http://dx.doi.org/10.14718/RevArq.2020.2348
María Guadalupe Cuitiño-Rosales 1
Rodolfo Rotondaro 2
Alfredo Esteves 3
1 Universidad Nacional de Cuyo. San Rafael (Argentina) Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. San Rafael (Argentina)
Ingeniera civil, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional San Rafael (Argentina).
Doctora en ciencias exactas con especialización en energías renovables, Universidad Nacional de Salta (Argentina).
Investigador asistente de CONICET
0000-0002-0021-5648
gcuitino@mendoza-conicet.gob.ar
2 Universidad de Buenos Aires. (Argentina)
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. (Argentina)
Arquitecto, Universidad Nacional de Mar del Plata (Argentina).
Magíster del Centro Internacional de la Construcción con Tierra (CRATerre) (Francia).
Doctor en arquitectura, Universidad Nacional de Tucumán (Argentina).
Investigador científico de CONICET
0000-0001-9861-8340
rodolforotondaro@gmail.com
3 Instituto de Ambiente, Habitat y Energía. Mendoza (Argentina)
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. (Argentina).
Ingeniero Industrial, Universidad Nacional de Cuyo.
Doctor en arquitectura, Universidad de Mendoza (Argentina).
Investigador científico de CONICET
0000-0001-5212-9293
aesteves@mendoza-conicet.gob.ar
Recibido: febrero 18 / 2018
Evaluado: diciembre 7 / 2018
Aceptado: junio 10 / 2019
Para citar este artículo / to reference this article :
Cuitiño Rosales M. G, Rotondaro, R., Esteves, A. (2020). Análisis comparativo de aspectos térmicos y resistencias mecánicas de los materiales y los elementos de la construcción con tierra. Revista de Arquitectura (Bogotá), 22(1). 138-151. http://dx.doi.org/10.14718/RevArq.2020.2348
Resumen
Se analizan las características térmicas y de resistencias mecánicas de materiales y elementos constructivos elaborados con suelos naturales estabilizados. La metodología parte de la recopilación bibliográfica de fuentes primarias, secundarias e información de ensayos propios, sobre la densidad, la conductividad térmica y las resistencias a la compresión, a la flexión y al corte correspondientes al adobe, los bloques de tierra comprimida (BTC), la tapia y la quincha, según diferentes autores. Además, se consideraron los valores establecidos por normas argentinas IRAM referidas al acondicionamiento térmico de edificios. Se elaboraron comparaciones entre síy con algunos materiales industrializados, tales como los bloques de hormigón, los ladrillos cerámicos huecos y los ladrillos cocidos macizos. A partir de este análisis, se concluyó que la revisión bibliográfica no es suficiente para obtener una estandarización de los valores de conductividad y transmitancia térmica de los materiales y los elementos constructivos naturales. Así mismo, a partir de las comparaciones de valores se pudo observar cómo se relacionan la densidad de los materiales y la de los morteros, según las distintas técnicas, con el comportamiento térmico y las resistencias mecánicas.
Palabras clave: adobe; arquitectura sostenible; bahareque; bloque de tierra comprimida-BTC; materiales vernáculos de construcción; propiedades térmicas; quincha; resistencia mecánica; tapial
Abstract
This article analyzes the thermal characteristics and mechanical resistance of some construction materials and elements that use stabilized natural soils. The methodology includes a bibliographic compilation of primary and secondary sources and information from in-house tests on density, thermal conductivity and resistance to compression, flexion and cutting for adobe, CEB, rammed earth and wattle and daub. In addition, the data are considered in relation to values for the thermal conditioning of buildings established by Argentine IRAM standards. Comparisons are made among earthen construction methods alongside some industrialized materials such as concrete blocks, hollow ceramic bricks, and solid fired bricks. From this analysis, the authors conclude that the literature review is insufficient for obtaining a standardization of thermal conductivity and transmittance values in natural building materials and elements. Furthermore, the comparative evaluation demonstrates how the density of materials and mortars used in different techniques are related to thermal behavior and mechanical resistance.
Keywords: adobe; sustainable architecture; bahareque; compressed earth block (CEB); vernacular building materials; thermal properties; quincha; mechanical strength; rammed earth; wattle; daub
Contenido
Introducción
Metodología
Resultados
Características térmicas y mecánicas de los materiales
Densidades y propiedades térmicas de algunos materiales y componentes de la construcción con tierra e industrializados
Resistencia mecánica de materiales y componentes de muros de cerramiento
Discusión
Conclusiones
Referencias
Este trabajo se encuentra dentro del marco del proyecto de investigación Plurianual PIP No. 11220150100570CO titulado Tecnologías Sociales en el Hábitat Urbano con Población Pobre. Dicho trabajo ha sido financiado por el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) y por la Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo de la Universidad de Buenos Aires, en conjunto con el proyecto Investigación y Desarrollo de Tecnología de Quincha Optimizada para Viviendas de Localidades Áridas y Semiáridas Frías de Argentina, también financiado por CONICET.
