Construccion Tierra

7/22/2019 Construccion Tierra

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Gernot Minke

Manual de construccinpara viviendas antissmicas

de tierra

Forschungslabor fr Experimentelles Bauen

Universidad de Kassel, A lemania


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Forschungslabor fr Experimentelles BauenUniversidad de Kassel, Alemania

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


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Contenido

Agradecimientos 4Introduccin 5

1. Generalidades sobre los sismos 61.1 L ocalizacin, magnitud, intensidad 61.2 Aspectos estructurales del sismo 62 Emplazamiento de la vivienda 83 Forma de la planta 94. Daos tpicos provocados por 11

los sismos y errores de diseo5. Aspectos estructurales 136. Muros antisismicos de tapial

(tierra apisonada) 146.1 Generalidades 146.2 Estabilizacin por la masa 156.3 Estabilizacin 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 hormign armado8. Muros de bahareque (quincha) 289. Muros de elementos textiles 30

rellenos con tierra

10. Uniones criticas de los elementos 34estructurales

10.1 Uniones entre cimientos, 34sobrecimientos y muros

10.2 Encadenados de muros 3510.3 Encadenados que actan como 36

vigas soleras11. T mpanos 3712. Cubiertas 3812.1 Generalidades 3812.2 Cubiertas aisladas de la estructura 38

de muros13. Vanos para puertas y ventanas 4114. Cpulas 4215. Bvedas 4616. Revoques y pinturas 49

Referencias bibliogrficas 51


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Agradecimientos

Este manual se public en el contexto delproyecto de investigacin Viviendassismoresitentes con materiales locales y

climatizacin pasiva en zonas rurales de losAndes patrocinado por las instituciones alemanasDeutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) y Ge-sellschaft fr Technische Zusammenarbeit (gtz).L a redaccin y traduccin 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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Introduccin

En regiones propensas a movimientos sismicos,la resistencia de las construcciones a estosimpactos es hoy en da una condicin

imprescindible.L a eleccin de los materiales de construccindepende de la disponibilidad, los conocimientosy experiencias locales relacionados a laconstruccin y la aceptacin de la poblacin.El barro como material de construccin 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 ssmicos la utilizacion del adobe parala construccin esta prohibida.En Mendoza, Argentina por ejemplo ms del 80%de la poblacin rural sigue construyendo susviviendas con adobe a pesar de estar prohibida laconstruccin con dicho material, este fenomenose debe a los costos elevados del hormignarmado y el ladrillo.Se debe tener en cuenta que algunas viviendasde tapial del siglo XVIII y XIX resistieron todos

los sismos sin daos mayores, mientras que lasnuevas viviendas construidas con adobes yladrillos colapsaron.Un censo del gobierno Salvadoreo 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 estnorientadas a los requerimientos sismicos locales,esto significa que estn diseadas solo para evitarel colapso de las edificaciones.

En sismos moderados se pueden tolerar daosmenores, como grietas pero de ninguna maneradaos estructurales. En sismos de la intensidadde diseo (considerada en la regin) se puedenaceptar daos menores estructurales pero no elcolapso. Esto implica que la construccin tendrcapacidad de deformacin y de absorcin de laenerga ssmica.En este manual se trata de demostrar que esposible disear y construir estructuras simplesempleando muros de tierra para obtener una

resistencia mxima contra efectos de un sismo.L as soluciones propuestas estn orientadas aviviendas de bajo costo de un solo nivel, que

pueden ser construidas sin conocimientosespecializados en zonas rurales de Latinoamrica.Este manual esta basado en proyectos de

investigacin llevados a cabo en el Forschungs-labor fr Experimentelles Bauen (FEB), (Institutode Investigacin de Construcciones Experimen-tales) de la Universidad de Kassel, Alemania, enla recopilacin de la literatura existente, en elanlisis de los daos de los sismos en Guatemalay Chile, en la construccin de prototipos deviviendas antisismicas en Guatemala, Ecuador yChile as como seminarios de cientficos que sellevaron a cabo bajo la direccin del autor en 1997y 1998 en Santiago de Chile y Mendoza Argen-

tina.Estos seminarios y la publicacin del presentemanual fueron patrocinados por las institucionesalemanas, Deutsche Forschungsgemeinschaft(DFG) y Gesellschaft fr Technische Zusammen-arbeit (gtz) en el contexto del proyecto deinvestigacin Viviendas sismoresitentes conmateriales locales y climatizacin pasiva en zonasrurales de los Andes.Para obtener ms informaciones sobre laconstruccin con tierra se recomienda consultarel Manual de construccin con tierra, Montevi-

deo, Uruguay, publicadora Nordan 2001 delautor en el que se puede encontrar informacindetallada sobre las diferentes tcnicas deconstruccin con tierra, las caractersticas delmaterial de construccin, las posibilidades deoptimizar las mezclas y varios ejemplosinternacionales de arquitectura en tierra.


