Gernot Minke

Manual de construcciónpara viviendas antisísmicas

de tierra

Forschungslabor für Experimentelles BauenUniversidad de Kassel, Alemania

Forschungslabor für Experimentelles BauenUniversidad de Kassel, Alemania

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

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Contenido

Agradecimientos 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. Aspectos estructurales 136. Muros antisismicos de tapial

(tierra apisonada) 146.1 Generalidades 146.2 Estabilización por la masa 156.3 Estabilización por la forma 166.4 Refuerzos internos 197. Muros de adobe 227.1 Generalidades 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. Uniones criticas de los elementos 34

estructurales10.1 Uniones entre cimientos, 34

sobrecimientos y muros10.2 Encadenados de muros 3510.3 Encadenados que actúan como 36

vigas soleras11. Tímpanos 3712. Cubiertas 3812.1 Generalidades 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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Agradecimientos

Este manual se publicó en el contexto delproyecto de investigación ”Viviendassismoresitentes con materiales locales yclimatización pasiva en zonas rurales de losAndes” patrocinado por las instituciones alemanasDeutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) y Ge-sellschaft für Technische Zusammenarbeit (gtz).La redacción y traducción fueron realizadas porRosario Loayza de Fischer, en conjunto con Alex-ander Fischer y el autor.Los dibujos fueron elaborados por Vera Frey, ellayout y los dibujos en computadora por Friede-mann Mahlke.

Kassel, Septiembre 2001Gernot Minke

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Introducción

En regiones propensas a movimientos sismicos,la resistencia de las construcciones a estosimpactos es hoy en día una condiciónimprescindible.La elección de los materiales de construccióndepende de la disponibilidad, los conocimientosy experiencias locales relacionados a laconstrucción y la aceptación de la población.El barro como material de construcción a perdidocredibilidad debido al desconocimiento de susamplias posibilidades, al prejuicio de serconsiderado el ”material de los pobres” y a quegran parte de las viviendas recientementeconstruidas en tierra colapsaron por el efecto deultimos sismos.En varias regiones Andinas propensas amovimientos sísmicos la utilizacion del adobe parala construcción esta prohibida.En Mendoza, Argentina por ejemplo más del 80%de la población rural sigue construyendo susviviendas con adobe a pesar de estar prohibida laconstrucción con dicho material, este fenomenose debe a los costos elevados del hormigónarmado y el ladrillo.Se debe tener en cuenta que algunas viviendasde tapial del siglo XVIII y XIX resistieron todoslos sismos sin daños mayores, mientras que lasnuevas viviendas construidas con adobes 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.Las propuestas estructurales de este manual estánorientadas a los requerimientos sismicos locales,esto significa que están diseñadas solo para evitarel colapso de las edificaciones.En sismos moderados se pueden tolerar dañosmenores, como grietas pero de ninguna maneradaños estructurales. En sismos de la intensidadde diseño (considerada en la región) se puedenaceptar daños menores estructurales pero no elcolapso. Esto implica que la construcción tendrácapacidad de deformación y de absorción de laenergía sísmica.En este manual se trata de demostrar que esposible diseñar y construir estructuras simplesempleando muros de tierra para obtener unaresistencia máxima contra efectos de un sismo.Las soluciones propuestas están orientadas aviviendas de bajo costo de un solo nivel, que

pueden ser construidas sin conocimientosespecializados en zonas rurales de Latinoamérica.Este manual esta basado en proyectos deinvestigación llevados a cabo en el Forschungs-labor für Experimentelles Bauen (FEB), (Institutode Investigación de Construcciones Experimen-tales) de la Universidad de Kassel, Alemania, enla recopilación de la literatura existente, en elanálisis de los daños de los sismos en Guatemalay Chile, en la construcción de prototipos deviviendas antisismicas en Guatemala, Ecuador 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.Estos seminarios y la publicación del presentemanual fueron patrocinados por las institucionesalemanas, Deutsche Forschungsgemeinschaft(DFG) y Gesellschaft für Technische Zusammen-arbeit (gtz) en el contexto del proyecto deinvestigación ”Viviendas sismoresitentes conmateriales locales y climatización pasiva en zonasrurales de los Andes”.Para obtener más informaciones sobre laconstrucción con tierra se recomienda consultarel ”Manual de construcción con tierra, Montevi-deo, Uruguay, publicadora Nordan 2001” delautor en el que se puede encontrar informacióndetallada sobre las diferentes técnicas deconstrucción con tierra, las características delmaterial de construcción, las posibilidades deoptimizar las mezclas y varios ejemplosinternacionales de arquitectura en tierra.

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1. Generalidades

1.1 Localización, magnitud e intensidad delos sismos

El sismo ocurre por el movimiento de las capastectónicas o por actividades volcánicas.Las áreas en el mundo más propensas amovimientos sismicos se muestran en la fig. 1-1.Los de mayor intensidad se han detectado en elanillo del Pacífico, desde Canadá hasta Chileinfluyendo también en Nueva Zelanda, Japón yNueva Guinea. Otra zona propensa a los sismosse encuentra a lo largo del anillo ecuatorial, verfig. 1-1.En Asia se detectaron sismos de una intensidadde 8 en la escala de Richter y en los Andes porencima de 8.7. Cerca de cien sismos con unaintensidad mayor a 6 y veinte con una intensidadmayor a 7 en la escala de Richter son registradosanualmente. Muchos miles de personas sonafectadas por estos cada año.