Es cada vez mayor el número de profesionales de la construcción que realizan proyectos habitacionales y urbanísticos incorporando la sustentabilidad, con el fin de integrar el ambiente exterior y la obra arquitectónica. La sustentabilidad consiste en la adaptación del entorno de los seres humanos a un factor limitante: la capacidad del entorno para asumir la presión humana de manera que sus recursos naturales no se degraden irreversiblemente (Alavedra, Domínguez, Conzalo & Serra, 1997, p. 42).
Dentro de las actividades industriales, la actividad de la construcción es la mayor consumidora, junto con la industria asociada, de recursos naturales, como la madera, los minerales, el agua y la energía. De la misma forma, los edificios, una vez construidos, siguen siendo una causa directa de contaminación, por las emisiones que generan, y así producen un impacto ambiental sobre el territorio, por el consumo que hacen tanto de energía como del agua, necesarios para su funcionamiento (Alavedra et al., 1997, p. 42).
Durante las etapas de fabricación de los materiales de construcción y de los productos derivados, se produce, generalmente, un alto impacto ambiental. Dicho impacto tiene su origen en la extracción de los recursos naturales necesarios para el proceso de fabricación y en el consumo de energía requerido durante cada etapa del proceso. A raíz de ello, se generan emisiones tóxicas a la atmósfera, las cuales resultan contaminantes, corrosivas y altamente perjudiciales para la salud. Dicho proceso se repite tanto en la operación como en el uso del edificio, hasta su disposición final, reducido en partes esenciales que permitirán su reciclado o su reúso para una obra nueva.
Lo que se pretende con la aplicación de los criterios de la construcción sostenible es la construcción de edificios con una disminución de materiales industrializados, y así evitar, siempre y cuando sea posible, el uso de sustancias que al final de su ciclo de vida originen residuos peligrosos o difícilmente separables en sus partes esenciales. Los principales efectos que los materiales utilizados en la construcción provocan sobre el ambiente incluyen: consumo energético, producción de residuos sólidos, incidencia negativa en el efecto invernadero, perjuicio a la capa de ozono y otros factores de contaminación ambiental (Cáseres, 1996, pp. 7-8,; Was-souf, 2014).
La tierra es, hasta donde se conoce, el más antiguo de los materiales de construcción que ha empleado la humanidad, y representa actualmente una solución a la demanda de viviendas de bajo costo (Vega, Andrés, Cuerra, Morán, Aguado & Llamas, 2011, p. 3021). Aun hoy, el 30 % de la población mundial vive en casas de tierra (Freire & Tinoco, 2015, p. 18). Esta alternativa se basa en muchas razones, entre las cuales se pueden mencionar: la gran disponibilidad de esta materia prima en la naturaleza, su reducida contaminación y sus bajas emisiones de CO2 durante sus etapas de fabricación y de transporte (Piattoni, Quagliarini & Lenci, 2011, p. 2067), así como su nula generación de residuos, tanto en la etapa de construcción como en la de demolición; así mismo, una de sus más importantes propiedades es la respuesta térmica, que es esencial para el confort y para reducir el uso de sistemas auxiliares de calefacción o refrigeración durante toda la vida útil del edificio.
Los sistemas constructivos con tierra más comunes son el adobe, la quincha, la tapia y el BTC. En dichos sistemas constructivos naturales, la mayor parte de la energía correspondiente a la producción proviene del sol, debido a que la forma de secado es al aire libre y al sol, sin necesidad de recurrir al secado en hornos, como es el caso del ladrillo cocido. Todo ello permite reducir el consumo de energías no renovables y las emisiones correspondientes.
Una característica importante de los ambientes de una vivienda para su buen funcionamiento y su comodidad es el logro de un diseño confortable para sus ocupantes. En este sentido, los materiales utilizados en la envolvente edilicia son fundamentales, por integrar los elementos que separan el ambiente interior del exterior. La elección de dichos elementos depende de distintos factores, tales como la tecnología que es posible utilizar, su respuesta estructural, su ciclo de vida y además, la estética.