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1. Generalidades

1.1 Localizacin, magnitud e intensidad delos sismos

El sismo ocurre por el movimiento de las capastectnicas o por actividades volcnicas.L as reas en el mundo ms propensas amovimientos sismicos se muestran en la fig. 1-1.L os de mayor intensidad se han detectado en elanillo del Pacfico, desde Canad hasta Chileinfluyendo tambin en Nueva Zelanda, Japn 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. M uchos miles de personas sonafectadas por estos cada ao.

1.2 Efectos estructurales del sismo

L a magnitud M del sismo usualmente esta medi-da en la escala de Richter. Esta escala eslogartmica, no tiene limite superior y es una

medida de la energa que se libera en el lugardonde se produce el sismo (la llamada energa enel epicentro).L a escala de intensidad I de Mercalli est subdi-vidida en 12 grados. En ella, se indica como in-

tensidad la perceptibilidad y la fuerza local dedestruccin de un sismo.La fuerza local de destruccin de un sismo y con

ello sus efectos dependen principalmente de lossiguientes parmetros:- Magnitud- Profundidad del foco y distancia al lugar- Geologa, topografa- Suelo y subsuelo local- Duracin 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 aceleracin del suelo y la frecuencia respecti-va de las aceleraciones determinan los daos enlas construcciones.Las edificaciones son afectadas mayormente porlos impactos horizontales creados por el movi-miento de la tierra en el plano horizontal. L osimpactos verticales creados por la actividadssmica 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 solucin tcnica antissmica 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 ssmicas(Houben,Guillaud 1984)


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L a magnitud de los valores mximos de ladeformacin horizontal d, de la velocidadhorizontal v y de la aceleracin horizontal a enun sismo de intensidad medianason:

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

Una aceleracin horizontal de 0.3 g significa que30% del peso propio de los elementosconstructivos actan como fuerza en el sentidohorizontal en la construccin.En el dimesionamiento de acuerdo con el mtodode la fuerza equivalente, la resistencia contrafuerzas horizontales est determinada por unafuerza esttica y no una dinmica.

Cuanto mayor es la ductilidad disponible (y cuantomayores son las deformaciones plsticaspermitidas) tanto menor puede ser la fuerzaequivalente. Esta relacin fundamental se utilizapara disminuir la fuerza equivalente necesaria parauna solucin elstica 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 energa con las

deformaciones plsticas.L as siguientes caractersticas son las msrelevantes para el comportamiento de unaestructura durante un sismo:

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

Ductilidad es la capacidad de una estructura desufrir deformaciones sin romperse. En este caso,se aceptan conscientemente daos que se

producen por causa de la salida del rango elstico.Entre ambas caractersticas existe unainterdependencia intima. Esta es de granimportancia para toda la ingeniera.Con respecto al riesgo de colapso se puedeestablecer aproximadamente la relacin siguiente:

calidad del comportamiento = resistencia xductilidad.

De acuerdo con esta relacin, 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 solucin posible consiste en construiruna estructura con una resistencia tan alta, queresista el sismo sin deformacin plstica. De estamanera no es necesaria la ductilidad y por lo tantono se requiere capacidad de deformacin de laestructura. Esta solucin normalmente es muypoco econmica, debido a que exige grandes

esfuerzos para la resistencia.E jemplos de esta solucin son las antiguasresidencias de tapial con muros de un espesor dems de 60 cm, que resistieron sismos durantesiglos.Considerando que los sismos de gran intensidadno son comunes, se puede aceptar deformacionesplsticas de la estructura si no se produce uncolapso.Frecuentemente, se escoge una solucin conestructura de resistencia mediana. Con ello, la

intensidad de diseo causar solamentedeformaciones plsticas moderadas y elrequerimiento de ductilidad se mantienerelativamente bajo.Para sismos de mayor intensidad todava quedanreservas plsticas suficientes, que impiden uncolapso aunque con grandes deformaciones ydaos.Para ello, hay que cubrir los requerimientos deductilidad con un dimensionamiento y un diseoapropiados.

(Texto segn Grohmann, 1998)


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2. Emplazamiento de unavivienda en pendiente

En reas propensas a movimientos ssmicos elemplazamiento de la vivienda en el sitio es muy

importante. 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 laedificacin, ver fig. 2-2.

c) No debe emplazarse la vivienda cerca afuertes pendientes, para evitar daos 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 as espacios autnomos.