1.2 Efectos estructurales del sismo

La magnitud M del sismo usualmente esta medi-da en la escala de Richter. Esta escala eslogarítmica, no tiene limite superior y es unamedida de la energía que se libera en el lugardonde se produce el sismo (la llamada energía enel epicentro).La escala de intensidad I de Mercalli está subdi-vidida en 12 grados. En ella, se indica como in-

tensidad la perceptibilidad y la fuerza local dedestrucción de un sismo.La fuerza local de destrucción de un sismo y conello sus efectos dependen principalmente de lossiguientes parámetros:- Magnitud- Profundidad del foco y distancia al lugar- Geología, topografía- Suelo y subsuelo local- Duración y frecuencia en el lugar

Por consiguiente, la magnitud es solamente unode los muchos factores que influyen en las con-secuencias de un sismo.La aceleración del suelo y la frecuencia respecti-va de las aceleraciones determinan los daños enlas construcciones.Las edificaciones son afectadas mayormente porlos impactos horizontales creados por el movi-miento de la tierra en el plano horizontal. Losimpactos verticales creados por la actividadsísmica son menores al 50%.Dentro 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.Una solución técnica antisísmica para construc-ciones hasta dos niveles busca que los muros nose abran hacia fuera y que las cubiertas se en-cuentren bien arriostradas.

1-1Zonas sísmicas(Houben,Guillaud 1984)

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La magnitud de los valores máximos de ladeformación horizontal d, de la velocidadhorizontal 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% del peso propio de los elementosconstructivos actúan como fuerza en el sentidohorizontal en la construcción.En el dimesionamiento de acuerdo con el métodode la fuerza equivalente, la resistencia contrafuerzas horizontales está determinada por unafuerza estática y no una dinámica.Cuanto mayor es la ductilidad disponible (y cuantomayores son las deformaciones plásticaspermitidas) tanto menor puede ser la fuerzaequivalente. Esta relación fundamental se utilizapara disminuir la fuerza equivalente necesaria parauna solución elástica en dependencia de laductilidad disponible.De lo anterior, se puede concluir que lasconstrucciones antisismicas deben disponer deuna ductilidad mayor. Esto significa que debenser capaces de asumir parte de la energía con lasdeformaciones plásticas.Las siguientes características son las másrelevantes para el comportamiento de unaestructura durante un sismo:

- Resistencia contra fuerzas horizontales- Ductilidad (capacidad de deformación)

Ductilidad es la capacidad de una estructura desufrir deformaciones sin romperse. En este caso,se aceptan conscientemente daños que seproducen por causa de la salida del rango elástico.Entre ambas características existe unainterdependencia intima. Esta es de granimportancia para toda la ingeniería.Con respecto al riesgo de colapso se puedeestablecer aproximadamente la relación siguiente:

«calidad» del comportamiento = resistencia xductilidad.

De 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

resistencia como de la ductilidad. Todas estassoluciones posibles tienen probabilidadessimilares de resistir un sismo de gran intensidadsin colapsar:

- Cuanto menor la resistencia, mayor es laductilidad necesaria

- Cuanto menor la ductilidad, mayor es laresistencia necesaria

La primera solución posible consiste en construiruna estructura con una resistencia tan alta, queresista el sismo sin deformación plástica. De estamanera no es necesaria la ductilidad y por lo tantono se requiere capacidad de deformación de laestructura. Esta solución normalmente es muypoco económica, debido a que exige grandesesfuerzos para la resistencia.Ejemplos de esta solución son las antiguasresidencias de tapial con muros de un espesor demás de 60 cm, que resistieron sismos durantesiglos.Considerando que los sismos de gran intensidadno son comunes, se puede aceptar deformacionesplásticas de la estructura si no se produce uncolapso.Frecuentemente, se escoge una solución conestructura de resistencia mediana. Con ello, laintensidad de diseño causará solamentedeformaciones plásticas moderadas y elrequerimiento de ductilidad se mantienerelativamente bajo.Para sismos de mayor intensidad todavía quedanreservas plásticas suficientes, que impiden uncolapso aunque con grandes deformaciones 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

En 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) No debe emplazarse la vivienda sobre unapendiente, para evitar el deslizamiento de laedificación, ver fig. 2-2.

c) No debe emplazarse la vivienda cerca afuertes pendientes, para evitar daños pordeslizamientos del terreno, ver fig. 2-3 y 2-4.

d) En 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) Es recomendable que las viviendas masivasy pesadas se emplacen en terrenos suaves yarenosos, para reducir la fuerzas del impactodel sismo. Mientras que las viviendas livianasy flexibles como las de bahareque, se puedenemplazar sobre terreno rocoso.

f) Se deben evitar los desniveles en la vivienda,si estos fuesen necesarios deben estarseparados 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.En 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) Las plantas con ángulos no sonrecomendables, si estas fuesen necesarias serecomienda separar los espacios, 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 Universidad de Kassel donde un peso de 40kg. sobre un péndulo de 5,5 m de longitud se dejóoscilar y golpear modelos de viviendasantisismicas, ver fig. 3-3. Se hicieron estudioscomparativos con una planta cuadrada y unacircular mostrando la mayor estabilidad de estaultima.Luego de dos golpes el modelo con la plantacuadrada mostró grietas en las esquinas, ver fig.3-4. Luego de tres golpes el muro quedoparcialmente dañado, ver fig. 3-5. Después decuatro golpes dos de los muros colapsaron, verfig. 3-6.El modelo con la planta circular 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 Sibtain construyó varias viviendasantisismicas en Afganistán utilizando murosconvexos reforzados en las esquinas concontrafuertes , ver fig. 3-9. La 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 Ensayos 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