Dado que el material tierra tiene un comportamiento heterogéneo, no puede ser caracterizado para lograr una respuesta homogénea, como puede ser en el caso del hormigón. En el caso de la tierra, la respuesta va a depender de la composición de cada muestra de suelo y de cada lugar (Minke, 2005, p. 16); por tal motivo, los elementos constructivos elaborados a partir de los distintos suelos presentan diversas respuestas térmicas, mecánicas y físicas.
En el presente trabajo se expone una recopilación de datos aportados por normas y proyectos de investigación, referidos a variables del comportamiento térmico y de la resistencia mecánica y estructural de los materiales de construcción con tierra. Algunos de dichos valores han sido resultado de ensayos experimentales realizados en acreditadas instituciones alrededor del mundo. Estos se refieren a propiedades de diferentes tecnologías de construcción con tierra, como es el caso del adobe, la tapia, la quincha y los BTC, entre otras. Se han tomado como referencia de comparación algunos de los materiales empleados en la construcción tradicional, tales como el ladrillo cocido común, el ladrillo cerámico hueco y el hormigón. A partir de ese análisis se establecen algunas reflexiones, con el fin de determinar las características más importantes de los materiales de construcción con tierra y la relación entre ellas.
Se utilizó el método de análisis comparativo tanto para las propiedades térmicas como para la resistencia mecánica. Con tal fin, se hizo una recopilación de antecedentes bibliográficos de publicaciones de varios autores, y a los cuales se adicionaron los datos aportados por las normas reglamentarias y los obtenidos de forma experimental por los autores del presente trabajo. En primera instancia, se definieron las propiedades térmicas y mecánicas que van a ser evaluadas en el desarrollo del artículo. Luego se elaboraron cuadros comparativos, que permitirán visualizar para cada sistema constructivo natural, como el adobe, el barro macizo, el BTC y la quincha, las propiedades térmicas y las densidades obtenidas por diversos autores, respecto a los mismos datos para los sistemas empleados en la construcción tradicional, como el ladrillo macizo, el ladrillo cerámico hueco y el hormigón in situ.
A partir de la Norma IRAM, se analizarán los valores máximos admisibles de transmitancia térmica en muros para Argentina y cuáles serían los espesores de muros necesarios en los sistemas de construcción con barro, para que observen el nivel mínimo de confort térmico de acuerdo con la zona bioambiental.
Finalmente, el mismo procedimiento comparativo se hizo con las resistencias mecánicas para los sistemas constructivos en barro y tradicional, para así poder observar los valores de resistencias al corte, a la flexión y a la compresión simple obtenidos por cada autor o cada norma reglamentaria.
Para elaborar las conclusiones se tuvo en cuenta el análisis de los resultados comparativos sobre los aspectos térmicos y de resistencias mecánicas obtenidos en la revisión bibliográfica, al igual que reflexiones propias sobre las condiciones potenciales de desarrollo de la construcción con tierra en Argentina.
Características térmicas y mecánicas de los materiales
A continuación se presentan las definiciones que ligan a cada propiedad medida con esfuerzos o flujos de energía, y que dan lugar a los valores indicados en las tablas correspondientes.
Propiedades térmicas
Las propiedades térmicas se refieren a la mayor o la menor capacidad de transmitir calor o acumularlo, y así dar lugar a la inercia térmica de una construcción. Dichas capacidades se pueden definir como: densidad, calor específico y conductividad térmica, que se refieren al material. También están la transmitancia térmica, la capacidad calorífica, la inercia térmica y el retardo, que se refieren a los elementos constructivos, como son los cerramientos horizontales (techos), los cerramientos verticales transparentes (paños fijos, ventanas y puertas-ventanas) y los cerramientos verticales opacos (muros y puertas). El significado de estas propiedades térmicas se indica en los siguientes apartados.
Propiedades térmicas referidas al material
• Densidad (kg/m3): es la masa por unidad de volumen de un cuerpo. La mayor o la menor densidad de los materiales de construcción influyen en su capacidad aislante, como se analizará más adelante. Cabe destacar que la densidad también afecta a las propiedades mecánicas.
• Conductividad térmica λ [W/mK|: es la cantidad de calor que se transmite en una dirección, por unidad de tiempo y de superficie, cuando el gradiente de temperatura en esa dirección es unitario.
Propiedades térmicas referidas al elemento
• Transmitancia térmica K [W/m2K]: es la cantidad de calor que transmite un cerramiento en estado de régimen, por metro cuadrado de superficie (perpendicular al flujo de calor), por unidad de tiempo y por gradiente unitario de temperatura entre los ambientes interior y exterior.
