Gernot M inke

Manual de construcciónpara viviendas antisísmicas

de tierra

Forschungslabor für Experimentelles BauenU niversidad de Kassel, A lemania

Forschungslabor für Experimentelles BauenU niversidad de Kassel, A lemania

Primera edición: Septiembre 2001Tercera edición revisada y ampliada: Abril 2005

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Contenido

A gradecimientos 4Introducción 5

1. Generalidades sobre los sismos 61 .1 Localización, magnitud, intensidad 61 .2 Aspectos estructurales del sismo 62 Emplazamiento de la vivienda 83 Forma de la planta 94. Daños típicos provocados por 11

los sismos y errores de diseño5. A spectos estructurales 136. Muros antisismicos de tapial

(tierra apisonada) 146 .1 G enera l idades 146 .2 E stabilización por la masa 156 .3 E stabilización por la forma 166 .4 Refuerzos internos 197. Muros de adobe 227 .1 G enera l idades 227 .2 Refuerzos internos 247 .3 Muros de bloques machihembrados 267 .4 Refuerzos horizontales y verticales 27

de hormigón armado8. Muros de bahareque (quincha) 289. Muros de elementos textiles 30

rellenos con tierra10. U niones criticas de los elementos 34

estructurales10 .1 Uniones entre cimientos, 34

sobrecimientos y muros10 .2 E ncadenados de muros 3510 .3 E ncadenados que actúan como 36

vigas soleras11. T ímpanos 3712. Cubiertas 3812 .1 G enera l idades 3812 .2 Cubiertas aisladas de la estructura 38

de muros13. Vanos para puertas y ventanas 4114. Cúpulas 4215. Bóvedas 4616. Revoques y pinturas 49

Referencias bibliográficas 51

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A gradecimientos

E s t e m a nu a l se pub l i có en e l con tex to de lproye c to de i nves t iga c ión ” V iv i end a ss ismores i t en tes con m a t er i a l es loc a l es yc l ima t i za c ión pas i va en zonas rura l es de losAndes” patrocinado por las instituciones alemanasD eutsche Forschungsgemeinschaft (D F G) y Ge-sellschaft für Technische Zusammenarbeit (gtz).L a redacción y traducción fueron realizadas porRosario Loayza de F ischer, en conjunto con Alex-ander F ischer y el autor.Los dibujos fueron elaborados por Vera F rey, ellayout y los dibujos en computadora por F riede-mann Mahlke.

K assel, Septiembre 2001Gernot M inke

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Introducción

E n regiones propensas a movimientos sismicos,l a res is t en c i a de l a s cons tru c c iones a es tosimp a c tos es hoy en d í a un a cond i c iónimprescindible.L a elecc ión de los materia les de construcc ióndepende de la disponibilidad, los conocimientosy experi en c i a s loc a l es re l a c ion a dos a l aconstrucción y la aceptación de la población.E l barro como material de construcción a perdidocredibil idad debido a l desconoc imiento de susa mpl i a s pos i b i l i d a des , a l pre ju i c io de serconsiderado el ”material de los pobres” y a quegra n p art e de l a s v i v i end a s re c i en temen teconstruidas en tierra colapsaron por el efecto deultimos sismos.E n v ar i a s regiones A nd in a s propens a s amovimientos sísmicos la utilizacion del adobe parala construcción esta prohibida.E n Mendoza, Argentina por ejemplo más del 80%de la pobla c ión rura l s igue construyendo susviviendas con adobe a pesar de estar prohibida laconstrucción con dicho material, este fenomenose debe a los costos e l ev a dos de l hormigónarmado y el ladrillo.Se debe tener en cuenta que algunas viviendasde tapial del siglo X VI I I y X I X resistieron todoslos sismos sin daños mayores, mientras que lasnuev a s v i v i end a s cons tru id a s con a dobes yladrillos colapsaron.Un censo del gobierno Salvadoreño demostro quelas viviendas de adobe no fueron mas afectadasdurante en sismo de 2001 que aquellas construidascon bloques de cemento.L as propuestas estructurales de este manual estánorientadas a los requerimientos sismicos locales,esto significa que están diseñadas solo para evitarel colapso de las edificaciones.E n sismos moderados se pueden tolerar dañosmenores, como grietas pero de ninguna maneradaños estructurales. E n sismos de la intensidadde diseño (considerada en la región) se puedenaceptar daños menores estructurales pero no elcolapso. E sto implica que la construcción tendrácapacidad de deformación y de absorción de laenergía sísmica.E n este manua l se tra ta de demostrar que esposible diseñar y construir estructuras simplesempleando muros de t ierra para obtener unaresistencia máxima contra efectos de un sismo.L as soluc iones propuestas están orientadas aviviendas de ba jo costo de un solo nivel , que

pueden ser cons tru id a s s i n conoc im ien tosespecializados en zonas rurales de L atinoamérica.E s t e m a nu a l es t a b a s a do en proye c tos deinvestigación llevados a cabo en el Forschungs-labor für E xperimentelles Bauen (F E B), (Institutode Investigación de Construcciones E xperimen-tales) de la Universidad de K assel, Alemania, enla recopilación de la l iteratura existente , en elanálisis de los daños de los sismos en Guatemalay C hi le , en la construc c ión de protot ipos deviviendas antisismicas en Guatemala, E cuador yChile así como seminarios de científicos que sellevaron a cabo bajo la dirección del autor en 1997y 1998 en Santiago de Chile y Mendoza Argen-tina.E stos seminarios y la publicac ión del presentemanual fueron patrocinados por las institucionesa lemanas, D eutsche F orschungsgemeinscha f t(D F G) y Gesellschaft für Technische Zusammen-arbe i t (gt z) en e l con tex to de l proye c to deinvest iga c ión ” Viv iendas s ismores i tentes conmateriales locales y climatización pasiva en zonasrurales de los Andes” .P ara ob tener m á s i n form a c iones sobre l aconstrucción con tierra se recomienda consultarel ” M anual de construcción con tierra, Montevi-deo, U ruguay, publ icadora N ordan 2001” delautor en el que se puede encontrar informaciónde t a l l a d a sobre l a s d i f eren tes t é c n i c a s deconstrucc ión con t ierra , las carac teríst icas delmateria l de construcc ión , las posib i l idades deop t im i z ar l a s mez c l a s y v ar ios e j emp losinternacionales de arquitectura en tierra.

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1. Generalidades

1.1 Localización, magnitud e intensidad delos sismos

E l sismo ocurre por el movimiento de las capastectónicas o por actividades volcánicas.L a s áre a s en e l mundo m á s propens a s amovimientos sismicos se muestran en la fig. 1-1.Los de mayor intensidad se han detectado en elani l lo del Pac í f ico, desde C anadá hasta C hi leinfluyendo también en N ueva Zelanda, Japón yN ueva Guinea. O tra zona propensa a los sismosse encuentra a lo largo del anillo ecuatorial, verfig. 1-1.E n Asia se detectaron sismos de una intensidadde 8 en la escala de Richter y en los Andes porenc ima de 8.7. C erca de c ien sismos con unaintensidad mayor a 6 y veinte con una intensidadmayor a 7 en la escala de Richter son registradosa nu a lmente . M u c hos m i l es de person as sonafectadas por estos cada año.

1.2 E fectos estructurales del sismo

L a magnitud M del sismo usualmente esta medi-d a en l a es c a l a de R i c h ter. E s t a es c a l a eslogarí tmica , no t iene l imite superior y es unamedida de la energía que se libera en el lugardonde se produce el sismo (la llamada energía enel epicentro).L a escala de intensidad I de Mercalli está subdi-vidida en 12 grados. E n ella, se indica como in-

tensidad la perceptibil idad y la fuerza loca l dedestrucción de un sismo.L a fuerza local de destrucción de un sismo y conello sus efectos dependen principalmente de lossiguientes parámetros:- M agnitud- Profundidad del foco y distancia al lugar- G eología, topografía- Suelo y subsuelo local- D uración y frecuencia en el lugar

Por consiguiente, la magnitud es solamente unode los muchos factores que influyen en las con-secuencias de un sismo.L a aceleración del suelo y la frecuencia respecti-va de las aceleraciones determinan los daños enlas construcciones.L as edificaciones son afectadas mayormente porlos impactos horizonta les creados por el movi-miento de la t ierra en el plano horizonta l . L osimp a c tos vert ic a l es cre a dos por la a c t i v id a dsísmica son menores al 50%.D entro de las viviendas el peligro reside en elhecho que los muros tienden a colpasar hacia fueradejando caer la cubierta y los entrepisos al inte-rior de la misma.U na solución técnica antisísmica para construc-ciones hasta dos niveles busca que los muros nose abran hac ia fuera y que las cubiertas se en-cuentren bien arriostradas.