Las figuras 4-1 a 4-3, muestran grietas típicas enmodelos a escala 1:5 provocadas por unmovimiento sísmico simulado (Tolles et al. 2000)En ellos, se pudo observar que:En los vanos de las ventanas a partir de lasesquinas inferiores aparecen grietas diagonaleshacia 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 hay una traba entre los dinteles y lamampostería sobre los mismos, aparecen grietashorizontales. Si no se ejecuta un encadenado(collarín) y si este no tiene traba con la secciónsuperior del muro esta se quiebra, pudiendoderrumbarse, ver fig. 4-3.La fig. 4-4 muestra un vivienda diseñada con elpropósito de ser antisismica en la que las esquinasse reforzaron con contrafuertes. La prueba desimulación de un sismo, demostró que estaconstrucción sin encadenado no era estableaunque la construcción de la cubierta era muyliviana y estructuralmente aislada ver figs. 4-5 y4-6 (Sibtain 1982).La fig. 4-7 muestra 10 errores en una viviendarectangular de adobe, que pueden provocarunderrumbe 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

Principalmente hay tres distintas posibilidadespara construir una vivienda antisismica:

1. Los muros y la cubierta deben ser tan establespara que durante el sismo no sufrandeformaciones.

2. Los muros pueden sufrir deformacionesmenores absorbiendo la energía cinética delsismo debido al cambio de la forma. En estecaso la cubierta debe estar bien arriostradacon el muro mediante un encadenado.

3. Los muros deben construirse como en elsegundo 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.

En el primer caso las viviendas deben tener unaestructura de hormigón armado con columnas enlas esquinas y en los bordes de los vanos,conectadas con el encadenado superior, así comocon el cimiento.Una variante para construir un muro rígido sindeformaciones durante el sismo, es conectar lasesquinas de los muros con tensores formando uncruce.En 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. Los dinteles no penetran suficientemente en lamampostería

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

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

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

estabilización8. La 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. La cubierta es demasiado pesada10. La 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 murosdúctiles (flexibles), pueden construirse sinhormigón 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.La fig. 5-2 muestra una vivienda de baharequeen Guatemala que después de un sismo, sufriódeformaciones sin colapsar y fue solo necesarioapuntalar uno de sus muros.Los impactos verticales de la tierra provocadospor el sismo, son mucho menores que loshorizontales. Hay dos tipos de impactoshorizontales 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).El 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-

5-1

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 caigan hacia elexterior o diseñar una estructura de cubiertaaislada es decir 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 seejercen sobre la construcción deben serproporcionales 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

La técnica del tapial consiste en rellenar unencofrado con capas de tierra de 10 a 15 cmcompactando cada una de ellas con un pisón.El encofrado esta compuesto por dos tablonesparalelos separados, unidos por un travesaño, verfig. 6-3. En francés esta técnica se denomina piséde terre o terre pisé, en inglés rammed earth.En 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. La ventaja en relación alas técnicas de construcción con adobe, es quelas construcciones de tapial son monolíticas y porlo tanto poseen una mayor estabilidad.En los encofrados tradicionales, los tablonesparalelos separados se unen por medio detravesaños (de un espesor considerable) queatraviesan el muro, ver fig. 6-3 estos al desmoldarel elemento dejan espacios vacíos 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 ConstruccionesExperimentales (FEB) de la Universidad deKassel , 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 quetienen forma de cuña, las capas del 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 laterales débiles y por ellodeben recibir solamente cargas verticales.Es preferible utilizar un pisón de dos cabezas conuna cabeza redondeada en un lado y en el otrouna cuadrada. Esto 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 Ecuador, ver fig. 6-2.En el segundo cuarto del siglo XX se utilizaronen Alemania, Francia y Australia compactadores

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

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

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eléctricos y neumáticos.En casi todas las técnicas tradicionales de barroapisonado, el encofrado se desmonta y se vuelvea montar horizontalmente paso a paso.Esto significa que la tierra es apisonada en capasde 50 a 80 cm de altura, la capa superior de unmuro de tapial siempre es mas húmeda que lainferior parcialmente ya seca, por ello hay unaretracción más alta en la capa superior. Lo queconlleva a la aparición de fisuras en la junta de lasmismas.Esto puede ser peligroso ya que el agua capilarpuede filtrarse hacia estas juntas y quedarse allí,provocando humedecimiento y desintegración.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

Cuando los impactos horizontales del sismoalcanzan el muro perpendicularmente este tiendea colapsar. Solamente los muros de gran espesor,tienen la capacidad de resistir estas cargaslaterales sin requerir elementos de estabilizaciónadicionales.Se sabe de la existencia de residencias de dosplantas en Mendoza, Argentina, de más de 150años de antigüedad que resistieron todos los

sismos, mientras que varias construccionesmodernas vecinas con muros de menor espesorcolapsaron a pesar de que muchas fueronconstruidas con ladrillos y reforzadas conelementos de hormigón.Hoy en día viviendas de este tipo ya no seconstruyen debido al tiempo de ejecuciónrequerido para construir muros de 60 a 100 cm deespesor. Por ello, es necesario buscar nuevassoluciones.