• Inercia térmica: es la capacidad que tiene la masa de los materiales para absorber y acumular calor durante las horas de sol, para luego ser liberado a fin de acondicionar el ambiente interior (generalmente, por las noches). Esto contribuye a lograr un mejor confort térmico, al reducir las variaciones de temperatura interior, en comparación con las temperaturas exteriores. El proceso de transferencia de energía no es instantáneo, sino que existe un retraso en el tiempo para que se transfiera el calor por conducción de un lado del muro al otro; esto es conocido como inercia térmica. En la figura 1 se presentan los conceptos de retraso térmico, que es el tiempo transcurrido desde cuando la parte de calor absorbida por el muro llega a la cara opuesta, y amortiguamiento, el cual es la diferencia de energía que hay entre la cara expuesta del muro y la interior (Gutiérrez & Gallegos, 2015, p. 61).
Figura 1. Curvas de retardo térmico de un muro
Fuente: Fuentes Freixanet (2009, p. 122).
Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas se refieren a las variables más importantes para los materiales de construcción o la tecnología constructiva. Dichas propiedades son: la resistencia a la compresión simple, la resistencia a la tracción y la resistencia al corte. Se entiende por resistencia a la compresión simple la capacidad de los materiales para resistir cargas de aplastamiento antes de llegar a la rotura. En el caso de la resistencia a la tracción, esta es la capacidad de los materiales para resistir cargas que tienden a traccionarlo antes de llegar a la rotura. La resistencia al corte hace referencia a la capacidad para resistir cargas de cizallamiento. Estas resistencias tienen una misma expresión; lo que cambia en cada caso es la fuerza que se le imprime al elemento (Gieck, 2005, p. 136).
Una vez definidos los conceptos de las propiedades térmicas y las mecánicas, se procede al análisis comparativo de cada una de ellas respecto a los materiales utilizados tanto en la construcción con tierra como en la construcción tradicional, de acuerdo con los resultados publicados por diferentes autores.
Densidades y propiedades térmicas de algunos materiales y componentes de la construcción con tierra e industrializados
En la tabla 1 se muestran la densidad, la conductividad térmica y la transmitancia térmica de diferentes mezclas de barro y de algunos elementos empleados en la construcción con tierra como el adobe, el barro alivianado, el barro macizo, el BTC y la quincha. La tabla 2 incluye los valores correspondientes de la densidad, la conductividad térmica, el espesor y la transmitancia térmica de paredes de ladrillo cocido común macizo, de ladrillo cerámico hueco y de hormigón macizo fabricado in situ.
Tabla 1. Propiedades térmicas de algunos materiales y elementos de construcción con tierra, según distintos autores y espesores
Fuente: elaboración propia (2019).
Tabla 2. Propiedades térmicas de algunos materiales y elementos de la construcción tradicional, según distintos autores y espesores
Fuente: elaboración propia (2018).
Se observa que los muros construidos con tierra tienen densidades cuyos valores varían entre 750 kg/m3 para el barro alivianado y los 2000 kg/m3 para el barro macizo; si se los compara con los materiales industrializados, sus densidades pueden oscilar entre los 1300 kg/m3 para el ladrillo macizo común y los 2400 kg/m3 para el hormigón fabricado in situ.
En correspondencia con los valores de la densidad de estos materiales, se pueden apreciar los valores de transmitancia térmica y de conductividad térmica, aportados por varios autores. Existen algunas diferencias entre la conductividad térmica de las construcciones de tierra y la convencional. En el primer caso se parte de valores de 0,30 W/ mK para el barro alivianado, de 0,95 W/mK para el adobe y de 1,60 W/mK para el barro macizo, con espesores variables desde los 0,074 m para la quincha hasta los 0,35 m del adobe.
En el segundo caso se parte de valores de 0,29 W/mK para el caso de la pared de ladrillo hueco hasta los 2,32 W/mK para el ladrillo macizo, con espesores de 0,18 m.
En la figura 2 se pueden apreciar valores de conductividad térmica, en escala logarítmica, de los materiales utilizados comúnmente en la construcción tradicional. El poliestireno expandido es el de menor conductividad térmica, y el cobre, el de mayor conductividad térmica. En la misma figura 2, se graficó el rango dentro del cual se hallan encuadrados los sistemas constructivos con tierra, y que varían entre los 0,46 W/mK y los 1,00 W/mK, lo cual muestra la poca variabilidad de la conductividad térmica en las tipologías constructivas con tierra respecto a otros materiales utilizados comúnmente en la construcción tradicional.