2-1 a 2-5 Emplazamiento de la construccin en pendiente

2-5

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 ms compacta la planta, ms estableser la vivienda. Una planta cuadrada es mejorque una rectangular y una circular es la formaptima, ver fig. 3-1.

b) L as plantas con ngulos no sonrecomendables, si estas fuesen necesarias serecomienda separar los espacios, la uninentre los mismos debe ser flexible y liviana,ver fig. 3-2.

Un mtodo simple para simular el impacto de unsismo se demostr en una tesis de doctorado enla Universidad de Kassel donde un peso de 40kg. sobre un pndulo de 5,5 m de longitud se dejoscilar y golpear modelos de viviendasantisismicas, ver fig. 3-3. Se hicieron estudioscomparativos con una planta cuadrada y unacircular mostrando la mayor estabilidad de estaultima.L uego de dos golpes el modelo con la plantacuadrada mostr grietas en las esquinas, ver fig.3-4. L uego de tres golpes el muro quedoparcialmente daado, ver fig. 3-5. Despus decuatro golpes dos de los muros colapsaron, verfig. 3-6.El modelo con la planta circular present lasprimeras grietas recin luego de tres golpes, verfig. 3-7, luego de 6 golpes una parte del muro sedesplaz, ver fig. 3-8. Incluso hasta despus desiete golpes el modelo no colaps (Yazdani, 1985).Syed Sibtain construy varias viviendasantisismicas en Afganistn utilizando muros

convexos reforzados en las esquinas concontrafuertes , ver fig. 3-9. L a estabilidad obtenidacon este diseo es tan buena como la que seobtiene con plantas circulares (Sibtain, 1982).

malo mejor optimo

peligroso seguro

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

3-1 Plantas

3-2


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3-4 a 3-8 Ensayos ssmicos para modelos con plantascuadradas y circulares (Minke 2001)

3-4

3-9 Planta de un vivienda ssmica en Afganistn(Sibtain 1982)

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4. Daos tpicos provocados pormovimientos ssmicos y erroresde diseo

Las figuras 4-1 a 4-3, muestran grietas tpicas enmodelos a escala 1:5 provocadas por unmovimiento ssmico 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 rea 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 lamampostera, estos colapsan como se puede veren la fig. 4-3.

Si no hay una traba entre los dinteles y lamampostera sobre los mismos, aparecen grietashorizontales. Si no se ejecuta un encadenado(collarn) y si este no tiene traba con la seccinsuperior del muro esta se quiebra, pudiendoderrumbarse, ver fig. 4-3.La fig. 4-4 muestra un vivienda diseada con elpropsito de ser antisismica en la que las esquinasse reforzaron con contrafuertes. L a prueba desimulacin de un sismo, demostr que estaconstruccin sin encadenado no era estable

aunque la construccin 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 viviendarectangular de adobe, que pueden provocarunderrumbe durante un sismo.

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

4-4 Viviendas antisismicas, Afganistn (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. L os muros pueden sufrir deformacionesmenores absorbiendo la energa cintica delsismo debido al cambio de la forma. En estecaso la cubierta debe estar bien arriostradacon el muro mediante un encadenado.

3. L os muros deben construirse como en elsegundo caso, pero se debe disear 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 hormign armado con columnas enlas esquinas y en los bordes de los vanos,conectadas con el encadenado superior, as comocon el cimiento.Una variante para construir un muro rgido sindeformaciones durante el sismo, es conectar lasesquinas de los muros con tensores formando un

cruce.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 despus

de impactos ssmicos simulados (Sibtain, 1982)

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

1. Ausencia de un refuerzo horizontal (encadenado, collarn

o viga cadena)2. L os dinteles no penetran suficientemente en lamampostera

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 enrelacin a las esquinas es demasiado angosto

