envuelve un cordel alrededor de las bolsas para atar una hilera a la siguiente, para mantener unidas las estructuras en proceso y mantener las hileras bien asentadas sobre las puntas del alambre de púas. [4] Se pueden clavar varillas de refuerzo en las paredes para reforzar las esquinas y los bordes de las aberturas y proporcionar resistencia contra el vuelco.
La estructura suele estar rematada con yeso , ya sea estuco de cemento sobre una capa de malla resistente o un yeso de adobe o cal, para repeler el agua y evitar que la tela se dañe por los rayos UV. Los acabados pueden variar desde aplicaciones interiores protegidas hasta aplicaciones exteriores expuestas.
Esta técnica de construcción es uno de los métodos de construcción natural más versátiles y se puede utilizar para bancos, muros independientes, refugios de emergencia , viviendas temporales o permanentes o graneros y edificios comerciales. La construcción con sacos de tierra se elige con frecuencia para muchas estructuras institucionales de tamaño pequeño a mediano en el mundo en desarrollo. Las estructuras de subrasante, incluidas las viviendas subterráneas y con bermas (como Earthships ), cisternas , cajas de manantial , sótanos y muros de contención, se pueden construir con relleno de tierra estabilizada o con refuerzo adicional y relleno de grava o arena resistente al agua.
Aunque Joseph Kennedy probablemente inventó el término "saco de tierra" (así como "tierra apisonada"), Paulina Wojciechowska escribió el primer libro sobre el tema de la construcción con sacos de tierra en 2001, Building with Earth: A Guide to Flexible-Form Earthbag Construction (Construcción con tierra: una guía para la construcción con sacos de tierra de forma flexible) . Kelly Hart desarrolló una enorme base de datos en línea de información sobre sacos de tierra que fomentaba el intercambio de ideas. Kaki Hunter y Doni Kiffmeyer trabajaron en una variedad de proyectos después de estudiar con Khalili, y llamaron al saco de tierra "tierra apisonada de forma flexible". Su libro de 2004, Earthbag Building: the Tools, Tricks and Techniques (Construcción con sacos de tierra : herramientas, trucos y técnicas) , está disponible como libro electrónico. [5]
Diferentes autores, entre ellos Owen Geiger y Patti Stouter, han elaborado folletos gratuitos en línea que incluyen investigaciones estructurales y técnicas de prueba de campo desarrolladas para áreas rurales. [6]
Un libro electrónico de Geiger de 2011, Earthbag Building Guide: Vertical Walls Step-by-Step , proporciona ilustraciones fotográficas del proceso y debates sobre nuevas técnicas para áreas de bajo riesgo. [7]
Muchos, como Akio Inoue, de la Universidad Tenri en Japón, y Scott Howard, de Earthen Hand, han probado y construido edificios. Hart, junto con Geiger, [8] alentó el desarrollo de bolsas de tierra en diferentes formas apropiadas para la cultura y el clima. Robert Shear construyó una casa de bolsas de tierra inspirada en Earthship en Utah y Morgan Caraway, de Sustainable Life School, está construyendo una casa que también incorpora principios de diseño Earthship.
Mientras que Gernot Minke, el profesor alemán de arquitectura de tierra, fue el primero en desarrollar una técnica de uso de bolsas rellenas de piedra pómez para construir muros, el arquitecto y constructor Nader Khalili ayudó a reintroducir la construcción con bolsas de tierra como una técnica moderna llamada superadobe para esfuerzos humanitarios (particularmente para edificios residenciales) así como para el control natural de inundaciones. [9]
El Dr. John Anderton de Sudáfrica ha probado una versión de bolsa de triple canal que reduce los problemas de hundimiento inherentes al material de relleno no cohesivo como la arena, [10] y fue pionero en el trabajo en un sistema de arena contenida en paredes estrechas al que llama E-khaya.
Fernando Pacheco de Brasil fue pionero en el uso de tubos de malla de HDPE más livianos para paredes de hiperadobe más simples. [11]
La reconstrucción después de desastres naturales y en regiones de bajos ingresos en todo el mundo ha incluido el uso de sacos de tierra. Si bien los muros de tierra pesados suelen ser peligrosos en caso de terremotos, los terremotos de la primavera de 2015 en Nepal dejaron edificios de sacos de tierra en buenas condiciones cerca de los edificios destruidos.