Figura 2. Comparación de las conductividades térmicas de los materiales de construcción en W/mK (escala logarítmica)
Fuente: elaboración propia, con base en Edison (2018).
Si se analiza la relación entre la densidad y la conductividad térmica de los materiales (figura 3), se puede observar cómo los materiales con bajas densidades tienen valores bajos de conductividad térmica. Esto se debe a que tienen una menor compactación del material y una mayor existencia de huecos con aire, y ello da por resultado un material más ligero y aislante respecto a uno denso y muy compacto. En el caso del hormigón liviano y celular, se puede ver esta relación, donde a mayor densidad, mayor conductividad. En el caso del adobe y de la tierra compactada, la densidad es relativamente constante, por lo que hay poca variabilidad en la conductividad; sin embargo, en el caso de la tierra aligerada y la quincha, las densidades son bajas, debido a la presencia de una mayor cantidad de aire y a la técnica manual de construcción que se emplea para la materialización de los muros (tabla 1).
Figura 3. Relación densidad-conductividad
Fuente: Evans (2004), p. 15.
Otro aspecto, analizado por varios autores, es el retraso térmico de los distintos sistemas constructivos. En la tabla 3 se observa el retraso térmico comparativo entre un muro de adobe y un muro de tierra compactada, localizado en la zona Bioambiental IIIb, con espesores mínimos, según la Norma IRAM 11.605 (IRAM 11605, 1996, p. 16), de 25 cm y 35 cm, respectivamente, y que dan un retraso térmico de 8,4 horas y 11,4 horas, ambos con una transmitancia térmica similar.En ninguno de los casos se corre riesgo de condensación superficial e intersticial.
Tabla 3. Retraso térmico de un muro de adobe, comparado con el de un muro de tierra compactada
Fuente: Evans (2004, p. 15)
De forma similar, se analiza comparativamente la respuesta térmica del adobe respecto a los materiales tradicionales, como el hormigón, el ladrillo y la piedra (figura 4). Se aprecia que en todos los materiales existe una interrelación lineal entre el espesor del muro y el retraso térmico, donde el adobe se encuentra en una instancia intermedia entre el hormigón y el ladrillo. Si se realiza un estudio más riguroso, es común trabajar con muros de ladrillo de 0,20 m de espesor, lo cual da un retraso térmico de 6 hs. En cuanto al hormigón, para el mismo espesor el retardo es de 5 hs, pero en el adobe es característico construir muros con espesores de 0,30 m, lo cual da un retardo de 9 hs; es decir, si el pico máximo de temperatura exterior es al medio día, toda esa energía absorbida será entregada al ambiente interior alrededor de las 21 hs, que es cuando es más necesaria para lograr el confort. Obviando las pérdidas desde la superficie exterior del elemento hacia el aire exterior, se considera, así mismo, que la absorción solar de la superficie exterior se considera uniforme, lo cual indica un valor constante para todos los casos.
Figura 4. Curvas de retraso térmico de diferentes materiales de construcción
Fuente: Evans (2007, p. 10).
Análisis de los valores máximos admisibles de transmitancia térmica para muros en Argentina
Con el fin de optimizar los cerramientos verticales de las viviendas, se utilizaron las normas IRAM 11.603 (2012) e IRAM 11.605 (1996), para considerar el valor máximo admisible Kmax adm de transmitancia térmica K en muros para cada zona bioambiental de Argentina (figura 5).
Figura 5. Zonas bioambientales de la Argentina
Fuente: IRAM 11603 (1996, p. 38).
Posteriormente se coteja si el cerramiento, tomando en cuenta su transmitancia térmica indicada en las tablas 1 y 2, se verifica en las distintas zonas bioclimáticas, materializadas en las capitales de cada provincia a través de su temperatura exterior de diseño (invierno). La norma IRAM 11.605 indica 3 niveles de confort higro-térmico, que tienen que ver con la no existencia de condensación superficial, de acuerdo con la Norma IRAM 11.625 cuando las temperaturas interiores del aire se mantienen en determinados valores, donde Nivel A: Recomendado; Nivel B: Medio, y Nivel C: Mínimo. Para el presente estudio se ha considerado el Nivel C, que considera una temperatura de 182 C y hasta 4° C de diferencia entre la temperatura interior de diseño y la temperatura superficial interior del cerramiento.
En la tabla 4 se muestran los valores de Kmax adm para cada ciudad de provincia de Argentina, en función de la temperatura exterior de diseño (TED), de acuerdo con los valores de la Norma IRAM 11.603.