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

estabilizacin8. L a calidad de la mezcla del mortero es pobre (con una baja

capacidad aglutinante), las uniones verticales no estncompletamente rellenas, las uniones horizontales son

demasiado gruesas (ms de 1,5 cm)9. L a cubierta es demasiado pesada10. L a cubierta tiene un arriostramiento dbil 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 murosdctiles (flexibles), pueden construirse sinhormign armado y sin tensores, lo que los hacemucho ms econmicos.Por ejemplo, los muros construidos con el sistemade bahareque tambin denominado bajareque oquincha (wattle and daub en ingls), poseen estaductilidad.L a fig. 5-2 muestra una vivienda de baharequeen Guatemala que despus de un sismo, sufrideformaciones sin colapsar y fue solo necesarioapuntalar uno de sus muros.L os 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 que

son 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 seccin su-perior del muro en relacin 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 ser el riesgo de la aparicin

de grietas.L os 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 estn reforzados con contrafuertes o murosintermedios, ya que estos se pandean y quiebran.Los daos 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 diseo antisismicoes asegurar que los muros no caigan hacia elexterior o disear una estructura de cubiertaaislada es decir sobre columnas exentas de laestructura del muro, ver cap. 12.Para el diseo de viviendas antisismicas se debetener en cuenta que las fuerzas del sismo que seejercen sobre la construccin deben serproporcionales a la masa de la misma y que el

desplazamiento es mayor de acuerdo a la alturade la construccin.


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6. Muros antisismicos de tapial(tierra apisonada)

6.1 Generalidades

L a tcnica del tapial consiste en rellenar unencofrado con capas de tierra de 10 a 15 cmcompactando cada una de ellas con un pisn.El encofrado esta compuesto por dos tablonesparalelos separados, unidos por un travesao, verfig. 6-3. En francs esta tcnica se denomina pisde terreo terre pis, en ingls rammed ear th.En comparacin con tcnicas en las que el barrose utiliza en un estado ms hmedo, la tcnicadel tapial brinda una retraccin mucho ms baja yuna mayor resistencia. L a ventaja en relacin alas tcnicas de construccin con adobe, es que

las construcciones de tapial son monolticas y porlo tanto poseen una mayor estabilidad.En los encofrados tradicionales, los tablonesparalelos separados se unen por medio detravesaos (de un espesor considerable) queatraviesan el muro, ver fig. 6-3 estos al desmoldarel elemento dejan espacios vacos queposteriormente deben ser rellenados. Para evitarun encofrado que requiera tener la altura de unpiso y para evitar los travesaos se desarroll enel Instituto de Investigacin de ConstruccionesExperimentales (FEB) de la Universidad deKassel , un encofrado trepador, utilizando solo untravesao de espesor mnimo en la base (4 x 6mm), ver fig. 6-4.Antiguamente el barro se compactaba con herra-mientas manuales utilizando pisones de base c-nica, en forma de cua o de base plana, ver fig.6-1.Al utilizar pisones de base cnica y aquellos quetienen forma de cua, las capas del barro semezclan mejor y se obtiene una mayor cohesinsi se provee a la mezcla una humedad suficiente.No obstante el apisonado con este tipo de pisonesrequiere de un mayor tiempo que aquel ejecutado

con pisones de base plana.Los muros apisonados con pisones de base plana,muestran uniones laterales dbiles y por ellodeben recibir solamente cargas verticales.Es preferible utilizar un pisn de dos cabezas conuna cabeza redondeada en un lado y en el otrouna cuadrada. Esto permite que se pueda utilizarel pisn del lado cuadrado para compactar lasesquinas con efectividad y del lado redondeadopara el resto. Tales pisones son utilizados an hoyen da en el Ecuador, ver fig. 6-2.En el segundo cuarto del siglo XX se utilizaron

en Alemania, F rancia y Australia compactadores

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

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


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elctricos y neumticos.En casi todas las tcnicas 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 un

muro de tapial siempre es mas hmeda que lainferior parcialmente ya seca, por ello hay unaretraccin ms alta en la capa superior. Lo queconlleva a la aparicin de fisuras en la junta de lasmismas.Esto puede ser peligroso ya que el agua capilarpuede filtrarse hacia estas juntas y quedarse all,provocando humedecimiento y desintegracin.Como se puede ver en la misma figura, tambinpueden aparecer fisuras verticales en estos muros.Para evitar las fisuras horizontales de retraccinse deben ejecutar los muros verticalmente y para

ello se puede emplear el encofrado trepador.

6.2 Estabilizacin 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 estabilizacinadicionales.Se sabe de la existencia de residencias de dosplantas en Mendoza, Argentina, de ms de 150aos de antigedad 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 hormign.Hoy en da viviendas de este tipo ya no seconstruyen debido al tiempo de ejecucinrequerido 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 trepador

para paneles de tapial(Minke 2001)


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6.3 Estabilizacin por la forma

Debido a que los muros delgados son dbiles alas impactos horizontales perpendiculares y ya quelos refuerzos de hormign armado son costosos,se propone una solucin simple de estabilizacinmediante 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 diseo de los extremoslibres de estos elementos. Si el muro tiene unespesor de 30 cm, el extremo debe ser de no msde 3/4 de la altura y no menos de 1/3 de la altura,ver fig. 6-6.Esta longitud mnima 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 diseo de elementos