6-3 Encofrados para tapial (Minke 2001)

6-4 Encofrado trepadorpara paneles de tapial(Minke 2001)

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6.3 Estabilización por la forma

Debido 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.Existe una regla para el diseño de los extremoslibres 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.Esta longitud mínima es necesaria para transmitirlas fuerzas diagonalmente a los cimientos.Con longitudes mayores, los extremos libresdeben ser estabilizados, mediante otros angulareso columnas.Cuando el muro esta anclado abajo con elcimiento y fijado arriba con el encadenado, esposible utilizar elementos de mayor altura omenor espesor. Sin embargo, la altura del murono debe ser mayor a 8 veces el espesor (fig 6-7).

6-5 Elementos 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

Las fuerzas perpendiculares al muro se transfie-ren a la sección del muro paralela a las mismas.Debido 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. Estaes una solución sencilla especialmente para latécnica del tapial.La fig. 6-12 muestra distintas 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 anclados arriba y abajo, ver fig. 6-11.Durante un movimiento sísmico esta unión pue-de abrirse sin colapsar debido a que cada elementotiene un movimiento independiente. Este 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 Diseño de esquinas de elementos de tapial

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

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6-10 Estabilización lateral mediante una uniónmachihembrada

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6-12 Propuestas de plantas diseñadas con elementos angulares

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6.4 Refuerzos internos

Una solución para estabilizar muros de barrocontra los impactos horizontales del sismo esutilizar elementos verticales de madera o bambúdentro del muro, anclados con el sobrecimiento yfijados al encadenado, ver fig. 6-13.Los 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 lasección en estos puntos y pueden aparecerquiebres horizontales durante el sismo.Una sistema de paneles de tapial reforzados conbambú se desarrolló en 1978 como parte de unproyecto de investigación en el FEB, y se imple-mento exitosamente en Guatemala con la Uni-versidad de Francisco Marroquin (UFM) y el Cen-tro de Tecnología Apropiada (CEMAT), ver figs.6-14 a 6-19.En 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. La estabilidad de los elementos se obtuvo con4 varillas de bambú de 2 a 3 cm de espesor y lasección T. Estos 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.

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Debido a la nervadura integrada al elemento, estetiene aproximadamente cuatro veces másresistencia a las impactos horizontales que unmuro de 14 cm de espesor.Luego del secado aparecieron grietas verticalesde 2 cm de espesor entre los elementos, estas serellenaron posteriormente con barro y actúancomo juntas de fallo prediseñadas permitiendo unmovimiento independiente a cada elemento

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durante el sismo. Esto significa que estas juntaspueden abrirse y que toda la estructura se deforma(disipando la energía cinética sísmica) sin que launidad del muro se quiebre o colapse. Lascolumnas sobre las que descansa la cubierta seubicaron a 50 cm del muro hacia el interior, verfig. 6-14 de manera tal que la estructura de lacubierta fuera independiente del sistema demuros.

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En 1998 el FEB y científicos de la universidadde Santiago de Chile elaboraron otro proyecto deinvestigación para una vivienda antisismica detapial reforzado. La vivienda se construyó en2001 y tiene 55 m² de superficie útil, ver figs. 6-20 y 6-21.El diseño esta regido por la idea de separar laestructura de la cubierta de la de los muros. Lacubierta descansa sobre columnas independientesde los muros macizos de tapial, haciendo queambos elementos se muevan de acuerdo a supropia frecuencia en caso de un sismo.Los muros de tapial de 40 cm tienen forma de Ly U. El ángulo recto que se forma en estoselementos se sustituye por un ángulo de 45grados para rigidizar la esquina.El muro de tapial descansa sobre unsobrecimiento de hormigón ciclópeo de 50 cm deespesor. Los refuerzos verticales del tapial losconstituyen cañas de coligüe (bambú chileno) de2.5 a 5 cm de espesor, fijados al encadenadosuperior y anclados en el cimiento, ver fig. 6-21.El encadenado esta constituido por dos rollizosde álamo en forma de escalera sobre los muros.Las ventanas y puertas son de piso a techo y notienen segmentos de muro macizo sobre losvanos.Asimismo el tímpano de la fachadas este y oestese ejecutó con un tabique estructuralmenteaislado para evitar el peligro de la caída 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

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Refuerzo vertical de bambú

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7. Muros de adobe

7.1 Generalidades

Los bloques de barro producidos a manorellenando barro en moldes y secados al aire librese denominan adobes. Cuando la tierra húmedase compacta en una prensa manual o mecánica sedenominan bloques de suelo. Los ladrillosproducidos mediante un extrusor en una ladrillera,sin cocer se denominan ladrillos crudos. Losbloques más grandes compactados en un moldese denominan bloques compactados o adobones.

La elaboración de los adobes se realiza ya searellenando los moldes con un barro de consistenciapastosa o lanzando un barro menos pastoso en elmolde.Hay muchos tamaños y formas de adobes en elmundo, la fig. 7-1 muestra diferentes moldes, queusualmente son de madera. En Latinoamérica lasmedidas mas comunes son 38 x 38 x 8 cm o 40 x20 x 10 cm. La fig. 7-2 muestra un proceso deelaboración de adobes en Ecuador.Existen también prensas manuales para elaborarbloques de tierra, la más conocida es la CINVA-Ram, ver fig. 7-3. Existen varias variantes de estaprensa por ejemplo la CETA-Ram, ver fig. 7-4,

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

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desarrollada en la Universidad Católica de Asun-ción del Paraguay y permite elaborar tres unida-des a la vez.Mientras que una persona produce por día 300adobes a manos, con este tipo de prensa unapersona solo llega a producir aproximadamente150 unidades.Estos bloques tienen la ventaja de tener medidasconstantes y superficies lisas.La desventaja es que la resistencia a compresióny flexión es menor y por ello es usualmentenecesaria la estabilización con cemento entre 4 a8%.