1-1Zonas sísmicas(Houben,Guillaud 1984)

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L a m agn i tud de los v a lores m á x imos de l ade form a c ión hori zon t a l d , de l a ve loc i d a dhorizontal v y de la aceleración horizontal a enun sismo de intensidad mediana son:

d = 0.1 a 0.3 mv = 0.1 a 0.3 m/sa = 0.1 a 0.3 m/s² = 0.15 a 0.30 g

Una aceleración horizontal de 0.3 g significa que30% de l peso prop io de los e l emen tosconstructivos actúan como fuerza en el sentidohorizontal en la construcción.E n el dimesionamiento de acuerdo con el métodode la fuerza equiva lente , la resistenc ia contrafuerzas horizonta les está determinada por unafuerza estática y no una dinámica.Cuanto mayor es la ductilidad disponible (y cuantom a yores son l a s de form a c iones p l á s t i c a spermit idas) tanto menor puede ser la fuerzaequivalente. E sta relación fundamental se utilizapara disminuir la fuerza equivalente necesaria paraun a solu c ión e l ás t i c a en dependen c i a de l aductilidad disponible.D e lo a n ter ior, se puede con c l u ir que l a sconstrucc iones antisismicas deben disponer deuna ductilidad mayor. E sto significa que debenser capaces de asumir parte de la energía con lasdeformaciones plásticas.L a s s igu i en tes c ara c t er ís t i c a s son l a s m á sre l ev a n tes p ara e l comport a mien to de un aestructura durante un sismo:

- Resistencia contra fuerzas horizontales- D uctilidad (capacidad de deformación)

D uctilidad es la capacidad de una estructura desufrir deformaciones sin romperse. E n este caso,se a c ep t a n cons c i en temen te d a ños que seproducen por causa de la salida del rango elástico.E n tre a mb a s c ara c t er ís t i c a s ex is t e un ai n t erdependen c i a i n t im a . E s t a es de gra nimportancia para toda la ingeniería.C on respec to a l r i esgo de cola pso se puedeestablecer aproximadamente la relación siguiente:

«ca l idad» del comportamiento = resistenc ia xductilidad.

D e acuerdo con esta relación, una estructura debetener por ejemplo una gran resistencia y una bajaductilidad o una resistencia baja y una ductilidadalta o puede tener valores medianos tanto de la

resistenc ia como de la duct i l idad . Todas estassolu c iones pos i b l es t i enen prob a b i l i d a dessimilares de resistir un sismo de gran intensidadsin colapsar:

- C uanto menor la res istenc ia , mayor es laductilidad necesaria

- C uanto menor la duc t i l idad , mayor es laresistencia necesaria

L a primera solución posible consiste en construiruna estructura con una resistencia tan alta, queresista el sismo sin deformación plástica. D e estamanera no es necesaria la ductilidad y por lo tantono se requiere capacidad de deformación de laestructura . E sta soluc ión norma lmente es muypoco económica , debido a que exige grandesesfuerzos para la resistencia.E jemp los de es t a solu c ión son l a s a n t igu a sresidencias de tapial con muros de un espesor demás de 60 cm , que resist ieron sismos durantesiglos.Considerando que los sismos de gran intensidadno son comunes, se puede aceptar deformacionesplást icas de la estructura si no se produce uncolapso.F recuentemente , se escoge una soluc ión conestructura de resistenc ia mediana . Con ello, lai n t ens i d a d de d iseño c a us ará sol a mentede form a c iones p l á s t i c a s modera d a s y e lrequerim ien to de du c t i l i d a d se m a n t i enerelativamente bajo.Para sismos de mayor intensidad todavía quedanreservas plást icas sufic ientes, que impiden uncolapso aunque con grandes deformac iones ydaños.Para ello, hay que cubrir los requerimientos deductilidad con un dimensionamiento y un diseñoapropiados.

( Texto según Grohmann, 1998)

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2. Emplazamiento de unavivienda en pendiente

E n áreas propensas a movimientos sísmicos elemplazamiento de la vivienda en el sitio es muyimportante. Por ello se deben tener en cuenta lassiguientes reglas:

a) No debe emplazarse la vivienda en el cortede una pendiente del terreno debido a quelos impactos horizontales de la tierra duranteel sismo pueden provocar el colapso del muroadyacente, ver fig. 2-1.

b) N o debe emplazarse la vivienda sobre unapendiente, para evitar el deslizamiento de laedificación, ver fig. 2-2.

c) N o debe empl a z arse l a v i v i end a c erc a afuertes pendientes , para ev i tar daños pordeslizamientos del terreno, ver fig. 2-3 y 2-4.

d) E n el caso en el que se deba emplazar lavivienda en un terreno en pendiente se debecrear una plataforma, con suficiente distanciahacia los bordes de la pendiente, ver fig. 2-5.

e) E s recomendable que las viviendas masivasy pesadas se emplacen en terrenos suaves yarenosos, para reducir la fuerzas del impactodel sismo. M ientras que las viviendas livianasy flexibles como las de bahareque, se puedenemplazar sobre terreno rocoso.

f) Se deben evitar los desniveles en la vivienda,s i es tos f uesen ne c es ar ios deben es t arseparados a una distancia de por lo menos 1m, creando así espacios autónomos.

2-1 a 2-5 Emplazamiento de la construcción en pendiente2-5

2-4

2-3

2-2

2-1

peligroso

seguro

peligroso

peligroso

peligroso

seguro

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3. Forma de la planta

Para obtener estabilidad de la vivienda la formade la planta es muy importante.E n general:

a) Mientras más compacta la planta, más estableserá la vivienda. Una planta cuadrada es mejorque una rectangular y una circular es la formaóptima, ver fig. 3-1.

b) L a s p l a n t a s con á ngu los no sonrecomendables, si estas fuesen necesarias serecomienda separar los espac ios, la uniónentre los mismos debe ser flexible y liviana,ver fig. 3-2.

Un método simple para simular el impacto de unsismo se demostró en una tesis de doctorado enla U niversidad de K assel donde un peso de 40kg. sobre un péndulo de 5,5 m de longitud se dejóos c i l ar y golpe ar mode los de v i v i end a santisismicas, ver f ig. 3-3. Se hic ieron estudioscompara t ivos con una p lanta cuadrada y unacircular mostrando la mayor estabilidad de estaultima.L uego de dos golpes e l modelo con la plantacuadrada mostró grietas en las esquinas, ver fig.3-4 . L uego de tres golpes e l muro quedoparc ia lmente dañado, ver f ig. 3-5. D espués decuatro golpes dos de los muros colapsaron , verfig. 3-6.E l modelo con la p lanta c ircular presentó lasprimeras grietas recién luego de tres golpes, verfig. 3-7, luego de 6 golpes una parte del muro sedesplazó, ver fig. 3-8. Incluso hasta después desiete golpes el modelo no colapsó (Yazdani, 1985).Syed Sib t a i n cons truyó v ar i a s v i v i end a sant is ismic as en A fgan istán u t i l i zando murosconvexos re forz a dos en l a s esqu in a s concontrafuertes , ver fig. 3-9. L a estabilidad obtenidacon este diseño es tan buena como la que seobtiene con plantas circulares (Sibtain, 1982).

malo mejor optimo

peligroso seguro

3-3 Simulacro de un impacto sísmico (Minke 2001)

3-1 Plantas

3-2

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3-4 a 3-8 E nsayos sísmicos para modelos con plantascuadradas y circulares (Minke 2001)

3-4

3-9 Planta de un vivienda sísmica en Afganistán(Sibtain 1982)

3-5

3-6

3-7

3-8

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4. Daños típicos provocados pormovimientos sísmicos y erroresde diseño

L as figuras 4-1 a 4-3, muestran grietas típicas enmode los a es c a l a 1 :5 provoc a d a s por unmovimiento sísmico simulado ( Tolles et al. 2000)E n ellos, se pudo observar que:E n los vanos de las ventanas a part ir de lasesquinas inferiores aparecen grietas diagona leshacia abajo. Si el área de muro entre los vanos dela ventana y la puerta es muy angosta , esta sedebilita y tiende a derrumbarse.Si los dinteles no penetran suficientemente en lamampostería, estos colapsan como se puede veren la fig. 4-3.Si no h a y un a tra b a en tre los d in t e l es y l amampostería sobre los mismos, aparecen grietashorizonta les. Si no se ejecuta un encadenado(collarín) y si este no tiene traba con la secciónsuperior de l muro esta se quiebra , pudiendoderrumbarse, ver fig. 4-3.L a fig. 4-4 muestra un vivienda diseñada con elpropósito de ser antisismica en la que las esquinasse reforzaron con contrafuertes. L a prueba des imu l a c ión de un s ismo , demos tró que es t acons tru c c ión s i n en c a den a do no era es ta b leaunque la construcc ión de la cubierta era muyliviana y estructuralmente aislada ver figs. 4-5 y4-6 (Sibtain 1982).L a fig. 4-7 muestra 10 errores en una viviendare c ta ngu lar de a dobe , que pueden provoc arunderrumbe durante un sismo.

4-1 a 4-3 Grietas típicas producidas por impactos sísmicossimulados en modelos ( Tolles et al. 2000)

4-4 Viviendas antisismicas, Afganistán (Sibtain 1982)

4-1

4-2

4-3

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5. Aspectos estructurales

Princ ipa lmente hay tres dist intas posibil idadespara construir una vivienda antisismica:

1 . Los muros y la cubierta deben ser tan establesp ara que dura n te e l s ismo no su fra ndeformac iones.

2 . L os muros pueden sufrir de form a c ionesmenores absorbiendo la energía cinética delsismo debido al cambio de la forma. E n estecaso la cubierta debe estar bien arriostradacon el muro mediante un encadenado.