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6-7 Relacin aconsejable para muros de tapial

Las fuerzas perpendiculares al muro se transfie-ren a la seccin del muro paralela a las mismas.Debido a que las fuerzas se concentran en laesquina del ngulo, este tiende a abrirse, por elloes recomendable disearlas con un espesor mayora la del resto del elemento evitando el ngulorecto, como se puede ver en la fig. 6-8 y 6-9. Estaes una solucin sencilla especialmente para latcnica del tapial.L a fig. 6-12 muestra distintas propuestas paraplantas utilizando estos elementos angulares.Para obtener una estabilizacin 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 pequea longitud y

hacer una junta sin machihembrado si los elemen-tos estn anclados arriba y abajo, ver fig. 6-11.Durante un movimiento ssmico esta unin 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 implement estatcnica se describe en la seccin 6.4.

6-9 Diseo de esquinas de elementos de tapial

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


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6-10 Estabilizacin lateral mediante una uninmachihembrada

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6-12 Propuestas de plantas diseadas con elementos angulares


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6.4 Refuerzos internos

Una solucin para estabilizar muros de barrocontra los impactos horizontales del sismo esutilizar elementos verticales de madera o bambdentro 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 laseccin en estos puntos y pueden aparecerquiebres horizontales durante el sismo.Una sistema de paneles de tapial reforzados conbamb se desarroll en 1978 como parte de unproyecto de investigacin en el FEB, y se imple-

mento exitosamente en Guatemala con la Uni-versidad de Francisco Marroquin (UFM) y el Cen-tro de Tecnologa 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 bamb 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 bamb de 2 a 3 cm de espesor y la

seccin T. Estos elementos se fijaron en la basea un encadenado de bamb dentro de un zcalode mampostera de piedra (hormign ciclpeo) yen la parte superior a un encadenado de bambrectangular.

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Debido a la nervadura integrada al elemento, estetiene aproximadamente cuatro veces msresistencia a las impactos horizontales que unmuro de 14 cm de espesor.L uego del secado aparecieron grietas verticalesde 2 cm de espesor entre los elementos, estas se

rellenaron posteriormente con barro y actancomo juntas de fallo prediseadas 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 energa cintica ssmica) sin que launidad del muro se quiebre o colapse. L ascolumnas sobre las que descansa la cubierta seubicaron a 50 cm del muro hacia el interior, ver

fig. 6-14 de manera tal que la estructura de lacubierta fuera independiente del sistema demuros.


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En 1998 el FEB y cientficos de la universidadde Santiago de Chile elaboraron otro proyecto deinvestigacin para una vivienda antisismica detapial reforzado. L a vivienda se construy en2001 y tiene 55 m de superficie til, ver figs. 6-20 y 6-21.El diseo 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. E l ngulo recto que se forma en estoselementos se sustituye por un ngulo de 45grados para rigidizar la esquina.E l muro de tapial descansa sobre un

sobrecimiento de hormign ciclpeo de 50 cm deespesor. L os refuerzos verticales del tapial losconstituyen caas de colige (bamb 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 lamo 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 tmpano de la fachadas este y oeste

se ejecut con un tabique estructuralmenteaislado para evitar el peligro de la cada 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 Alhu, Chile 2001

6-19

Refuerzo vertical de bamb


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7. Muros de adobe

7.1 Generalidades

L os bloques de barro producidos a mano

rellenando barro en moldes y secados al aire librese denominan adobes. Cuando la tierra hmedase compacta en una prensa manual o mecnica sedenominan bloques de suelo. L os ladril losproducidos mediante un extrusor en una ladrillera,sin cocer se denominan ladrillos crudos. L osbloques ms grandes compactados en un moldese denominan bloques compactados o adobones.

L a elaboracin de los adobes se realiza ya searellenando los moldes con un barro de consistenciapastosa o lanzando un barro menos pastoso en elmolde.Hay muchos tamaos y formas de adobes en elmundo, la fig. 7-1 muestra diferentes moldes, queusualmente son de madera. En L atinoamrica lasmedidas mas comunes son 38 x 38 x 8 cm o 40 x20 x 10 cm. La fig. 7-2 muestra un proceso deelaboracin de adobes en Ecuador.Existen tambin prensas manuales para elaborarbloques de tierra, la ms 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 elaboracin de adobes en Ecuador


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desarrollada en la Universidad Catlica de Asun-cin del Paraguay y permite elaborar tres unida-des a la vez.Mientras que una persona produce por da 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 compresiny flexin es menor y por ello es usualmentenecesaria la estabilizacin con cemento entre 4 a8%.