El ingeniero Nabil Taha desarrolló las primeras especificaciones generales para un tipo de refuerzo de anclaje exterior apropiado para las zonas de mayor riesgo sísmico. [12] Varios estudiantes de ingeniería han probado bolsas de tierra sin curar o de baja resistencia, y Build Simple ha probado muros cohesivos curados. [13] Las organizaciones que construyen en Nepal están trabajando actualmente con ingenieros para mejorar y refinar las opciones de refuerzo para bolsas de tierra resistentes a los sismo.
La construcción suele comenzar cavando una zanja hasta el subsuelo mineral intacto , que se rellena parcialmente con piedras o grava para crear una base de zanja de escombros . En regiones con alto riesgo sísmico, se puede recomendar una zapata de hormigón armado o una viga de nivelación. Los edificios de bolsas de tierra también se pueden construir sobre losas de hormigón convencionales (aunque esto es más caro y utiliza más energía incorporada que una base de zanja de escombros) y también pueden tener una base "flotante" subterránea o con bermas, como una estructura de tierra.
Varias capas de grava en bolsas tejidas dobles forman una base resistente al agua . Cada capa suele tener dos hilos de alambre de púas en la parte superior, que se adhieren a la bolsa para evitar deslizamientos y resistir cualquier tendencia a la expansión hacia afuera de las paredes en forma de cúpula o rectangulares.
Las bolsas en la capa superior están separadas por 200 mm (8 in), la mitad del ancho de pared de 450 mm (18 in), de manera similar a la junta continua en mampostería. Las bolsas se pueden llenar previamente con material y levantar, o se pueden llenar en el lugar. El peso del relleno de tierra fija la bolsa en su lugar sobre el alambre de púas que se encuentra debajo. Un apisonamiento ligero de las bolsas o tubos consolida el relleno húmedo que contiene arcilla y crea bolsas o tubos entrelazados anclados sobre el alambre de púas.
El polipropileno de trama sólida es el más popular y se encuentra disponible en todo el mundo para transportar arroz u otros granos. El polipropileno es económico y resiste los daños causados por el agua, la putrefacción y los insectos . Los tubos suelen estar disponibles en los fabricantes que los cosen para formar bolsas. También se utilizan tubos de malla de fibras de polipropileno tejidas a ganchillo suaves, aunque también se pueden utilizar bolsas de malla rígida extruida o de malla tejida.
Se pueden utilizar materiales orgánicos o naturales como el cáñamo o la arpillera (como los " sacos de yute "). Dado que estos pueden pudrirse, solo se deben utilizar con rellenos cohesivos (que contengan una proporción significativa de arcilla) que formen masas sólidas al apisonarse.
En la actualidad, la fabricación de bolsas de tierra es una familia variada de técnicas. Cada tipo de relleno y contenedor tiene diferentes requisitos de resistencia y refuerzo.
Para lugares peligrosos, se necesita una terminología precisa. La tierra contenida (CE) se basa en la técnica original, pero con resistencias de suelo específicas y refuerzos elegidos para los niveles de riesgo. La CE utiliza un relleno de sacos húmedo, cohesivo y apisonado, que se adhiere firmemente con alambre de púas y otros refuerzos a medida que se cura la pared.
El CE no es un "saco de arena". La arena contenida (CS) utiliza relleno de arena o cualquier relleno demasiado seco o con poca cohesión que se comporta estructuralmente como los sacos de arena. La CS debe construirse con bolsas de tela de tejido sólido y tener una buena protección contra daños en la tela, confiando en la resistencia de la tela de la bolsa para la resistencia de la pared. [14] La CS necesita más refuerzo vertical tanto para la resistencia al corte como para la resistencia fuera del plano que el CE, o puede requerir una piel estructural. Algunos constructores utilizan bolsas estrechas de arena contenida como relleno de paredes.
La grava contenida (CG) utiliza un relleno de cualquier agregado más grande que la arena gruesa, generalmente en bolsas de arroz dobladas, aunque se puede utilizar una malla resistente. La CG limita la transmisión de humedad desde las zapatas.
El CE modular se construye en bolsas de granos o tubos similares. Las paredes se basan en la fijación entre púas de alambre de púas y/o clavijas agregadas entre las hiladas. El CE sólido es hiperadobe construido en algún tipo de tubo de malla raschel tejida , de modo que el relleno de tierra húmeda se solidifique entre las hiladas.
Generalmente se utiliza material inorgánico como relleno, pero se puede utilizar algún material orgánico (como cáscaras de arroz) si una matriz fuerte como una malla de alambre refuerza el yeso.