Tabla 4. Valores de transmitancia térmica máxima admisible Kmax adm para cada provincia de Argentina
Fuente: IRAM 11.603, (2012).
En la tabla 5 se presentan los valores máximos de K en función de la zona bioambiental definida en la norma IRAM 11.603 y el nivel de confort térmico. Las localidades ubicadas en zona bioambiental V y VI no requieren enfriamiento.
Tabla 5. Valores máximos de transmitancia térmica en función de la zona bioambiental y el nivel de confort higrotérmico
Fuente: IRAM 11605 (1996, p. 7).
Tomando en cuenta el Nivel C de confort y los valores máximos admisibles de transmitancia térmica K para la época de invierno, en la tabla 6 se observa cuáles son los materiales aptos térmicamente para ser utilizados en la construcción de los cerramientos de los edificios, según las diferentes zonas bioclimáticas de la Argentina establecidas en la norma IRAM 11.603.
Tabla 6. Verificación de la transmitancia térmica de diversos materiales en las zonas bioambientales
Fuente: elaboración propia, con base en IRAM 11.601 (2002, p. 14).
Para el análisis se consideraron los casos más comunes utilizados en la construcción tradicional, correspondientes a los muros de ladrillo de 0,20 m de espesor, con mampuestos de espesores de 0,18 m y con revoques en ambas caras de 0,01 m. Para los bloques de hormigón se los consideró sin revoque, y en ambos casos se utilizaron los valores de resistencias superficiales interior 0,13 m2K/W y exterior 0,04 m2K/W.
Para el muro de ladrillo revocado se obtuvo un valor de K = 2,58 W/m2K, según lo cual resulta que dicho valor no verifica para ninguna zona bioambiental. Si se aumenta su espesor a 0,30 m, el valor de K disminuye a 2,03 W/m2K, verificando solamente para verano en las zonas bioambientales Illa, IVa y IVb, que corresponden a zonas muy cálidas y a cálidas (figura 4). En el caso del muro de bloque de hormigón con relleno de lana de vidrio, se tiene un espesor de 0,19 m, que verifica para todas las zonas bioambientales; esta es la opción óptima para el invierno.
Estimaciones del espesor del muro exterior según la técnica empleada para las construcciones con tierra
A partir del análisis realizado según diferentes autores y normas, se tomaron cinco técnicas de construcción con tierra: el adobe, el BTC, la tapia, la quincha y la paja encofrada, y se estimó el ancho mínimo de un muro exterior portante o autoportante necesario para que verifiquen los valores de K del nivel de confort C (tabla 7) adecuados para la los muros exteriores de una vivienda localizada en el Gran Buenos Aires, correspondiente a la zona bioambiental IIIb (zona templada cálida con amplitudes térmicas pequeñas durante todo el año). Para el caso del adobe y del BTC, los espesores de los muros en el exterior varían entre 0,35 m y 0,43 m. Para la tapia es necesario trabajar con espesores de muros de 0,40 m. En cuanto a la quincha y la paja encofrada, que tienen mayor capacidad aislante —por la caña, en el caso de la quincha, y por el aire contenido entre la paja, en el caso de la paja encofrada—, ambas permiten disminuir los espesores de trabajo, que en la quincha es de 0,28 m para los muros exteriores. Así mismo, en el caso de la quincha, se ha analizado que, en el caso extremo de la localidad de Río Gallegos, el espesor del muro de quincha debe ser de 0,27 m para mantenerse dentro del nivel C de la norma, y, en caso de ser factible, se puede lograr un nivel B, con un espesor de 0,13 m totales, pero incorporando 2 cm de poliestireno expandido (Cuitiño, Esteves & Rotondaro, 2014). En el caso de la paja encofrada, el espesor de muro requerido es de 0,25 m. Observando estos valores, se puede concluir que para el Gran Buenos Aires los cerramientos con alguna de estas cinco técnicas son una opción térmica aceptable al cerramiento de ladrillo cerámico de 0,35 m de espesor.
Tabla 7. Estimaciones del espesor mínimo del muro exterior necesario para verificar nivel de confort higrotérmico C en zona bioclimática IIIb (área central de la Provincia de Buenos Aires).
Fuente: elaboración propia (2018).
Resistencia mecánica de materiales y componentes de muros de cerramiento
Existe una reiterada discriminación de las construcciones con tierra, debido a la falta de conocimiento respecto a las características mecánicas de los materiales, los componentes y los sistemas constructivos empleados. Muchos autores han llevado a cabo ensayos en piezas de adobe, BTC y tapia, principalmente, para determinar la resistencia a esfuerzos de compresión simple, corte y flexión. Este comportamiento es de suma importancia al momento de diseñar y construir. En la etapa de evaluación de la resistencia de los elementos constructivos, es cuando cobran relevancia la técnica de elaboración del sistema constructivo, los materiales y las proporciones utilizadas.