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

Tapa

Palanca

Molde

Pistn

Para la ejecucin 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.- La calidad del mortero debe ser alta con un con

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

- L os adobes deben mojarse antes de sucolocacin.


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7.2 Refuerzos internos

El Instituto nacional de normalizacin de lavivienda en Per (ININVI ), desarroll un sistemade refuerzo interno para muros en el que hay dostipos de adobes, unos tienen ranuras de 5 cm dedimetro en los extremos y otros son mitades deadobes con una sola ranura para obtener la traba.Por estas ranuras atraviesan varillas de caa, verfig. 7-5. En este sistema se refuerzan los murosmediante contrafuertes integrados, intermediosy en las esquinas, ver fig. 7-6.L a 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 as una buena ligazn entre la cubierta

y los muros.La figs. 7-6 y 7-8 muestran los aspectos ms im-portantes para el diseo de una vivienda con estesistema. Si los muros tienen una longitud 12 ve-ces mayor al espesor, se recomienda ejecutar uncontrafuerte (machn) intermedio. En la intersec-cin se requiere tambin un contrafuerte.Las caas 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 ssmico en vezde reforzarlo.La falla surge por la dbil ligazn entre las capasde adobe en las que se encuentran las caas,debido a que la capa de mortero no essuficientemente gruesa para proveer una buenaunin. Para obtenerla es necesaria una capa demortero de 2 cm sobre y debajo de la caa, 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.

L a fig. 7-7 muestra una planta usada en E lSalvador (Equipo Maiz 2001).

Si el diseo no provee contrafuertes en las esqui-nas, se requiere reforzar las mismas por ejemplocon hormign 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 mampostera de adobes, queconsiste en varillas de acero horizontales dobla-das y enganchadas a la mampostera.

7-6 Planta del sistema ININVI, Per (Pereira 1995)

7-5 Sistema ININVI , Per

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


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7-10 Esquinas reforzadascon hormignarmado

7-8 Centro de educacinAcomayo, Per(Pereira 1995)

7-9 Diseo con el sistemade adobes reforzadoscon contrafuertes


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7.3 Muros de bloques machihembrados

Esta es una solucin 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 diseosde bloques. Estos son producidos con un prensamanual y la tierra debe ser estabilizada concemento.Estos muros pueden resistir los impactos ssmicos,si reciben suficiente carga de la cubierta, si estnreforzados por elementos verticales (caa o hierro)en cada interseccin y en los espacios intermediosy si estos elementos estn arriostrados con elencadenado.Asimismo, la estructura es flexible y puede

absorber la energa cintica del sismo debido aque los perfiles machihembrados tienen unatolerancia mnima que permite a los bloquesmoverse levemente en la direccin horizontal.El sistema fue desarrollado en el Asian Instituteof Technology, Bangkok, las figs. 7-12 y 7-13muestran la aplicacin 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 relacin 1:3.La fig. 7-14 ilustra un sistema similar desarrolla-

do en la Universidad de los Andes, Mrida, Ve-nezuela. El sistema consiste en mampostera debloques de suelo cemento machihembrados conranuras y contiene refuerzos horizontales rafasa una altura de 1.20 m de hormign armado, de 6cm de espesor anclados con caas 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 hormignarmado

L as desventajas de los muros de mamposteracomn, es su tendencia a colapsar por efecto delsismo y la dificultad de controlar la calidad de eje-cucin de la obra.Un mtodo comn para el mejoramiento del com-portamiento ssmico de construcciones demampostera, es la utilizacin de columnasverticales y encadenados horizontales dehormign armado alrededor de la mampostera.Primero se realiza la mampostera y posterior-mente se ejecutan los refuerzos verticales yhorizontales (refuerzo vertical mnimo 4 varillasde 14 mm y estribos con diametro de 6 mm a una

distancia de 10 cm en la parte final)En la fig. 7-16 se puede ver que es importante latraba entre las columnas de hormign y lamampostera.Esta solucin es costosa, muy rgida y no tiene laventaja de la ductilidad (flexibilidad).