El relleno de tierra puede contener entre un 5 y un 50 % de arcilla y puede ser "residuos finos", "base de carretera", "relleno de ingeniería" o subsuelo local. Los suelos "crudos" o no estabilizados se curan como unidades sólidas, pero no pueden soportar un remojo prolongado. Los subsuelos con arcilla se moldean firmemente y se adhieren bien a las puntas de alambre de púas y las varillas de refuerzo.
El relleno de tierra puede contener una alta proporción de agregado, siempre que se apisone y se cure bien. Se pueden utilizar botellas trituradas, escombros sólidos o basura plástica, pero las mezclas con alto contenido de agregado pueden interferir con la inserción de las varillas de refuerzo.
La arena, el polvo de piedra y la grava pueden sobrevivir a inundaciones prolongadas, pero la mayoría requiere un apuntalamiento especial durante la construcción, así como algún tipo de revestimiento estructural. El relleno de arena puede ser adecuado para varias hiladas a fin de proporcionar una base de construcción que amortigüe las vibraciones, pero se vuelve inestable en bolsas comunes de más de 60 a 100 cm (24 a 39 pulgadas) de altura.
La estabilización con cemento, cal o betún puede permitir que el suelo arcilloso resista las inundaciones o que se utilice arena en bolsas tradicionales con una capa de yeso no estructural. Debido a que las paredes de bolsas de tierra suelen tener un espesor de 38 cm (15 pulgadas), se necesita una gran cantidad de estabilizador.
Las propiedades de aislamiento térmico son importantes para los climas con temperaturas extremas. El valor de aislamiento térmico de un material está directamente relacionado con la porosidad del material y el espesor de la pared. La roca volcánica triturada , la piedra pómez o las cáscaras de arroz tienen un mayor valor de aislamiento que la arcilla o la arena. Los materiales orgánicos no tratados que podrían descomponerse no deben usarse como parte de una pared estructural, aunque pueden usarse como relleno.
United Earth Builders ha probado una arcilla de paja ligera en el tubo de malla de hiperadobe para formar una capa de 200 mm (8") de espesor fuera de una cúpula. [15]
Las propiedades de masa térmica del relleno de tierra moderan los cambios de temperatura en climas que experimentan grandes fluctuaciones de temperatura de la noche al día. Este efecto de volante térmico hace que los muros de tierra maciza sean ideales para climas templados o cálidos y secos. La arcilla o la arena también tienen excelentes características de retención de calor y, cuando se aíslan adecuadamente del exterior de la casa, pueden servir como masa térmica en un diseño de edificio solar pasivo en climas fríos, manteniendo estables las temperaturas interiores durante todo el año.
En áreas de bajo riesgo, se puede construir una CE sólida con menos alambre de púas porque las paredes se solidifican entre las hileras. Las bolsas de tierra que utilizan bolsas tejidas o tubos necesitan alambre de púas para cualquier nivel de riesgo natural, ya que las superficies entre bolsas son resbaladizas. Los pasadores entre las hileras no contribuyen a una resistencia lineal fuera del plano importante. [16] Las paredes de bolsas de tierra con alambre de púas son más flexibles que las de adobe y pueden resistir el colapso cuando se detallan cuidadosamente.
Los sacos de tierra hechos de tierra débil y sin acero pueden tener la mitad de la resistencia al corte del adobe no reforzado, que se daña fácilmente en caso de terremotos. Los detalles y planos del código de Nueva Zelanda permiten que los muros de adobe no reforzado sobrevivan a fuerzas de casi 0,6 g (comparables a los valores de Ss para una probabilidad de excedencia del 2 % en 50 años), pero los sacos de tierra necesitan un suelo más resistente para igualar esta resistencia. Los sacos de tierra en Nepal superaron esta resistencia ligeramente al resistir fuerzas superiores a 0,7 g a principios de 2015. [17] Los domos probados en California resistieron aproximadamente fuerzas de 1 g, debido a la forma estable de estos edificios de menos de 7 m (23 pies) de diámetro. [18]
Las técnicas actuales de colocación de bolsas de tierra que consisten en insertar varillas de refuerzo sin fijar a la base y superponerlas sin conexión pueden resistir solo 1,2 g o menos, incluso si se utiliza un suelo muy resistente. Se necesita un refuerzo especial
El CE sólido de suelo fuerte tiene mayor resistencia al corte y fuera del plano que el CE modular. [19] También puede permitir el uso de malla para refuerzo horizontal además de o en lugar del alambre de púas.