La Norma Peruana de Adobe E.080 (Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción, 2000) define el adobe como un "bloque macizo de tierra sin cocer, el cual puede contener paja u otro material que mejore su estabilidad frente a agentes externos y atenúe las fisuras por contracción de secado". En el caso del BTC, el proceso es más controlado, debido a que se utiliza una prensa para generar la presión de compactación, a diferencia del mampuesto de adobe, que no se fabrica con compactación del mortero. Esta compresión implica un aumento de la densidad del bloque, lo que le confiere mejores capacidades mecánicas.
La tapia difiere de los anteriores componentes en el hecho de que consiste en un encofrado móvil dentro del cual se va comprimiendo la tierra estabilizada por capas, mediante un pisón, y de ese modo se construye el muro por partes. En las tablas 8, 9, 10 y 11 se presentan valores de resistencia a la compresión, a la flexión y a la tracción obtenidos por diversos autores, a partir de ensayos normalizados en distintos países y de datos propios.
Tabla 8. Valores de resistencias mecánicas del adobe.
Fuente: elaboración propia (2018).
Tabla 9. Valores de resistencias mecánicas del BTC
Fuente: elaboración propia (2018).
Tabla 10. Valores de resistencias mecánicas de compresión del tapial
Fuente: elaboración propia (2018).
Tabla 11. Valores de resistencias de corte y compresión simple de materiales y componentes de construcción con tierra e industriales (Reglamento CIRSOC 501)
Fuente: Elaboración propia (2018).
Para el caso del adobe, la resistencia a la compresión varía entre 3 kgf/cm2 y 21 kgf/cm2; son muy bajas sus resistencias a la tracción y al corte: 3,16 kgf/cm2. El BTC mejora la respuesta, al obtenerse con él valores que van desde 17 kg/cm2 hasta 121,8 kg/cm2. La oscilación responde al contenido de cemento en la mezcla: a medida que aumenta el porcentaje agregado de cemento, aumenta la resistencia a la compresión y a la flexión. Finalmente, la tapia tiene una resistencia variable, de acuerdo con la conformación de la mezcla de arena-arcilla y con el espesor de muro construido; así, con ella se obtienen valores de entre 46 kgf/cm2 y 196 kgf/ cm2. En el caso de otros materiales y componentes, como el ladrillo común cocido, en la tabla 12 se observan para este valores de compresión desde 1 7,5 kgf/cm2 hasta 78 kgf/cm2. Para para el bloque hueco de hormigón, dichos valores oscilan entre los 45,5 kgf/cm2 y los 130 kgf/cm2. De acuerdo con estos datos, se puede decir que el adobe tiene valores muy bajos de resistencia mecánica, por lo cual sería necesario reforzar la construcción para mejorar su comportamiento estructural. El BTC y la tapia presentan una mejor respuesta que el adobe en cuanto a los valores de resistencias mecánicas normalizadas, y se los puede encuadrar entre el ladrillo común cocido y el bloque de hormigón; sin embargo, a pesar de su mejor respuesta, se debe tener en cuenta que en el caso de los sistemas manufacturados se trata de espesores de 0,18 m, y en el de los sistemas de construcción con tierra se trata de espesores de entre 0,30 m y 0,90 m.
Tabla 12. Rangos de valores de densidad, conductividad y transmitancia térmica de componentes y materiales de la construcción con tierra y otros industriales
Fuente: elaboración propia (2018).
En el trabajo se hizo un análisis comparativo de algunas características del comportamiento térmico y mecánico de diversos materiales de construcción y elementos elaborados con suelos naturales estabilizados, respecto a las propiedades de algunos materiales industrializados convencionales. Se pudo observar la dificultad de homogeneizar los valores en los casos de las técnicas del adobe, la tierra aligerada y la tapia; este comportamiento tiene que ver con la diversidad de densidades; también, con la variabilidad de los materiales y de los morteros que habitualmente se emplean en su fabricación.