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

7-16 Estructura de hormign armado con relleno demampostera


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8. Muros de bahareque (quincha)

La tcnica del bahareque, que en algunos pasesde L atinoamrica se denomina quincha ( en inglswattle and daub) consiste en elementos verticales

y horizontales formando una malla doble que creaun espacio interior, posteriormente rellenado conbarro, ver fig. 8-2 y 8-3. Existen tambin sistemascon una sola malla, ver fig. 8-1. L os elementosverticales usualmente estn compuestos portroncos de arboles, los horizontales de caa debamb, caa brava, carrizo o ramas.Este sistema tiene la ventaja de ser dctil(flexible) lo que lo hace resistente a los impactosde los sismos.L a 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 expansin y desprendimiento delrevoque de barro.Asimismo, existe el riesgo que las vinchucaspuedan vivir en estos huecos, contagiando el malde chagas. Por ello, esta tcnica se recomiendasolo si la ejecucin es perfecta sin fisuras, nigrietas. El sistema requiere control y

mantenimiento, si aparecen grietas en lasuperficie deben ser selladas inmediatamente.La fig. 8-3 muestra una vivienda construida conelementos prefabricados que despus delensamblaje fueron rellenados con bolas de barro.Este sistema fue desarrollado por el Centro dePesquisas e Desenvolvimiento (CE PE D),Camari, Brasil.E l diseo de las arquitectas Kuhn, Poblete y

Trebilcock, ver fig. 8-4, muestra una propuestaque utiliza el sistema de bahareque como relleno

entre elementos de tapial que actan comocolumnas.L a fig. 8-5 muestra una solucin errnea muyprimitiva, utilizada muchas veces en pases deL atinoamrica como alternativa al sistemabahareque. L os rellenos entre las columnasverticales son de mampostera de adobes puestosde canto y entre ambas columnas se tensa alambrede pas interior y exteriormente para rigidizar losmuros. Como se puede ver este muro es muyfrgil y no es recomendable, en este caso se debe

reducir la distancia entre las columnas, tensarmejor los alambres y revocar la superficie.

8-1 Edificacin de bahareque tradicional, Venezuela

(Minke 2001)

8-2 Variantes del la tcnica del Bahareque(segn 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 Solucin errnea al sistema bahareque


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9. Muros de elementos textilesrellenos con tierra

En el I nstituto de Investigacin deConstrucciones Experimentales (FEB) de la

Universidad de Kassel, Alemania, desde 1977 seinvestigaron diferentes posibilidades para utilizaren la construccin de muros elementos textilesrellenos con tierra arcillosa, pmez o arena.La fig. 9-1 muestra el prototipo de una viviendacon muros antisismicos, construidos conmangueras textiles rellenas con tierra y pmez,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 caas de bamb

delgadas, ver fig. 9-2.El yute se cubri con varias capas de pintura decal, ver fig. 9-3, para prevenir la putrefaccin delmaterial y para estabilizar la superficie eimpermeabilizarla.L a estructura de la cubierta descansa sobrecolumnas exentas ubicadas hacia el interior delespacio.Como parte de un proyecto de investigacin decooperacin del FEB, la Universidad FranciscoMarroquin (UF M) y el Centro De EstudiosMesoamericano sobre Tecnologa Apropiada(CEMAT ) ambos de Guatemala, en 1978 seconstruy una vivienda prototipo de 55 m 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 construccin 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 tcnica se desarroll 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 dimetro se hicieron de tela de algodn yse rellenaron con suelo volcnico compuestofundamentalmente por pmez. Estas seembebieron en una lechada de cal (para evitar laputrefaccin 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 caas debamb 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 depintura de cal preparada con 1 bolsa de calhidrulica, 4 kg. de sal comn, 2 kg. alumbre y 30

litros de agua.L a 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 dehormign.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 fija

yute por dentro de la estructura, obteniendo unbolso de yute dentro de la estructura que se rellenacon tierra y pmez. El muro concluido se pintcon una lechada de cal para evitar su putrefaccin.L os 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 est conformado por dos partesinseparables una de ellas denominada seccin decarga (h

1) que es la parte del cimiento que recibe

las cargas de la construccin y las distribuye enun rea mayor, estar dimensionada en funcinde V y deber cumplir con la relacin h/V=2; y laseccin de soporte (h

2) cuya funcin es la de

recibir las cargas y transmitirlas al suelo. Su alturano ser menor a 0.20 m.