7-4 CETA-Ram, Paraguay 7-3 CINVA-Ram, Colombia

Tapa

Palanca

Molde

Pistón

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

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

pletamente con mortero.- La 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 sucolocación.

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7.2 Refuerzos internos

El Instituto nacional de normalización de lavivienda en Perú (ININVI), 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. En este sistema se refuerzan los murosmediante contrafuertes integrados, intermediosy en las esquinas, ver fig. 7-6.La fig. 7-8 muestra una vivienda revocada,construida con este sistema. En esta figura sepueden ver las vigas horizontales de las cerchasde la cubierta, conectadas con los contrafuertes,logrando así una buena ligazón entre la cubiertay los muros.La 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. En la intersec-ción se requiere también un contrafuerte.Las cañas horizontales que se pueden ver en lafig. 7-5 ubicadas sobre los adobes, usualmente sondesventajosas, debido a que debilitan laresistencia del muro a un impacto sísmico en vezde reforzarlo.La falla surge por la débil ligazón entre las capasde adobe en las que se encuentran las cañas,debido a que la capa 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.En este sistema los adobes deben ser rugosos,para que la adherencia de estos al mortero seasuficiente. Si no se cumplen estos requerimientoslos elementos horizontales debilitan la estructu-ra.La fig. 7-7 muestra una planta usada en ElSalvador (Equipo Maiz 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. En 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 ININVI, Perú (Pereira 1995)

7-5 Sistema ININVI, Perú

7-7 Planta del sistema ININVI, Perú (Pereira 1995)

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7-10 Esquinas reforzadascon hormigónarmado

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

7-9 Diseño con el sistemade adobes reforzadoscon contrafuertes

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7.3 Muros de bloques machihembrados

Esta es una solución interesante para construirmuros sin mortero con bloques de suelo cementoque encajan entre si por medio de un sistema demachihembrado.En la fig. 7-11 se pueden ver diferentes diseñosde bloques. Estos son producidos con un prensamanual y la tierra debe ser estabilizada concemento.Estos 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 elementos están arriostrados con elencadenado.Asimismo, la estructura es flexible y puedeabsorber la energía cinética del sismo debido aque los perfiles machihembrados tienen unatolerancia mínima que permite a los bloquesmoverse levemente en la dirección horizontal.El sistema fue desarrollado en el Asian Instituteof Technology, Bangkok, las figs. 7-12 y 7-13muestran la aplicación del mismo en la primeravivienda piloto construida en 1984 en Tailandia.En este caso los orificios fueron rellenados conuna lechada de cemento y arena en relación 1:3.La fig. 7-14 ilustra un sistema similar desarrolla-do en la Universidad de los Andes, Mérida, Ve-nezuela. El 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 machonesverticales.El anclaje entre los bloques machihembradostiene un espesor de solo unos milimetros y porello la resistencia a los impactos laterales es baja.

Las 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 vertical como en los otrossistemas sino tambien una horizontal entre losbloques.En 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 verticales.

7-11 Bloques machihembrados (Weinhuber 1995)

7-15 Sistema de bloques machiembrados FEB, 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

Las desventajas 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-portamiento sísmico de construcciones demampostería, es la utilización de columnasverticales y encadenados horizontales dehormigón armado alrededor de la mampostería.Primero se realiza la mampostería y posterior-mente se ejecutan los refuerzos verticales yhorizontales (refuerzo vertical mínimo 4 varillasde 14 mm y estribos con diametro de 6 mm a unadistancia de 10 cm en la parte final)En la fig. 7-16 se puede ver que es importante latraba entre las columnas de hormigón y lamampostería.Esta 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 Estructura de hormigón armado con relleno demampostería

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8. Muros de bahareque (quincha)

La técnica del bahareque, que en algunos paísesde Latinoamérica 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. Existen también sistemascon una sola malla, ver fig. 8-1. Los elementosverticales usualmente están compuestos portroncos de arboles, los horizontales de caña debambú, caña brava, carrizo o ramas.Este sistema tiene la ventaja de ser dúctil(flexible) lo que lo hace resistente a los impactosde los sismos.La desventaja de este sistema es que en lapractica frecuentemente aparecen grietas 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.Asimismo, existe el riesgo que las vinchucaspuedan vivir en estos huecos, contagiando el «malde chagas». Por ello, esta técnica se recomiendasolo si la ejecución es perfecta sin fisuras, nigrietas. El sistema requiere control ymantenimiento, si aparecen grietas en lasuperficie deben ser selladas inmediatamente.La fig. 8-3 muestra una vivienda construida conelementos prefabricados que después delensamblaje fueron rellenados con bolas de barro.Este sistema fue desarrollado por el Centro dePesquisas e Desenvolvimiento (CEPED),Camari, Brasil.El diseño de las arquitectas Kuhn, Poblete yTrebilcock, ver fig. 8-4, muestra una propuestaque utiliza el sistema de bahareque como rellenoentre elementos de tapial que actúan comocolumnas.La fig. 8-5 muestra una solución errónea muyprimitiva, utilizada muchas veces en países deLatinoamérica como alternativa al sistemabahareque. Los rellenos entre las columnasverticales 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 debereducir la distancia entre las columnas, tensarmejor los alambres y revocar la superficie.