3 . L os muros deben constru irse como en e lsegundo caso, pero se debe diseñar la cubiertacomo un elemento estructural aislado, es decircon columnas exentas de los muros para quedurante el sismo ambos sistemas tengan unmovimiento independiente.

E n el primer caso las viviendas deben tener unaestructura de hormigón armado con columnas enl a s esqu in a s y en los bordes de los v a nos ,conectadas con el encadenado superior, así comocon el cimiento.U na variante para construir un muro rígido sindeformaciones durante el sismo, es conectar lasesquinas de los muros con tensores formando uncruce .E n este caso existe el riesgo durante el sismo,que al ser el impacto muy grande las fuerzas seconcentren en un punto que al estar sobrecargadorompa el tensor, conllevando al colapso de muro,ver fig. 5-1.

4-5 y 4-6 Modelos de la vivienda de la fig. 4-4 despuésde impactos sísmicos simulados (Sibtain, 1982)

4-7 Errores estructurales que provocan riesgos de derrumbedurante un sismo

1. Ausencia de un refuerzo horizontal (encadenado, collaríno viga cadena)

2. L os d in te l es no pene tra n su f i c i en temen te en l amampostería

3. E l ancho de muro entre los vanos de la ventana y la puertaes demasiado angosto

4. E l ancho entre los vanos de la ventana y la puerta enrelación a las esquinas es demasiado angosto

5. Ausencia de un sobrecimiento (zócalo)6. E l vano de la ventana es demasiado ancho7. E l muro es muy largo y delgado sin tener elementos de

estabilización8. L a calidad de la mezcla del mortero es pobre (con una baja

capacidad aglutinante), las uniones verticales no estáncompletamente rellenas, las uniones horizontales sondemasiado gruesas (más de 1,5 cm)

9. L a cubierta es demasiado pesada10. L a cubierta tiene un arriostramiento débil con el muro

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5-2 Vivienda de bahareque afectadapor un sismo enGuatemala (Minke 2001)

Los sistemas del segundo y tercer caso con murosdú c t i l es ( f l e x ib l es) , pueden cons tru irse s i nhormigón armado y sin tensores, lo que los hacemucho más económicos.Por ejemplo, los muros construidos con el sistemade bahareque también denominado bajareque oquincha (wattle and daub en inglés), poseen estaductilidad.L a fig. 5-2 muestra una vivienda de baharequeen G uatemala que después de un sismo, sufriódeformaciones sin colapsar y fue solo necesarioapuntalar uno de sus muros.L os impactos vertica les de la tierra provocadospor e l s ismo , son mu c ho menores que loshori zon t a l es . H a y dos t i pos de imp a c toshorizontales que deben tenerse en cuenta:Los que son paralelos al plano del muro y los queson perpendiculares al mismo (las fuerzas que sondiagonales al muro se pueden dividir en dos com-ponentes una paralela y la otra perpendicular).E l impacto de las fuerzas paralelas al muro, pro-duce un desplazamiento menor de la sección su-perior del muro en relación a la inferior, debido ala inercia de la masa. Por ello, se producen fuer-zas de cizalladura en el muro que ocasionan grie-tas oblicuas.Mientras mayor la altura del muro y mayor el pesode la cubierta, mayor será el riesgo de la apariciónde grietas.Los impactos perpendiculares al muro provocanun momento que puede provocar su colapso. Paradisminuir este riesgo, este debe ser suficiente-

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mente ancho o estar reforzado mediante murosintermedios, contrafuertes y un encadenado.Los muros altos y delgados pueden colapsar aun-que estén reforzados con contrafuertes o murosintermedios, ya que estos se pandean y quiebran.Los daños mayores provocados por un sismo, ocu-rren cuando los muros colapsan hacia el exteriordejando caer la estructura de la cubierta.Por ello, la tarea principal del diseño antisismicoes asegurar que los muros no ca igan hac ia e lexterior o d iseñar una estruc tura de cubiertaa islada es dec ir sobre columnas exentas de laestructura del muro, ver cap. 12.Para el diseño de viviendas antisismicas se debetener en cuenta que las fuerzas del sismo que see j erc en sobre l a cons tru c c ión deben serproporc iona les a la masa de la misma y que eldesplazamiento es mayor de acuerdo a la alturade la construcción.

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6. Muros antisismicos de tapial(tierra apisonada)

6.1 Generalidades

L a técnic a de l tapia l cons iste en re l lenar unencofrado con c apas de t ierra de 10 a 15 cmcompactando cada una de ellas con un pisón.E l encofrado esta compuesto por dos tablonesparalelos separados, unidos por un travesaño, verfig. 6-3. E n francés esta técnica se denomina piséde terre o terre pisé, en inglés rammed earth.E n comparación con técnicas en las que el barrose utiliza en un estado más húmedo, la técnicadel tapial brinda una retracción mucho más baja yuna mayor resistencia. L a ventaja en relación alas técnicas de construcc ión con adobe , es quelas construcciones de tapial son monolíticas y porlo tanto poseen una mayor estabilidad.E n los encofrados tradic iona les , los tablonesp ara l e los sep ara dos se unen por med io detravesaños (de un espesor cons iderable) queatraviesan el muro, ver fig. 6-3 estos al desmoldare l e l emen to de j a n esp a c ios v a c íos queposteriormente deben ser rellenados. Para evitarun encofrado que requiera tener la altura de unpiso y para evitar los travesaños se desarrolló enel Instituto de Investigación de ConstruccionesE xperimenta l es ( F E B) de la U nivers idad deK assel , un encofrado trepador, utilizando solo untravesaño de espesor mínimo en la base (4 x 6mm), ver fig. 6-4.Antiguamente el barro se compactaba con herra-mientas manuales utilizando pisones de base có-nica, en forma de cuña o de base plana, ver fig.6-1.Al utilizar pisones de base cónica y aquellos quet ienen forma de cuña , las c apas de l barro semezclan mejor y se obtiene una mayor cohesiónsi se provee a la mezcla una humedad suficiente.No obstante el apisonado con este tipo de pisonesrequiere de un mayor tiempo que aquel ejecutadocon pisones de base plana.Los muros apisonados con pisones de base plana,muestran uniones la tera les débi les y por e l lodeben recibir solamente cargas verticales.E s preferible utilizar un pisón de dos cabezas conuna cabeza redondeada en un lado y en el otrouna cuadrada. E sto permite que se pueda utilizarel pisón del lado cuadrado para compactar lasesquinas con efectividad y del lado redondeadopara el resto. Tales pisones son utilizados aún hoyen día en el E cuador, ver fig. 6-2.E n el segundo cuarto del siglo X X se utilizaronen Alemania, F rancia y Australia compactadores

6-1 Pisones utilizados para compactación manual(Minke 2001)

6-2 Pisón de dos cabezas empleado en E cuador(Minke 2001)

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eléctricos y neumáticos.E n casi todas las técnicas tradicionales de barroapisonado, el encofrado se desmonta y se vuelvea montar horizontalmente paso a paso.E sto significa que la tierra es apisonada en capasde 50 a 80 cm de altura, la capa superior de unmuro de tapia l siempre es mas húmeda que lainferior parc ia lmente ya seca , por ello hay unaretracción más alta en la capa superior. L o queconlleva a la aparición de fisuras en la junta de lasmismas.E sto puede ser peligroso ya que el agua capilarpuede filtrarse hacia estas juntas y quedarse allí,provocando humedec imiento y desintegrac ión .Como se puede ver en la misma figura, tambiénpueden aparecer fisuras verticales en estos muros.Para evitar las fisuras horizontales de retracciónse deben ejecutar los muros verticalmente y paraello se puede emplear el encofrado trepador.

6.2 Estabilización por la masa

C uando los impa c tos hori zonta l es de l s ismoalcanzan el muro perpendicularmente este tiendea colapsar. Solamente los muros de gran espesor,t i enen l a c a p a c i d a d de res is t i r es t a s c arga slaterales sin requerir elementos de estabilizaciónadic iona les.Se sabe de la existenc ia de residenc ias de dosplantas en Mendoza, Argentina, de más de 150años de ant igüedad que res ist ieron todos los

s ismos , m ien tra s que v ar i a s cons tru c c ionesmodernas vecinas con muros de menor espesorcol a ps aron a pes ar de que mu c h a s f ueroncons tru id a s con l a dri l los y re forz a d a s conelementos de hormigón.H oy en d ía v i v iend as de est e t ipo ya no secons truyen deb ido a l t i empo de e j e c u c iónrequerido para construir muros de 60 a 100 cm deespesor. Por e l lo, es necesario buscar nuevassoluc iones.

6-3 E ncofrados para tapial (Minke 2001)

6-4 E ncofrado trepadorpara paneles de tapial(Minke 2001)

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6.3 Estabilización por la forma

D ebido a que los muros delgados son débiles alas impactos horizontales perpendiculares y ya quelos refuerzos de hormigón armado son costosos,se propone una solución simple de estabilizaciónmediante la forma angular, es decir elementos demuro en forma de L , T , U , X , Y o Z que solo porsu forma proveen resistencia al volcamiento y alcolapso, como se puede ver en la fig. 6-5.E xiste una regla para el diseño de los extremosl ibres de estos elementos. Si el muro tiene unespesor de 30 cm, el extremo debe ser de no másde 3/4 de la altura y no menos de 1/3 de la altura,ver fig. 6-6.E sta longitud mínima es necesaria para transmitirlas fuerzas diagonalmente a los cimientos.C on longi tudes mayores , los extremos l ibresdeben ser estabilizados, mediante otros angulareso columnas.C u a ndo e l muro es t a a n c l a do a b a jo con e lc imiento y fi jado arriba con el encadenado, espos ib le ut i l i zar e lementos de mayor a l tura omenor espesor. Sin embargo, la altura del murono debe ser mayor a 8 veces el espesor (fig 6-7).