Se pudo observar, además, que la conductividad térmica varía de forma exponencial respecto a la densidad, la cual se modifica de acuerdo con el agregado de fibra vegetal y el grado de compactación. Es decir, a mayor compactación disminuye la porosidad, o porcentaje de aire contenido en el interior, y de esta forma disminuye también la aislación y aumenta la conductividad térmica: a mayor densidad del elemento constructivo, mayor valor de conductividad. Este comportamiento es, probablemente, el origen de las diferencias, a veces notables, entre los valores de conductividad térmica o de transmitancia térmica, de acuerdo con los resultados obtenidos mediante ensayos normalizados llevados a cabo por diferentes autores. Resumiendo el comportamiento térmico, en la tabla 12 se muestra, independientemente de los autores, entre qué intervalos oscilan los valores de densidad, conductividad y transmitancia térmica, datos resumidos de las tablas 1 y 2.
Se observa que los valores de densidad encontrados para los materiales de las técnicas constructivas con tierra con morteros de baja densidad de fibras y con suelos estabilizados compactados tienen valores de entre 1200 kg/m3 y 2200 kg/ m3, dado que no es posible trabajar con densidades menores, pues hacerlo implica la existencia de mucho aire incorporado en los morteros.
En el caso de los materiales industrializados más utilizados en la construcción convencional en Argentina, se observa que se trabaja con densidades superiores, que están entre los 1305 kg/m3 y los 2400 kg/m3.
Respecto a la Norma IRAM 11.605, se puede concluir que para lograr el nivel C de confort ambiental en la zona IIIb, correspondiente a la Provincia de Buenos Aires, esta es de 1,85 W/m2 K, y se observó que con la tecnología convencional hay que trabajar con muros de ladrillos cocidos comunes macizos de 0,35 m de espesor, y en el caso del bloque cerámico hueco y del bloque cerámico portante se necesita un muro de 0,20 m de espesor, para lograr ese nivel de aislación. Comparativamente, los espesores necesarios estimados para los muros exteriores de adobe y de BTC oscilan entre 0,35 m y 0,43 m; en la tapia se necesita un muro de 0,40 m; en el caso de la quincha, espesores de 0,28 m, y para la paja encofrada, de 0,25 m.
El otro aspecto analizado es el comportamiento de la resistencia mecánica, principalmente a la compresión simple, dado que es una de las propiedades mecánicas más importantes de los materiales y los componentes de construcción con tierra. En el caso de la resistencia a compresión simple, el intervalo de variación es de entre 3 kgf/cm2 y 21 kgf/cm2 para el adobe, exceptuando un solo valor de 30,4 kgf/cm2 en la tabla 9, en el que son muy bajas las resistencias a la tracción y al corte. La resistencia a la compresión simple mejora en el caso del BTC, con valores entre 17 kg/cm2 y 121,8 kg/cm2, comparables con los del ladrillo común cocido, que pueden oscilar entre 17,5 kgf/cm2 y 70 kgf/cm2, y los del bloque hueco de hormigón, que se encuentran entre los 45,5 kgf/cm2 y los 130 kgf/cm2.
A modo de reflexión final y considerando los resultados de esta investigación, aun tomando en cuenta las particularidades y el comportamiento poco estandarizable de los diferentes materiales, los morteros y los elementos constructivos, en el caso de Argentina la proyección del desarrollo de la arquitectura y la construcción con tierra tiene gran relevancia en el campo de la vivienda. Esta proyección se fundamenta en que a lo largo de las últimas décadas se registra un incremento en la producción de viviendas y de edificios públicos con esta tecnología en todas las regiones del país, desde las de mayor vulnerabilidad sísmica hasta las de menor. En un futuro cercano, estos cambios podrían contribuir con el mejoramiento de las ofertas de construcción del habitat, con una franca orientación hacia arquitecturas y construcciones sustentables, y aportar para reducir el déficit habitacional.
Es posible que en este incremento de construcciones con tecnología de tierra hayan influido las características y las propiedades inherentes a sus comportamientos tanto mecánicos como térmicos, como la capacidad aislante, la facilidad de construcción, el uso de materiales locales naturales y su bajo costo económico relativo.
De la misma forma, es relevante el aspecto estructural de algunas de las técnicas de construcción con tierra, si se acompañan con la calidad de diseño y de ejecución de obra (en el sentido del ancho de muro, los refuerzos y la esbeltez). Se incluye dentro de esta reflexión si es una zona sísmica, dado que dicha tecnología brinda la posibilidad de trabajar en construcciones con tierra con estructuras livianas, flexibles y resistentes.
La mayor aceptación y el mayor interés en la construcción con tierra son un incentivo para seguir investigando sobre el aprovechamiento de las propiedades y las características térmicas y de resistencias mecánicas que caracterizan a las distintas formas de construir empleando suelos naturales modificados y edificaciones de mejor confort ambiental y estabilidad estructural.
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