8-1 Edificación 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 CEPED, Brasil

8-4 Propuesta para una planta (Laboratorio de Construcciones Experimentales, Kassel 1998)

8-5 Solución errónea al sistema bahareque

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9. Muros de elementos textilesrellenos con tierra

En el Instituto de Investigación deConstrucciones Experimentales (FEB) de laUniversidad de Kassel, Alemania, desde 1977 seinvestigaron diferentes posibilidades para utilizaren la construcción de muros elementos textilesrellenos con tierra arcillosa, pómez o arena.La fig. 9-1 muestra el prototipo de una viviendacon muros antisismicos, construidos conmangueras textiles rellenas con tierra y pómez,en la Universidad de Kassel, Alemania, en 1978.Se rellenaron 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.El yute se cubrió con varias capas de pintura decal, ver fig. 9-3, para prevenir la putrefacción delmaterial y para estabilizar la superficie eimpermeabilizarla.La estructura de la cubierta descansa sobrecolumnas exentas ubicadas hacia el interior delespacio.Como parte de un proyecto de investigación decooperación del FEB, la Universidad FranciscoMarroquin (UFM) y el Centro De EstudiosMesoamericano sobre Tecnología Apropiada(CEMAT) ambos de Guatemala, 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 Kassel, 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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Esta técnica se desarrolló a partir de ensayosprevios y fue adaptada a las condiciones locales,ver figs. 9-4 a 9-8. En ella, las mangueras de 10cm de diámetro se hicieron de tela de algodón yse rellenaron con suelo volcánico compuestofundamentalmente por pómez. Estas seembebieron en una lechada de cal (para evitar laputrefacción de la tela), ver fig. 9-5 yposteriormente se colocaron 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. Luego de que los muros sefijaron se les dio un acabado con dos capas depintura de cal preparada con 1 bolsa de calhidráulica, 4 kg. de sal común, 2 kg. alumbre y 30litros de agua.La estructura de la cubierta descansa sobrecolumnas exentas ubicadas a 50 cm de los muroshacia el interior. Los costos materiales de estaestructura resultaron ser la mitad de los costos deuna vivienda similar construida con bloques dehormigón.En 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. El muro concluido se pintócon una lechada de cal para evitar su putrefacción.Los elementos de este sistema 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 Elementos textiles rellenos para muros

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10. Uniones criticas de loselementos estructurales

10.1 Uniones entre cimientos,sobrecimientos y muros

Respecto a la altura (h) del cimiento se puededecir que está conformado por dos partesinseparables 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 lasección de soporte (h2) cuya función es la derecibir las cargas y transmitirlas al suelo. Su alturano será menor a 0.20 m.Es 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.El espesor usualmente es 20 cm mayor que eldel sobrecimiento, ver fig. 10-1.En un muro de tapial de 50 cm de espesor, elcimiento y el sobrecimiento pueden tener elmismo espesor que el muro.Los sobrecimientos son usualmente ejecutadoscon ladrillos o piedras pero deberán ejecutarsepreferentemente con hormigón ciclópeo uhormigón armado. Su altura no deberá ser menora 0.30 m.Las 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.Las superficies de los cimientos y sobrecimientosno deben ser lisas 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.En el caso en el que una protección sobre elsobrecimiento contra la humedad ascendente(cartón asfáltico o plástico) sea necesaria, estadebilita la unión por ello los elementos verticalesde traba son muy importantes.En la fig. 10-2 se puede ver la disposición delelemento de madera que actúa como traba.En muros de adobe, es necesario utilizar unmortero con una buena capacidad aglutinante parala unión entre el sobrecimiento y la primera hiladade adobes. El mortero a utilizarse para las juntas

10-1 Cimentación para muros perimetrales

10-2 Disposición del elemento de madera que actúacomo traba

10-3 Fundación desplazable

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entre las hiladas debe tener la misma calidad.Una propuesta del autor todavía noexperimentada para reducir el impacto del sismo,es diseñar un cimiento flotante, es decir unafundación desplazable como se puede ver en lafig. 10-3.En este caso la base del cimiento debe tener un

10.2 Encadenados de muros

Los muros deben estar coronados conencadenados (viga cadena, collarín), quetrnsmitan las fuerzas de flexión que ocurren porlos impactos perpendiculares al muro. Estos pue-den actuar también como soporte de la estructu-ra de la cubierta. Es importante un buenarriostramiento entre el encadenado y el muro detierra.En muros de tapial, durante el apisonado sepueden colocar dentro del mismo piezas demadera sostenidas por alambres de púas queposteriormente se fijarán con el encadenado, verfig. 10-4. Una mejor solución es medianteelementos de madera o de bambú colocadosdentro del muro, anclados en el sobrecimiento yfijados al encadenado, como se puede ver en lasfigs. 10-5, 6-14 y 6-21.En 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.Los impactos del sismo son parcialmenteabsorbidos por este canal, debido a que el cantorodado puede desplazarse.