6-5 E lementos de muro estabilizados por su forma 6-6 Proporciones aconsejadas para el diseño de elementos

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6-7 Relación aconsejable para muros de tapial

L as fuerzas perpendiculares al muro se transfie-ren a la sección del muro paralela a las mismas.D ebido a que las fuerzas se concentran en laesquina del ángulo, este tiende a abrirse, por elloes recomendable diseñarlas con un espesor mayora la del resto del elemento evitando el ángulorecto, como se puede ver en la fig. 6-8 y 6-9. E staes una soluc ión senc i l la espec ia lmente para latécnica del tapial.L a f ig. 6-12 muestra dist intas propuestas paraplantas utilizando estos elementos angulares.Para obtener una estabilización lateral, se reco-mienda que la junta de dos elementos de murosea machihembrada como se puede ver en la fig.6-10.Para obtener una estructura mas felxible se pue-den emplear elementos de pequeña longitud yhacer una junta sin machihembrado si los elemen-tos están anc lados arriba y aba jo, ver fig. 6-11.D urante un movimiento sísmico esta unión pue-de abrirse sin colapsar debido a que cada elementotiene un movimiento independiente. E ste es unsistema semiflexible que absorbe los choques delsismo. Un proyecto en el que se implementó estatécnica se describe en la sección 6.4.

6-9 D iseño de esquinas de elementos de tapial

6-8 Forma de un ángulo peligroso y de uno mejorado

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6-10 E stabilización lateral mediante una uniónmachihembrada

6-11

6-12 Propuestas de plantas diseñadas con elementos angulares

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6.4 Refuerzos internos

U na soluc ión para estabi l izar muros de barrocontra los impac tos horizonta les del sismo esutilizar elementos verticales de madera o bambúdentro del muro, anclados con el sobrecimiento yfijados al encadenado, ver fig. 6-13.L os elementos de refuerzo horizontal son pocoefectivos e incluso pueden ser peligrosos, debidoa que no se puede apisonar bien la tierra debajode los mismos y ya que el elemento de refuerzono tiene una anclaje con la tierra se debilita lase c c ión en es tos pun tos y pueden a p are c erquiebres horizontales durante el sismo.Una sistema de paneles de tapial reforzados conbambú se desarrolló en 1978 como parte de unproyecto de investigación en el F E B , y se imple-mento exitosamente en Guatemala con la Uni-versidad de F rancisco Marroquin (U F M) y el Cen-tro de Tecnología Apropiada (C E M AT ), ver figs.6-14 a 6-19.E n este proyecto se construyeron elementos de80 cm de largo y de un piso de altura, de tapialreforzado con bambú utilizando un encofrado demetal en forma de T de 80 cm de largo, 40 cm dealtura y 14 a 30 cm de espesor, ver fig. 6-16 y 6-19. L a estabilidad de los elementos se obtuvo con4 varillas de bambú de 2 a 3 cm de espesor y lasección T. E stos elementos se fijaron en la basea un encadenado de bambú dentro de un zócalode mampostería de piedra (hormigón ciclópeo) yen la parte superior a un encadenado de bambúrectangular.

6-15

6-14

6-13

20

D ebido a la nervadura integrada al elemento, estet i ene a prox im a d a mente c u a tro ve c es m á sresistenc ia a las impactos horizonta les que unmuro de 14 cm de espesor.L uego del secado aparecieron grietas verticalesde 2 cm de espesor entre los elementos, estas serel lenaron posteriormente con barro y ac túancomo juntas de fallo prediseñadas permitiendo unmovimiento independ iente a c ada e lemento

6-18

6-16 6-17

durante el sismo. E sto significa que estas juntaspueden abrirse y que toda la estructura se deforma(disipando la energía cinética sísmica) sin que laun id a d de l muro se qu iebre o col a pse . L ascolumnas sobre las que descansa la cubierta seubicaron a 50 cm del muro hacia el interior, verfig. 6-14 de manera ta l que la estructura de lacubierta fuera independiente de l s istema demuros.

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E n 1998 el F E B y científicos de la universidadde Santiago de Chile elaboraron otro proyecto deinvest igac ión para una vivienda antisismica detapia l reforzado. L a v iv ienda se construyó en2001 y tiene 55 m² de superficie útil, ver figs. 6-20 y 6-21.E l diseño esta regido por la idea de separar laestructura de la cubierta de la de los muros. L acubierta descansa sobre columnas independientesde los muros mac izos de tapia l , hac iendo queambos e lementos se muevan de acuerdo a supropia frecuencia en caso de un sismo.Los muros de tapial de 40 cm tienen forma de Ly U . E l ángu lo rec to que se forma en estose lementos se sust i tuye por un ángulo de 45grados para rigidizar la esquina.E l muro de t a p i a l des c a ns a sobre unsobrecimiento de hormigón ciclópeo de 50 cm deespesor. L os refuerzos vertica les del tapia l losconstituyen cañas de coligüe (bambú chileno) de2.5 a 5 cm de espesor, f i jados a l encadenadosuperior y anclados en el cimiento, ver fig. 6-21.E l encadenado esta constituido por dos rollizosde álamo en forma de escalera sobre los muros.L as ventanas y puertas son de piso a techo y not ienen segmentos de muro ma c i zo sobre losvanos.Asimismo el tímpano de la fachadas este y oestese e jec utó con un ta b ique estruc tura lmentea is la do para ev i tar e l pe l igro de la c a í da demateriales macizos durante el sismo.

6-14 a 6-19 Prototipo de una vivienda antisismica de bajocosto con tapial reforzado, Guatemala, 1978(Minke 2001)

6-20 y 6-21 Vivienda antisismica de tapial reforzado en Alhué, Chile 2001

6-19

Refuerzo vertical de bambú

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7. Muros de adobe

7.1 Generalidades

L os b loques de b arro produ c i dos a m a norellenando barro en moldes y secados al aire librese denominan adobes. Cuando la tierra húmedase compacta en una prensa manual o mecánica sedenomin a n b loques de sue lo . L os l a dri l losproducidos mediante un extrusor en una ladrillera,s in cocer se denominan ladri l los crudos. L osbloques más grandes compactados en un moldese denominan bloques compactados o adobones.

L a elaborac ión de los adobes se rea l iza ya searellenando los moldes con un barro de consistenciapastosa o lanzando un barro menos pastoso en elmolde .H ay muchos tamaños y formas de adobes en elmundo, la fig. 7-1 muestra diferentes moldes, queusualmente son de madera. E n L atinoamérica lasmedidas mas comunes son 38 x 38 x 8 cm o 40 x20 x 10 cm . L a fig. 7-2 muestra un proceso deelaboración de adobes en E cuador.E xisten también prensas manuales para elaborarbloques de tierra, la más conocida es la C I N VA-Ram, ver fig. 7-3. E xisten varias variantes de estaprensa por ejemplo la C E T A-Ram, ver fig. 7-4,

7-1 Moldes para adobes ( Minke 2001) 7-2 Proceso de elaboración de adobes en E cuador

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desarrollada en la Universidad C atólica de Asun-ción del Paraguay y permite elaborar tres unida-des a la vez.M ientras que una persona produce por día 300adobes a manos, con este t ipo de prensa unapersona solo llega a producir aproximadamente150 unidades.E stos bloques tienen la ventaja de tener medidasconstantes y superficies lisas.L a desventaja es que la resistencia a compresióny f lex ión es menor y por e l lo es usua lmentenecesaria la estabilización con cemento entre 4 a8%.

7-4 C E TA-Ram, Paraguay 7-3 C I N VA-Ram, Colombia

Tapa

Palanca

Molde

Pistón

Para la ejecución de la maposteria deben tenerseen cuenta las siguientes recomendaciones:- L as capas horizontales del mortero no deben

tener un espesor mayor a 2 cm.- L as uniones verticales deben rellenarse com

pletamente con mortero.- L a calidad del mortero debe ser alta con un con

tenido de arcilla alto para obtener una buenaadherencia y una alta resistencia a la flexión.

- Los adobes deben mojarse antes de sucolocac ión .