La grava o arena contenidas pueden funcionar mejor con alambre envuelto alrededor de los lados de las secciones de pared rectas, alternando con la siguiente hilera con alambre de púas envuelto como regalo debajo y sobre las mismas secciones rectas. Los muros de base de hormigón armado en regiones de alto riesgo pueden necesitar contrafuertes adicionales en el nivel de la base donde los constructores no pueden permitirse una viga o zapata de hormigón armado (RC). Un tubo de malla de plástico más angosto que se usa a menudo para el control de la erosión se puede rellenar con grava para permitir una viga anular de RC de medio ancho debajo de los muros anchos.
Se puede formar un techo inclinando gradualmente las paredes hacia adentro para construir una cúpula. Los techos abovedados se pueden construir sobre encofrados. O se utiliza una viga de unión debajo de un tipo de techo tradicional. Es posible que se necesiten techos a cuatro aguas, cerchas a dos aguas o vigas para reducir la tensión externa sobre las paredes de tierra.
Las cúpulas de tierra son económicas de construir, pero impermeabilizarlas es complejo o costoso en regiones húmedas.
Las ventanas y puertas se pueden realizar con un dintel de mampostería tradicional o con técnicas de ménsulas o arcos de ladrillo , sobre encofrados temporales. También se puede introducir luz mediante tragaluces, tuberías con tapas de vidrio o botellas colocadas entre las hileras de bolsas durante la construcción.
Cubrir la pared para evitar que los rayos UV o la humedad dañen las bolsas con estuco a base de cemento , o yeso de cal o tierra . Si las paredes son de tierra "cruda", se utiliza un yeso de relleno de tierra con paja para rellenar los huecos entre las bolsas o las hiladas. Se aplica un yeso de acabado encima.
Los aleros del techo son útiles para reducir los requisitos de impermeabilización del yeso , aunque el yeso en las paredes inferiores puede ser más fuerte y más resistente al agua que el yeso en las paredes superiores.
Algunos edificios utilizan un "techo viviente" de tierra plantada ("techo verde") para cubrir la estructura, mientras que otros utilizan una estructura y un techo más convencionales colocados sobre paredes de bolsas de tierra.
La construcción con sacos de tierra consume muy poca energía en comparación con otros métodos de construcción duraderos. A diferencia del hormigón, el ladrillo o la madera, no se necesita energía para producir el relleno de tierra, salvo para recolectar tierra. Si se utiliza tierra del lugar, se necesita poca energía para el transporte. A diferencia de la construcción con tierra apisonada , solo se necesita energía de mano de obra humana para apisonar ligeramente la tierra. Los materiales que consumen mucha energía (plástico (para bolsas y cordel), alambre de acero y quizás la capa exterior de yeso o estuco) se utilizan en cantidades relativamente pequeñas en comparación con otros tipos de construcción, y a menudo suman menos del 5 % de los materiales de construcción. Los edificios duran mucho tiempo si se mantienen. Sin embargo, si se utiliza tierra "cruda" o no estabilizada como relleno, cuando el edificio ya no sea útil, el relleno de tierra se puede reciclar en áreas de jardín, relleno o nuevos edificios de tierra. [ cita requerida ]
Las técnicas de construcción con bolsas de tierra también se exploraron en Sri Lanka después del tsunami de 2004. [ 20] Se han completado múltiples proyectos de construcción con bolsas de tierra en Haití, la mayoría de ellos después del terremoto. [21] First Steps Himalaya [22] y otras organizaciones benéficas habían construido más de 50 edificios con bolsas de tierra en Nepal antes del terremoto de abril de 2015. Desde entonces, los constructores locales acudieron en masa a las oportunidades de capacitación en bolsas de tierra, incluidas las de Good Earth Global, que han llevado a la aceptación oficial del código de construcción de Nepal de esta técnica para residencias. Las ONG internacionales también han construido cientos de edificios de tierra contenida o con bolsas de tierra en Nepal, más residencias que clínicas o escuelas más grandes. Las ONG están pidiendo más información estructural para poder elegir mejor los tipos de refuerzo y la intensidad adecuados a la resistencia del suelo local y al riesgo sísmico. Las pruebas universitarias han comenzado, pero se necesita más. [ cita requerida ]
Khalili propuso utilizar las técnicas de construcción con bolsas de tierra para construir estructuras en la Luna o en otros planetas. Actualmente, es bastante caro levantar una carga útil de masa positiva desde la Tierra. Por lo tanto, las técnicas de Khalili parecen ser una solución ideal, ya que los suministros necesarios consistirían en bolsas ligeras y algunas herramientas para llenarlas. Especificó que dichas bolsas probablemente tendrían tiras de cierre de " gancho y bucle " (es decir, velcro ) cosidas previamente en lugar de alambre de púas. [ cita requerida ]