10-6

10-7

10-8

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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 enla sección del muro. Si la solera descansadirectamente sobre los adobes se corre el riesgoque durante el movimiento sísmico, la ultimahilada tienda a quebrarse debido a su pocaresistencia a la flexión, ver fig. 10-14.Es 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).La fig. 10-15 izquierda muestra una solución condos troncos de madera como encadenado, quedescansan sobre una mezcla de mortero de ce-mento, a la derecha se puede ver una soluciónpara un encadenado de hormigón. Elarriostramiento 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 Emplazamiento del encadenado sobre el muro

10-14 Distribución 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.Debido a que bajo la influencia sísmica se creanmomentos en las esquinas de los encadenadosestas deben ser rígidas. Las figs. 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 soluciones para reforzar las esquinasde los encadenados de hormigón armado sobremuros de adobe y la fig. 10-12 muestra una solu-ción para encadenados de madera sobre murosde tapial.

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11. Tímpanos

Si se construyen los tímpanos comoprolongaciones de los muros, estos tienden acolapsar durante un sismo a causa de los impactoshorizontales perpendiculares a su eje.La solución optima es construir una cubierta acuatro aguas evitando los tímpanos.Si estos fuesen necesarios, se recomiendaconstruirlos como tabiques aislados del sistemade muros, fijados a la estructura de la cubiertacomo se puede ver en la fig. 11-1.Cuando un tímpano debe ser construido conadobes o tapial, debe ser estabilizado concontrafuertes, ver fig. 11-2, o mediante unaestructura de hormigón armado, esta soluciónresulta muy costosa y por lo tanto no esrecomendable, ver fig. 11-3.

11-1 Tímpano fijado en la estructura de la cubierta

11-2 Tímpano estabilizado con contrafuertes

11-3 Tímpano estabilizado con estructura de hormigónarmado

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12. Cubiertas

12.1 Generalidades

La cubierta debe ejecutarse tan liviana como seaposible.Las 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. En 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.Las 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

Debido 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.Las columnas deben estar separadas del muro parapoder tener un movimiento independiente.Las figs. 12-1 a 12-4 muestran propuestas delautor para viviendas diseñadas con este sistemaestructural.Es necesario que las columnas estén empotradasen los cimientos y ancladas a la cubierta medianteriostras. Estas uniones deben ser semirigidas detal manera que posean una ductilidad suficiente.Las figs. 12-5 y 12-6, muestran seccionesverticales de viviendas que fueron descritas en lasección 6.4.En 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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En las figs. 12-7 a 12-9 muestran la construcciónde una vivienda de bajo costo que fue construidaen 1989 en Pujili, Ecuador (diseño: Gernot Minkey FUNHABIT, Quito).En esta vivienda el sistema de muros estácompuesto por dos elementos en forma de Useparados por una puerta y una ventana.Los elementos tienen un espesor de 40 cm, sonde tapial con una mezcla de tierra arcillosa ypiedra pómez para mejorar el aislamiento térmico.La cubierta de cuatro agua descansa sobre unaviga, apoyada sobre cuatro columnas exentas quearriostran la cubierta.La unión entre las vigas y las columnas es solosemirigida permitiendo la ductilidad necesariadurante el sisimo.La 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,Ecuador 1989

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13. Vanos para puertas yventanas

Los vanos para puertas y ventanas debilitan laestabilidad de los muros. Durante el sismo se creangrietas diagonales desde las esquinas y sobre losdinteles grietas horizontales, ver fig. 4-1 a 4-3.Los dinteles requieren estar empotrados por lomenos 40 cm en la mampostería de adobes, paraobtener una buena traba, ver fig. 13-1.Una mejor solución 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.Esta solución puede ser mejorada si el dintel a suvez actúa como encadenado y si el antepechodebajo de la ventana no se ejecuta conmampostería sino con un elemento flexible deplanchas de madera o bahareque. De esta manerala ventana tiene la misma función que la puerta alseparar los elementos del muro, ver fig. 13-3.La 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.Las siguientes reglas deben tenerse en cuentapara la ejecución de vanos, ver figs. 13-5 y 13-6:a) Las vanos para ventanas no deben tener una

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

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

c) Las 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 Dimensionamientos 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 Excentricidad permitida 14-3 Estabilización del encadenado mediante contrafuertes

14-4 Diseño de la abertura de la puerta en una cúpula

14. Cúpulas

El problema principal en el diseño estructural decúpulas es la transferencias de los empujes a lasfundaciones. La fig. 14-1 muestra como la fuerzaresultante en el arranque puede separarse en doscomponentes una vertical y una horizontal.Mientras mas inclinada la resultante menor sucomponente horizontal.El 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. Este 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)

Debido al gran peso de una cúpula es necesarioestabilizar el muro mediante contrafuertes, verfig. 14-3. La 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 la cúpula arranca directamente sobre unsobrecimiento la estructura es más estable, verfig. 14-2. En este caso el cimiento debe actuarcomo encadenado y se ejecuta usualmente conhormigón armado y la resultante de la cúpula debebajar por el medio tercio de la superficie delcimiento, es decir que la excentricidad debe serde 1/6 del espesor del cimiento, ver fig. 14-2.