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7.2 Refuerzos internos

E l I nst i tu to na c iona l de norma l i za c ión de lavivienda en Perú (I N I N VI), desarrolló un sistemade refuerzo interno para muros en el que hay dostipos de adobes, unos tienen ranuras de 5 cm dediámetro en los extremos y otros son mitades deadobes con una sola ranura para obtener la traba.Por estas ranuras atraviesan varillas de caña, verfig. 7-5. E n este sistema se refuerzan los murosmediante contrafuertes integrados, intermediosy en las esquinas, ver fig. 7-6.L a f ig . 7-8 mues tra un a v i v i end a revoc a d a ,construida con este sistema . E n esta f igura sepueden ver las vigas horizontales de las cerchasde la cubierta, conectadas con los contrafuertes,logrando así una buena ligazón entre la cubiertay los muros.L a figs. 7-6 y 7-8 muestran los aspectos más im-portantes para el diseño de una vivienda con estesistema. Si los muros tienen una longitud 12 ve-ces mayor al espesor, se recomienda ejecutar uncontrafuerte (machón) intermedio. E n la intersec-ción se requiere también un contrafuerte.L as cañas horizontales que se pueden ver en lafig. 7-5 ubicadas sobre los adobes, usualmente sondesven t a jos a s , deb ido a que deb i l i t a n l aresistencia del muro a un impacto sísmico en vezde reforzarlo.L a falla surge por la débil ligazón entre las capasde adobe en las que se encuentran las cañas,deb ido a que l a c a p a de mortero no essuficientemente gruesa para proveer una buenaunión . Para obtenerla es necesaria una capa demortero de 2 cm sobre y debajo de la caña, queda como resultado una junta de 6 a 8 cm.E n este sistema los adobes deben ser rugosos,para que la adherenc ia de estos a l mortero seasuficiente. Si no se cumplen estos requerimientoslos elementos horizontales debilitan la estructu-ra .L a f ig . 7-7 muestra un a p la nta usa d a en E lSalvador (E quipo M aiz 2001).

Si el diseño no provee contrafuertes en las esqui-nas, se requiere reforzar las mismas por ejemplocon hormigón armado, como se puede ver en lafig. 7-10. E n la propuesta de arriba se requierehacer una traba cada 50 cm entre las varillas deacero verticales y la mampostería de adobes, queconsiste en varillas de acero horizontales dobla-das y enganchadas a la mampostería.

7-6 Planta del sistema I N I N VI , Perú (Pereira 1995)

7-5 Sistema I N I N VI , Perú

7-7 Planta del sistema I N I N VI , Perú (Pereira 1995)

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7-10 E squinas reforzadascon hormigónarmado

7-8 Centro de educaciónAcomayo, Perú(Pereira 1995)

7-9 D iseño con el sistemade adobes reforzadoscon contrafuertes

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7.3 Muros de bloques machihembrados

E sta es una soluc ión interesante para construirmuros sin mortero con bloques de suelo cementoque encajan entre si por medio de un sistema demachihembrado.E n la fig. 7-11 se pueden ver diferentes diseñosde bloques. E stos son producidos con un prensamanua l y la t i erra debe ser estabi l i zada concemento.E stos muros pueden resistir los impactos sísmicos,si reciben suficiente carga de la cubierta, si estánreforzados por elementos verticales (caña o hierro)en cada intersección y en los espacios intermediosy si estos e lementos están arriostrados con elencadenado.As imismo , la estruc tura es f lex ib le y puedeabsorber la energía cinética del sismo debido aque los perf i les ma chihembrados t ienen unatoleranc ia mínima que permite a los bloquesmoverse levemente en la dirección horizontal.E l sistema fue desarrollado en el Asian Instituteof Technology, B angkok , las f igs. 7-12 y 7-13muestran la aplicación del mismo en la primeravivienda piloto construida en 1984 en Tailandia.E n este caso los orificios fueron rellenados conuna lechada de cemento y arena en relación 1:3.L a fig. 7-14 ilustra un sistema similar desarrolla-do en la Universidad de los Andes, Mérida, Ve-nezuela. E l sistema consiste en mampostería debloques de suelo cemento machihembrados conranuras y contiene refuerzos horizontales «rafas»a una altura de 1.20 m de hormigón armado, de 6cm de espesor anclados con cañas a los machonesvertica les.E l anc la je entre los bloques machihembradostiene un espesor de solo unos milimetros y porello la resistencia a los impactos laterales es baja.

L as figura 7-15 muestra una propuesta del autorpara incrementar esta resistencia mediante unaunion de 40 mm de espesor con la que se obtieneno solo una union vert ic a l como en los otrossistemas sino tambien una horizonta l entre losbloques.E n los orificios de los bloques se pueden colocarrefuerzos verticales, por ejemplo bambu fijado concemento. Si en los extremos de los muros haycolumnas de hormigon y sobre los muros unencadenqdo de hormigon no son necesarios losrefuerzos vertica les.

7-11 Bloques machihembrados (Weinhuber 1995)

7-15 Sistema de bloques machiembrados F E B , 2001

7-12 y 7-13 Vivienda piloto, Tailandia 1984 (Weinhuber 1995)

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7.4 Muros con sistemas de refuerzohorizontales y verticales de hormigónarmado

L as desventa jas de los muros de mamposteríacomún, es su tendencia a colapsar por efecto delsismo y la dificultad de controlar la calidad de eje-cución de la obra.Un método común para el mejoramiento del com-port a mien to s ísmi co de cons tru c c iones dem a mpos t er í a , es l a u t i l i z a c ión de column a svert i c a l es y en c a den a dos hori zon t a l es dehormigón armado alrededor de la mampostería.Primero se rea l iza la mampostería y posterior-mente se e jecutan los re fuerzos vert ic a l es yhorizontales (refuerzo vertical mínimo 4 varillasde 14 mm y estribos con diametro de 6 mm a unadistancia de 10 cm en la parte final)E n la fig. 7-16 se puede ver que es importante latra b a en tre l a s column a s de hormigón y l amampostería.E sta solución es costosa, muy rígida y no tiene laventaja de la ductilidad (flexibilidad).

7-14 Sistema de la Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela (Pereira 1995)

7-16 E structura de hormigón armado con relleno demampostería

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8. Muros de bahareque (quincha)

L a técnica del bahareque, que en algunos paísesde L atinoamérica se denomina quincha ( en ingléswattle and daub) consiste en elementos verticalesy horizontales formando una malla doble que creaun espacio interior, posteriormente rellenado conbarro, ver fig. 8-2 y 8-3. E xisten también sistemascon una sola mal la, ver fig. 8-1. L os elementosvert ic a l es usua lmente están compuestos portroncos de arboles, los horizonta les de caña debambú, caña brava, carrizo o ramas.E s t e s is t em a t i ene l a v en t a j a de ser dú c t i l(flexible) lo que lo hace resistente a los impactosde los sismos.L a desventa ja de est e s ist ema es que en lapra c t i c a fre c uen temente a p are c en gri e t a s yfisuras, debido a que el espesor de la capa derevoque sobre los elementos de madera no tieneun espesor suficientemente.Por las grietas y fisuras penetra el agua de la lluviaprovocando expansión y desprendimiento delrevoque de barro.As imismo, ex iste e l riesgo que las v inchuc aspuedan vivir en estos huecos, contagiando el «malde chagas». Por ello, esta técnica se recomiendasolo si la e jecuc ión es perfec ta sin f isuras, n igr i e t a s . E l s is t em a requ iere con trol ym a n ten im ien to , s i a p are c en gri e t a s en l asuperficie deben ser selladas inmediatamente.L a fig. 8-3 muestra una vivienda construida cone lemen tos pre f a bri c a dos que después de lensamblaje fueron rellenados con bolas de barro.E ste sistema fue desarrollado por el C entro dePesqu is a s e D esenvolv im ien to ( C E P E D ) ,C amari, Brasil.E l diseño de las arquitec tas K uhn , Poblete yTrebilcock , ver fig. 8-4, muestra una propuestaque utiliza el sistema de bahareque como rellenoentre e lementos de ta p ia l que a c tú a n comocolumnas.L a f ig. 8-5 muestra una soluc ión errónea muyprimitiva , uti l izada muchas veces en pa íses deL a t i noa méri c a como a l t ern a t i v a a l s is t em ab a h areque . L os re l l enos en tre las column asverticales son de mampostería de adobes puestosde canto y entre ambas columnas se tensa alambrede púas interior y exteriormente para rigidizar losmuros. Como se puede ver este muro es muyfrágil y no es recomendable, en este caso se debereduc ir la distanc ia entre las columnas, tensarmejor los alambres y revocar la superficie.

8-1 E dificación de bahareque tradicional, Venezuela(Minke 2001)

8-2 Variantes del la técnica del Bahareque(según Vorhauer 1979)

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8-3 Bahareque con elementos prefabricados C E P E D , Brasil

8-4 Propuesta para una planta (L aboratorio de Construcciones E xperimentales, K assel 1998)

8-5 Solución errónea al sistema bahareque

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9. Muros de elementos textilesrellenos con tierra

E n e l I ns t i t u to de I nves t iga c ión deC onstruc c iones E xperimenta l es ( F E B) de laUniversidad de K assel, Alemania, desde 1977 seinvestigaron diferentes posibilidades para utilizaren la construcción de muros elementos textilesrellenos con tierra arcillosa, pómez o arena.L a fig. 9-1 muestra el prototipo de una viviendacon muros a n t is ismi cos , cons tru idos conmangueras textiles rellenas con tierra y pómez,en la Universidad de K assel, Alemania, en 1978.Se re l lenaron las mangueras de yute con unembudo y se colocaron en hiladas en forma de U ,estas se fijaron verticalmente con cañas de bambúdelgadas, ver fig. 9-2.E l yute se cubrió con varias capas de pintura decal, ver fig. 9-3, para prevenir la putrefacción delm a t er i a l y p ara es t a b i l i z ar l a superf i c i e eimpermeabilizarla.L a estruc tura de la c ub ierta desc a nsa sobrecolumnas exentas ubicadas hacia el interior delespac io.Como parte de un proyecto de investigación decooperación del F E B , la U niversidad F ranciscoM arroqu in ( U F M ) y e l C entro D e E stud iosM esoameric a no sobre Tec nología A prop ia da( C E M A T ) ambos de G ua tema la , en 1978 seconstruyó una vivienda prototipo de 55 m² enGuatemala utilizando mangueras rellenas para losmuros, ver fig. 9-7.