En 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.Una cúpula antisismica debe tener una secciónespecial que evite todas las fuerzas de anillo decompresión y tensión, asimismo la línea depresiones de la cúpula debe mantenerse en elcentro del espesor de la cúpula y la excentricidaddebe ser menor a 1/6.En 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.La 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.Esta 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,La Paz, Bolivia 2000

14-8 Guia rotatoria, La Paz, Bolivia 2000

parábola

curva ideal

semicírculo

catenaria

sobrecimiento, tomadas hasta el centro delespesor de la cúpula. La relación de r y h definela sección. Esta figura, 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 elFEB una guía rotatoria, que tiene un ángulo rectocon el que se colocan los bloques. Este ánguloestá ajustado a un brazo rotatorio fijado a un pos-te vertical. Las 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 La Paz, Bolivia en 2000. Los adobes deesta cúpula se elaboraron manualmente con unmolde especial con esquinas redondeadas.Con esta forma se obtienen una buena distribucióndel sonido. El comportamiento acústico esoptimizado tambien al 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, La Paz,Bolivia 2000

14-10 Vista exterior de lacúpula, La Paz,Bolivia 2000

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15. Bóvedas

Las bóvedas durante un sismo tienen unaestabilidad menor a la de las cúpulas descritas enel capitulo 14.La viga cadena debe ser muy estable debido aque las fuerzas resultantes de la bóveda creanflexión en este elemento.Es 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, lasbóvedas arranquen directamente sobre elsobrecimiento para obtener una mejor estabilidaden caso de sismo, ver fig. 15-2.La 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. Estosignifica que la excentricidad debe ser menor oigual a 1/6 del espesor, ver fig. 15-2. El cimientodebe tener un encadenado de hormigón armadoque pueda resistir las fuerzas perpendiculares delsismo. En 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.Las fachadas de la bóveda deben ser reforzadasal igual que los tímpanos descritos en el capitulo11. La mejor solución seria que estos seanelementos livianos y flexibles ejecutados porejemplo con bahareque o con una estera demadera revocada.La fig. 15-5 muestra un diseño del autor, para unavivienda antisismica de bajo 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.Esta 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 Línea de presiones y catenaria (Minke 2001)

15-2 Excentricidad permitida

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La 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 fijo a los hierros que sobresalen delsobrecimiento, ver fig. 15-8.El bambú requiere estar bien anclado en elsobrecimiento, debido a que durante el sismo estaunión puede recibir esfuerzos de tensión.Sobre los adobes se colocó una membrana depoliester cubierta de PVC fijada y tensada alsobrecimiento, que tiene la doble función de pro-teger la bóveda de las inclemencias del tiempo ypretensar el arco proveyendo mayor estabilidad.Esta se obtiene mediante el pretensado de lamembrana a tensión que produce un pretensadoa compresión en la bóveda. Si el prentensado esmuy fuerte, la seccion optima cambia de unacatenaria a una elipse.Los impactos del sismo pueden deformar labóveda, por ello las juntas entre los adobespueden abrirse pero no se produce el colapsodebido a la estructura de bambú.La estabilidad de la bóveda depende de su ducti-lidad.

15-5 Diseño 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 Elaboración de adobes especiales

15-7 Construcción del arco de bambú

15-8 y 15-9Bóveda antisismicareforzada con bambúFEB Kassel, 2001

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Para zonas sísmicas en Argentina e Iran el autordesarrolló un sistema similar pretensado parabóvedas de adobe.La Fig. 15-10 muestra el diseño para un colegioen Bam, Iran, donde las bóvedas tienen un espesorde 30 cm. Las mismas estan pretensadasmediante perfiles de metal fijados al encadenadode hormigon armado ubicado en la base de la

bóveda. Fuerzas iguales de pretension sonrecibidas en cada seccion mediante el uso de unallave de esfuerzo de torsion. La seccion optimade la bóveda fue derivada por un programa decomputacion, esta seccion garantiza que lasfuerzas resultantes de la carga muerta de laestructura y las fuerzas de pretension desciendanen el medio de la seccion del muro.

15-10 Escuela 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.En la vivienda más antigua de tierra apisonadaconstruida en Alemania en 1795, se encontródurante trabajos de reparación en 1992 unaerosión 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.La Iglesia en Ranchos de Taos, Nuevo 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 ocal-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.Esta pintura debe ser de cal o cal-caseina y debenaplicarse tres capas. La primera muy aguadadebido a que la solucion debe penetrar en el muro2 o 3 mm.

16-1Iglesia San Franciscode Asís, Ranchos deTaos, EEUU

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Laboratorio de Construcción Experimental:Universidad de Kassel (ed.): Viviendassismoresistentes (Informe no publicado), Kassel,Alemania, 1998

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Las figuras sin fuentes mencionadas, pertenecenal autor.

Gernot Minke es arquitecto ycatedrático de la universidad deKassel donde el dirige elForschungslabor für Experi-mentelles Bauen (FEB)(Instituto de Investigación deConstrucciones Experimenta-les.)Desde 1974 se han llevado acabo mas de 30 proyectos deinvestigación y desarrollo en elcampo de construccionesecológicas, viviendas de bajocosto y especialmente en elcampo de las construccionescon tierra.En su estudio el autor, hadiseñado varias edificacionesparticulares y públicas donde elbarro es el material predomi-nante.Sus obras se encuentran no soloen Europa, sino también enAmérica del Sur, AméricaCentral e India.El es autor de varios libros, masde 200 artículos y ha participadoen más de 30 conferenciasinternacionales. Asimismo, hadado varias charlas endiferentes universidades delmundo y cátedras en Guatema-la, Paraguay, México y Vene-zuela como profesor visitante.

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