9-1 Prototipo de una vivienda antisismica, Universidad de K assel, Alemania 1978

9-2 y 9-3 Muro de mangueras textiles rellenas

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9-4 a 9-6 Proceso de construcción con mangueras textiles rellenas

9-7 Prototipo de una vivienda antisismica de bajo costo, Guatemala 1978

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9-8 Planta y fachada de la vivienda antisismica, Guatemala 1978

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E sta técnica se desarrol ló a part ir de ensayosprevios y fue adaptada a las condiciones locales,ver figs. 9-4 a 9-8. E n ella, las mangueras de 10cm de diámetro se hicieron de tela de algodón yse re l lenaron con suelo volc ánico compuestofund a ment a lmen te por pómez . E s t a s seembebieron en una lechada de cal (para evitar lapu tre f a c c ión de l a t e l a) , ver f ig . 9-5 yposteriormente se coloc aron entre columnasverticales ubicadas a una distancia de 2.25 m, verfig. 9-6.Una estabilidad adicional se logro con cañas debambú fijadas verticalmente a un distancia de 45cm entre cada panel. L uego de que los muros sefijaron se les dio un acabado con dos capas dep in tura de c a l prep ara d a con 1 bolsa de c a lhidráulica, 4 kg. de sal común, 2 kg. alumbre y 30litros de agua.L a estruc tura de la c ub ierta desc a nsa sobrecolumnas exentas ubicadas a 50 cm de los muroshac ia el interior. L os costos materia les de estaestructura resultaron ser la mitad de los costos deuna vivienda similar construida con bloques dehormigón .E n el prototipo mostrado en la fig. 9-1, el murode la derecha en forma de U fue construido conotro sistema de muros textiles rellenos. Se clavanal suelo columnas delgadas de madera y se fijayute por dentro de la estructura, obteniendo unbolso de yute dentro de la estructura que se rellenacon tierra y pómez. E l muro concluido se pintócon una lechada de cal para evitar su putrefacción.L os e l emen tos de es t e s is t em a se puedenprefabricar en longitudes de hasta 10 m para luegodoblarse y enrollarse facilitando el transporte, verfigs. 9-9 a 9-11.

9-9 a 9-11 E lementos textiles rellenos para muros

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10. U niones criticas de loselementos estructurales

10.1 U niones entre cimientos,sobrecimientos y muros

Respecto a la a ltura (h) del c imiento se puedede c i r que es t á con form a do por dos p art esinseparables una de ellas denominada sección decarga (h1) que es la parte del cimiento que recibelas cargas de la construcción y las distribuye enun área mayor, estará dimensionada en funciónde V y deberá cumplir con la relación h/V=2; y lasecc ión de soporte (h2) cuya func ión es la derecibir las cargas y transmitirlas al suelo. Su alturano será menor a 0.20 m.E s decir la altura mínima del cimiento será de 0.40m. Puede ser más alto si la resistencia del suelono es suficiente o si el suelo tiende a congelarsehasta una profundidad mayor.E l espesor usua lmente es 20 cm mayor que eldel sobrecimiento, ver fig. 10-1.E n un muro de tapia l de 50 cm de espesor, elc imiento y e l sobrec imiento pueden tener e lmismo espesor que el muro.L os sobrec imientos son usua lmente ejecutadoscon ladril los o piedras pero deberán ejecutarsepre feren temen te con hormigón c i c lópeo uhormigón armado. Su altura no deberá ser menora 0.30 m.L as uniones entre el cimiento y el sobrecimiento,asi como entre el sobrecimiento y el muro debentener una buena traba para hacerlas resistentes alos impactos horizontales del sismo, es decir paraevitar que se quiebren.L as superficies de los cimientos y sobrecimientosno deben ser l isas sino más bien deben tenerelementos de traba (piedras, cañas o elementosde madera) que logren una mejor unión , estoselementos deben situarse cada 30 a 50 cm, verfig. 10-2.E n el caso en el que una protecc ión sobre elsobrec imiento contra la humedad ascendente(cartón asfá l t ico o plást ico) sea necesaria , estadebilita la unión por ello los elementos verticalesde traba son muy importantes.E n la f ig. 10-2 se puede ver la disposic ión delelemento de madera que actúa como traba.E n muros de adobe , es necesario ut i l i zar unmortero con una buena capacidad aglutinante parala unión entre el sobrecimiento y la primera hiladade adobes. E l mortero a utilizarse para las juntas

10-1 C imentación para muros perimetrales

10-2 D isposición del elemento de madera que actúacomo traba

10-3 F undación desplazable

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entre las hiladas debe tener la misma calidad.U n a propues t a de l a u tor tod a v í a noexperimentada para reducir el impacto del sismo,es d iseñar un c imiento f lotante , es dec ir unafundación desplazable como se puede ver en lafig. 10-3.E n este caso la base del cimiento debe tener un

10.2 Encadenados de muros

L os muros deben es t ar coron a dos conen c a den a dos (v iga c a den a , col l ar í n) , quetrnsmitan las fuerzas de flexión que ocurren porlos impactos perpendiculares al muro. E stos pue-den actuar también como soporte de la estructu-ra de l a c ub iert a . E s import a n te un buenarriostramiento entre el encadenado y el muro detierra.E n muros de tapia l , durante e l apisonado sepueden coloc ar dentro de l mismo p iezas demadera sostenidas por a lambres de púas queposteriormente se fijarán con el encadenado, verf ig . 10-4 . U n a me jor solu c ión es med i a n tee lementos de madera o de bambú coloc adosdentro del muro, anclados en el sobrecimiento yfijados al encadenado, como se puede ver en lasfigs. 10-5, 6-14 y 6-21.E n muros de adobes, no es sencillo obtener unarrriostramiento suficiente entre el encadenadoy la mampostería de adobe.Cuando se ejecuta un encadenado de hormigónarmado, en la ultima hilada de adobes las juntasverticales deben dejarse libres para ser rellena-das con la mezcla de hormigón obteniendo así unabuena traba.

10-4 Anclaje del encadenado con el muro de tapial 10-5 Anclaje del encadenado con loselementos de refuerzo del muro

espesor mayor en forma redondeada que descanseen un canal relleno con canto rodado de 4 a 16mm de diámetro.L os imp a c tos de l s ismo son p arc i a lmen teabsorbidos por este canal, debido a que el cantorodado puede desplazarse.

10-6

10-7

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10.3 Encadenados que actúan como vigassoleras

Si los encadenados actúan también como vigassoleras de la cubierta, estos deben descansar sobreel eje del muro, ver fig. 10-13.Si la solera es angosta, es necesario ejecutar laultima hilada del muro con ladrillo cocido paradistribuir uniformemente la carga de la misma enl a se c c ión de l muro . Si l a solera des c a ns adirectamente sobre los adobes se corre el riesgoque durante el movimiento sísmico, la ult imah i l a d a t i end a a quebrarse deb ido a su poc aresistencia a la flexión, ver fig. 10-14.E s necesario que los tijerales de la cubierta, re-partan su carga uniformemente sobre el encade-nado. Por ello, se deben ejecutar entre estos ele-mentos, cuñas de madera o de hormigón (fig. 10-15).L a fig. 10-15 izquierda muestra una solución condos troncos de madera como encadenado, quedescansan sobre una mezc la de mortero de ce-mento, a la derecha se puede ver una soluciónp ara un en c a den a do de hormigón . E larriostramiento entre el encadenado y el tijeral,debe ser rígido.

10-9 10-10

10-11

10-12

10-6 a 10-12Soluciones parareforzar las esquinasde los encadenados

peligroso

peligroso seguro

10-13 E mplazamiento del encadenado sobre el muro

10-14 D istribución de las cargas a través de una hilada deladrillos cocidos sobre un muro de adobe

10-15 Soluciones para uniones entre encadenados y tijerales

seguro

Cuando se emplean elementos de madera, estosdeben ser cubiertos por mortero de cemento concapas de un espesor mínimo de 2 cm, ver fig. 10-6 .D ebido a que bajo la influencia sísmica se creanmomentos en las esquinas de los encadenadosestas deben ser rígidas. L as f igs. 10-6 a 10-8,muestran diferentes soluciones para reforzar lasesquinas de los encadenados de madera sobremuros de adobe, las figs. 10-9 a 10-11 muestrandiferentes soluc iones para reforzar las esquinasde los encadenados de hormigón armado sobremuros de adobe y la fig. 10-12 muestra una solu-c ión para encadenados de madera sobre murosde tapial.

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11. T ímpanos

Si se cons truyen los t ímp a nos comoprolongac iones de los muros, estos t ienden acolapsar durante un sismo a causa de los impactoshorizontales perpendiculares a su eje.L a soluc ión optima es construir una cubierta acuatro aguas evitando los tímpanos.Si es tos f uesen ne c es ar ios , se re comiend aconstruirlos como tabiques aislados del sistemade muros, fi jados a la estructura de la cubiertacomo se puede ver en la fig. 11-1.C uando un t ímpano debe ser constru ido cona dobes o t a p i a l , debe ser es t a b i l i z a do concontra fuertes , ver f ig . 11-2 , o med iante unaestructura de hormigón armado, esta soluc iónresu l t a muy cos tos a y por lo t a n to no esrecomendable, ver fig. 11-3.

11-1 T ímpano fijado en la estructura de la cubierta

11-2 T ímpano estabilizado con contrafuertes

11-3 T ímpano estabilizado con estructura de hormigónarmado

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12. C ubiertas

12.1 Generalidades

L a cubierta debe ejecutarse tan liviana como seaposible.L as cubiertas con tejas o ripias de piedra no sonrecomendables debido a su peso y al riesgo queestas caigan dentro de la vivienda.Para el diseño de viviendas antisismicas se reco-miendan cubiertas a cuatro aguas. E n el proyec-to de las figs. 12-8 a 12-9 se muestra una soluciónde cubierta a cuatro aguas simple y económica,que descansa sobre una planta cuadrada.L as cubiertas a dos aguas son construcciones sen-cillas, pero requieren tímpanos que no son reco-mendables debido a que pueden colapsar si noestan bien diseñados, ver capitulo 11.Para espacios de menos luz, las cubiertas a unaagua son más economicas pero en este caso lasvigas sobre las que descansan los tijerales requie-ren estar unidas formando un encadenado incli-nado.

12.2 Cubiertas aisladas de la estructura delos muros

D ebido a que en el sismo la cubierta tiene unafrecuencia de movimiento diferente a la de losmuros, es recomendable que esta descanse sobrecolumnas exentas de la estructura del muro.L as columnas deben estar separadas del muro parapoder tener un movimiento independiente.L as f igs. 12-1 a 12-4 muestran propuestas delautor para viviendas diseñadas con este sistemaestructural.E s necesario que las columnas estén empotradasen los cimientos y ancladas a la cubierta medianteriostras. E stas uniones deben ser semirigidas detal manera que posean una ductilidad suficiente.L a s f igs . 12-5 y 12-6 , mues tra n se c c ionesverticales de viviendas que fueron descritas en lasecc ión 6.4.E n el primer caso las columnas sobre las quedescansa la cubierta están emplazadas dentro delespacio y en el segundo caso se encuentra fuera.

12-1

12-2

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12-312-1 a 12-4 Propuestas para viviendas con cubiertas aisladas

12-4

12-6 Sección de una vivienda antisismica de tapialreforzado en Alhué, Chile 2001

12-5 Sección de una vivienda antisismica de tapialreforzado, Guatemala, 1978 (Minke 2001)

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E n las figs. 12-7 a 12-9 muestran la construcciónde una vivienda de bajo costo que fue construidaen 1989 en Pujili, E cuador (diseño: Gernot Minkey F U N H ABI T, Quito).E n es t a v i v i end a e l s is t em a de muros es t ácompuesto por dos e lementos en forma de Useparados por una puerta y una ventana.Los elementos tienen un espesor de 40 cm, sonde tapia l con una mezc la de t ierra arc i l losa ypiedra pómez para mejorar el aislamiento térmico.L a cubierta de cuatro agua descansa sobre unaviga, apoyada sobre cuatro columnas exentas quearriostran la cubierta.L a unión entre las vigas y las columnas es solosemirigida permitiendo la duct i l idad necesariadurante el sisimo.L a cubierta fue construida con troncos de euca-lipto cubiertos con caña brava, el recubrimientoconsiste en una mezcla de tierra arcillosa, pómez,estiércol, fibra de sisal, y aceite usado de motor,que después del secado fue pintado con una pin-tura blanca.

12-7 a 12- 9 Vivienda antisismica de bajo costo, Pujili,E cuador 1989

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13. Vanos para puertas yventanas

L os vanos para puertas y ventanas debilitan laestabilidad de los muros. D urante el sismo se creangrietas diagonales desde las esquinas y sobre losdinteles grietas horizontales, ver fig. 4-1 a 4-3.L os dinteles requieren estar empotrados por lomenos 40 cm en la mampostería de adobes, paraobtener una buena traba, ver fig. 13-1.U na mejor soluc ión es ejecutar los dinteles devanos contiguos a un mismo nivel, uniendo ambosen un solo elemento, ver fig. 13-2. Pero en estecaso la parte superior del dintel es debil.E sta solución puede ser mejorada si el dintel a suvez actúa como encadenado y si el antepechodeb a jo de l a ven t a n a no se e j e c u t a conmampostería sino con un elemento flexible deplanchas de madera o bahareque. D e esta manerala ventana tiene la misma función que la puerta alseparar los elementos del muro, ver fig. 13-3.L a solución optima para muros de adobe consisteen reforzar los bordes de los vanos mediante co-lumnas verticales ancladas en la mampostería deadobes, ver fig. 13-4.L as siguientes reglas deben tenerse en cuentapara la ejecución de vanos, ver figs. 13-5 y 13-6:a) L as vanos para ventanas no deben tener una

longitud mayor a 1.20 m, ni más de 1/3 de lalongitud de la fachada.

b) L a longitud del muro entre los vanos y entreestos y el borde de los muros debe ser demínimo 1/3 de la a l tura del muro, pero nomenor a 1 m.

c) L as puertas deben abrirse hacia afuera. Al ladoopuesto de la puerta se recomienda ejecutarotra o una ventana que pueda utilizarse comosalida de emergencia, ver fig. 13-6.

13-6 Posición de ventas y puertas

13-1 peligroso aconsejable

13-2 mejor

13-3 óptimo

13-4 Solución optima para vanos

13-5 D imensionamientos de vanos

13-1 a 13-3 Soluciones para dinteles

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14-1 Componentes de la resultante en el arranque(Minke 2001)

14-2 E xcentricidad permitida 14-3 Estabilización del encadenado mediante contrafuertes

14-4 D iseño de la abertura de la puerta en una cúpula

14. C úpulas

E l problema principal en el diseño estructural decúpulas es la transferencias de los empujes a lasfundaciones. L a fig. 14-1 muestra como la fuerzaresultante en el arranque puede separarse en doscomponentes un a vert i c a l y un a hori zon t a l .M ientras mas inc l inada la resultante menor sucomponente horizontal.E l soporte de la cúpula debe ser un encadenadohorizontal de hormigón armado, acero o maderaque debe estar arriostrado con la cúpula y el muropara evitar que la cúpula se desplace durante elsismo. E ste encadenado debe asimismo tener unperfil inclinado hacia el interior que contenga elmovimiento de la cúpula en caso de un sismo,ver fig. 14-3.

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14-7Coordenadas de7 proporcionespara una cúpula(Minke 2001)

D ebido al gran peso de una cúpula es necesarioestabilizar el muro mediante contrafuertes, verfig. 14-3. L a union entre el encadenado y la cupulaasi como entre el muro y el encadenado debe sermuy estable para transmitir las fuerzas horizonta-les del sismo.Si l a c úpu l a arra n c a d ire c t a mente sobre unsobrec imiento la estructura es más estable , verfig. 14-2. E n este caso el cimiento debe actuarcomo encadenado y se ejecuta usualmente conhormigón armado y la resultante de la cúpula debeba jar por e l medio terc io de la superf ic ie delcimiento, es decir que la excentricidad debe serde 1/6 del espesor del cimiento, ver fig. 14-2.

E n esta solución se debe tener en cuenta, quelos vanos de ventanas y puertas desestabilizan laestructura de la cúpula. Por ello, se deben diseñarlas aberturas para los ingresos a la cúpula y paralas ventanas en forma de bóvedas que interceptenla cúpula y que así transmitan las fuerzas decompresión a los cimientos, ver fig. 14-4.U na cúpula antisismica debe tener una secciónespecial que evite todas las fuerzas de anillo decompres ión y t ens ión , as im ismo l a l í ne a depresiones de la cúpula debe mantenerse en elcentro del espesor de la cúpula y la excentricidaddebe ser menor a 1/6.E n una cúpula de forma semiesferica la línea de

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14-5 Sección semiesferica no aplicable para el diseñoantisismico (Minke 2001)

14-6 Curva ideal para la sección de una cúpula en relacióna otras curvas comunes (Minke 2001)

presiones sale del centro de su espesor y se creanfuerzas de anillo a tensión en los arranques quetienden a abrirse y producen el colapso de la mis-ma, ver fig. 14-5.L a fig. 14-6 muestra la curva ideal para la secciónde una cúpula que no produce fuerzas de anillo,en relación con las curvas de una parábola, unacatenaria y un semicírculo.E sta curva fue derivada mediante un programade computadora, pero puede obtenerse utilizandola lista de coordenadas de la fig. 14-7, en la que res el radio y h la altura de la cúpula sin contar el

14-9 Colocación de los adobes con la guia rotataria,L a Paz, Bolivia 2000

14-8 Guia rotatoria, L a Paz, Bolivia 2000

parábola

curva ideal

semicírculo

catenaria

sobre c im ien to , tom a d a s h a s t a e l c en tro de lespesor de la cúpula. L a relación de r y h definela secc ión . E sta f igura , contiene coordenadaspara 7 diferentes proporciones, así como el ánguloα, la superficie A y el volumen V variables encada caso.Para construir una cúpula sin encofrado con estasección estructuralmente optima, se diseñó en elF E B una guía rotatoria, que tiene un ángulo rectocon el que se colocan los bloques. E ste ánguloestá ajustado a un brazo rotatorio fijado a un pos-te vertical. L as figs. 14-8 a 14-11 muestran la apli-cación de esta técnica para una cúpula de 8.80 mde luz libre y 5.50 m de altura libre que se cons-truyó en L a Paz, Bolivia en 2000. Los adobes deesta cúpula se elaboraron manualmente con unmolde especial con esquinas redondeadas.Con esta forma se obtienen una buena distribuciónde l son ido . E l comport a mien to a c ús t i co esoptimizado tambien a l profundizar las unionesverticales entre los adobes obteniendo un efectode absorcion del sonido y mediante la inclinacionde cada hilada se evita el efecto de focalizaciondel sonido.

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14-11 Vista interior de lacúpula, L a Paz,Bolivia 2000

14-10 Vista exterior de lacúpula, L a Paz,Bolivia 2000

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15. Bóvedas

L a s bóved a s dura n te un s ismo t i enen un aestabilidad menor a la de las cúpulas descritas enel capitulo 14.L a viga cadena debe ser muy estable debido aque las fuerzas resultantes de la bóveda creanflexión en este elemento.E s aconsejable que la planta de las bovedas seacuadrada, en el caso en el que la planta requierauna forma rectangular, son necesarios tensores ocontrafuertes que refuercen la viga cadena, verfig. 15-1.Se recomienda que al igual que las cúpulas, lasbóved a s arra nquen d ire c t a mente sobre e lsobrecimiento para obtener una mejor estabilidaden caso de sismo, ver fig. 15-2.L a sección transversal de una bóveda que por logeneral esta cargada solo por su propio peso, debetener la forma de una catenaria invertida, de talmanera que solo contenga cargas de compresión,ver fig. 15-3.Una regla importante para el diseño y cálculo esque la resultante de la bóveda debe bajar por elmedio tercio de la superficie del cimiento. E stosignifica que la excentricidad debe ser menor oigual a 1/6 del espesor, ver fig. 15-2. E l cimientodebe tener un encadenado de hormigón armadoque pueda resistir las fuerzas perpendiculares delsismo. E n la fig. 15-4 se puede ver la sección deuna vivienda con un sobrecimiento mal ejecuta-do, ya que la resultante sale del material y creaun momento en el sobrecimiento que podría pro-vocar su colapso durante el sismo.L as fachadas de la bóveda deben ser reforzadasal igual que los tímpanos descritos en el capitulo11 . L a me jor solu c ión seri a que es tos se a nelementos l iv ianos y f lex ibles e jecutados pore jemplo con bahareque o con una estera demadera revocada.L a fig. 15-5 muestra un diseño del autor, para unavivienda antisismica de ba jo costo en la regiónde Gujarat, India.Una propuesta del autor para bóvedas antisismicasde adobe reforzadas con bambú, que se construyóen un prototipo de ensayo, se puede ver en lasfigs. 15-6 a 15-10.E sta fue construida, con arcos de adobes espe-ciales con orificios por los que atraviesa una es-tructura de bambú.

15-1 Viga cadena estabilizada mediante tensores o contrafuertes

15-3 L ínea de presiones y catenaria (Minke 2001)

15-2 E xcentricidad permitida

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L a estructura de bambú se construyó con tressecciones de bambú cortadas longitudinalmente.Para facilitar su doblado estas fueron sumergidasen agua durante tres días.Se doblaron las secciones de bambú sobre estacasclavadas en la tierra formando la catenaria, quees la forma ideal para una bóveda, ver fig. 15-7.Para estabilizar el arco se fijaron las secciones conalambre cada 50 cm. Una vez armado, el arco semonto sobre el sobrecimiento en posición verticaly se f i jo a los h i erros que sobres a l en de lsobrecimiento, ver fig. 15-8.E l bambú requ iere estar b ien anc lado en e lsobrecimiento, debido a que durante el sismo estaunión puede recibir esfuerzos de tensión.Sobre los adobes se colocó una membrana depol iester cubierta de PV C f i jada y tensada a lsobrecimiento, que tiene la doble función de pro-teger la bóveda de las inclemencias del tiempo ypretensar el arco proveyendo mayor estabilidad.E sta se obtiene mediante el pretensado de lamembrana a tensión que produce un pretensadoa compresión en la bóveda. Si el prentensado esmuy fuerte , la secc ion optima cambia de unacatenaria a una elipse.L os impa c tos de l s ismo pueden deformar labóveda , por e l lo las jun tas en tre los adobespueden abrirse pero no se produce el colapsodebido a la estructura de bambú.L a estabilidad de la bóveda depende de su ducti-lidad.

15-5 D iseño para una vivienda antisismica en India15-4 Sección de una bóveda mal diseñada

resultante

Mortero de barro estabili-zado o recubrimiento de

paja fijada sobre unacapa de asfalto

Malla de cañarevocada

con barroMorterodecemento

Cocina

Terrazoa

Tensor

Baño

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15-6 E laboración de adobes especiales

15-7 Construcción del arco de bambú

15-8 y 15-9Bóved a a n t is ismi c areforzada con bambúF E B K assel, 2001

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Para zonas sísmicas en Argentina e Iran el autordesarrol ló un sistema simi lar pretensado parabóvedas de adobe.L a F ig. 15-10 muestra el diseño para un colegioen Bam, Iran, donde las bóvedas tienen un espesorde 30 c m . L a s m ism a s es t a n pre tens a d a smediante perfiles de metal fijados al encadenadode hormigon armado ubicado en la base de la

bóved a . F uerz a s igu a l es de pre tens ion sonrecibidas en cada seccion mediante el uso de unallave de esfuerzo de torsion. L a seccion optimade la bóveda fue derivada por un programa decomputa c ion , esta sec c ion gara nt i za que lasfuerzas resul tantes de la c arga muerta de laestructura y las fuerzas de pretension desciendanen el medio de la seccion del muro.

15-10 E scuela en Bam, Iran

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16. Revoques y pinturas

Los muros de adobe requieren un revoque quepuede ser de barro, cal o barro estabilizado concal, cemento o asfalto (bitumen).No debe aplicarse nunca un revoque de cemento,debido a que este es frágil y quebradizo, así comomuy poco flexible y por ello tiende a crear fisuraspor las cargas térmicas que expanden y contraenel material y por impactos mecánicos.Si el agua penetra en estas fisuras el barro se ex-pande y el revoque tiende a desprenderse.E n la vivienda más antigua de tierra apisonadaconstruida en A lemania en 1795, se encontródura nte tra b a jos de rep ara c ión en 1992 un aerosión masiva por congelamiento que destruyóel barro hasta una profundidad de 20 cm, debidoa que el agua penetró a través del revoque decemento que fue aplicado algunas décadas antes.L a Iglesia en Ranchos de Taos, N uevo Mexico,ver fig. 16-1, construida con adobes en 1815, serevocó con cemento durante una restauración lle-vada acabo en 1967. Once años después el revo-que de cemento debió ser desmantelado debidoa que el barro mostraba daños severos provoca-dos por las filtraciones del agua de lluvias a tra-vés de las fisuras.Si se aplica un revoque de barro, es aconsejable

estabilizar la superficie con una lechada de cal oca l-caseina .Los muros de tapial no requieren revoques, bas-ta alisar la superficie en estado húmedo con unaplancha de madera o fieltro y aplicar posterior-mente una pintura como protección contra la ero-sión de la lluvia.E sta pintura debe ser de cal o cal-caseina y debenapl ic arse tres c apas . L a primera muy aguadadebido a que la solucion debe penetrar en el muro2 o 3 mm.

16-1Iglesia San Franciscode Asís, Ranchos deTaos, E E U U

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L as figuras sin fuentes mencionadas, pertenecenal autor.

G ernot M inke es arquitecto ycatedrático de la universidad deK a sse l donde e l d ir ige e lF orschungs labor für E xperi-men te l l es B a uen ( F E B)(Instituto de Investigac ión deConstrucc iones E xperimenta-les.)D esde 1974 se han l levado acabo mas de 30 proyectos deinvestigación y desarrollo en elc a mpo de cons tru c c ionesecológicas, v iv iendas de ba jocosto y espec ia lmente en elc ampo de las construc c ionescon tierra.E n su es t ud io e l a u tor, h adiseñado varias edif icac ionesparticulares y públicas donde elbarro es el materia l predomi-nante .Sus obras se encuentran no soloen E uropa , s ino también enA méri c a de l Sur, A méri c aCentral e India.E l es autor de varios libros, masde 200 artículos y ha participadoen m á s de 30 con feren c i a sinternacionales. Asimismo, had a do v ar i a s c h ar l a s endi ferentes un ivers idades de lmundo y cátedras en Guatema-la , Paraguay, M éxico y Vene-zuela como profesor visitante.

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