Es decir la altura mnima del cimiento ser de 0.40m. Puede ser ms 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.L os sobrecimientos son usualmente ejecutadoscon ladrillos o piedras pero debern ejecutarsepreferentemente con hormign ciclpeo uhormign armado. Su altura no deber 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 ms bien deben tenerelementos de traba (piedras, caas o elementosde madera) que logren una mejor unin, estos

elementos deben situarse cada 30 a 50 cm, verfig. 10-2.En el caso en el que una proteccin sobre elsobrecimiento contra la humedad ascendente(cartn asfltico o plstico) sea necesaria, estadebilita la unin por ello los elementos verticalesde traba son muy importantes.En la fig. 10-2 se puede ver la disposicin delelemento de madera que acta como traba.En muros de adobe, es necesario utilizar unmortero con una buena capacidad aglutinante para

la unin entre el sobrecimiento y la primera hiladade adobes. El mortero a utilizarse para las juntas

10-1 Cimentacin para muros perimetrales

10-2 Disposicin del elemento de madera que actacomo traba

10-3 Fundacin desplazable


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

10.2 Encadenados de muros

L os muros deben estar coronados conencadenados (viga cadena, collarn), quetrnsmitan las fuerzas de flexin que ocurren porlos impactos perpendiculares al muro. Estos pue-den actuar tambin como soporte de la estructu-ra de la cubierta. E s 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 pas queposteriormente se fijarn con el encadenado, ver

fig. 10-4. Una mejor solucin es medianteelementos de madera o de bamb 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 mampostera de adobe.Cuando se ejecuta un encadenado de hormignarmado, en la ultima hilada de adobes las juntasverticales deben dejarse libres para ser rellena-

das con la mezcla de hormign obteniendo as 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 dimetro.L os impactos del sismo son parcialmenteabsorbidos por este canal, debido a que el cantorodado puede desplazarse.

10-6

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10.3 Encadenados que actan como vigassoleras

Si los encadenados actan tambin 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 seccin del muro. Si la solera descansadirectamente sobre los adobes se corre el riesgo

que durante el movimiento ssmico, la ultimahilada tienda a quebrarse debido a su pocaresistencia a la flexin, 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, cuas de madera o de hormign (fig. 10-15).La fig. 10-15 izquierda muestra una solucin condos troncos de madera como encadenado, quedescansan sobre una mezcla de mortero de ce-

mento, a la derecha se puede ver una solucinpara un encadenado de hormign. E larriostramiento entre el encadenado y el tijeral,debe ser rgido.

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 Distribucin de las cargas a travs 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 mnimo de 2 cm, ver fig. 10-6.Debido a que bajo la influencia ssmica se creanmomentos en las esquinas de los encadenadosestas deben ser rgidas. L as 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 hormign armado sobremuros de adobe y la fig. 10-12 muestra una solu-cin para encadenados de madera sobre murosde tapial.


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11. Tmpanos

Si se construyen los tmpanos comoprolongaciones de los muros, estos tienden acolapsar durante un sismo a causa de los impactos

horizontales perpendiculares a su eje.L a solucin optima es construir una cubierta acuatro aguas evitando los tmpanos.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 tmpano debe ser construido conadobes o tapial, debe ser estabilizado concontrafuertes, ver fig. 11-2, o mediante unaestructura de hormign armado, esta solucinresulta muy costosa y por lo tanto no esrecomendable, ver fig. 11-3.

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

11-2 T mpano estabilizado con contrafuertes

11-3 T mpano estabilizado con estructura de hormignarmado


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12. Cubiertas

12.1 Generalidades

La cubierta debe ejecutarse tan liviana como sea

posible.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 diseo 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 solucinde cubierta a cuatro aguas simple y econmica,que descansa sobre una planta cuadrada.Las cubiertas a dos aguas son construcciones sen-cillas, pero requieren tmpanos que no son reco-mendables debido a que pueden colapsar si noestan bien diseados, ver capitulo 11.Para espacios de menos luz, las cubiertas a unaagua son ms 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 una

frecuencia 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.L as figs. 12-1 a 12-4 muestran propuestas delautor para viviendas diseadas con este sistemaestructural.Es necesario que las columnas estn empotradasen los cimientos y ancladas a la cubierta medianteriostras. Estas uniones deben ser semirigidas de

tal manera que posean una ductilidad suficiente.L as figs. 12-5 y 12-6, muestran seccionesverticales de viviendas que fueron descritas en laseccin 6.4.En el primer caso las columnas sobre las quedescansa la cubierta estn emplazadas dentro delespacio y en el segundo caso se encuentra fuera.

12-1

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

12-4

12-6 Seccin de una vivienda antisismica de tapialreforzado en Alhu, Chile 2001

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


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En las figs. 12-7 a 12-9 muestran la construccinde una vivienda de bajo costo que fue construidaen 1989 en Pujili, Ecuador (diseo: Gernot Minkey FUNHABIT, Quito).En esta vivienda el sistema de muros estcompuesto 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 pmez para mejorar el aislamiento trmico.L a cubierta de cuatro agua descansa sobre unaviga, apoyada sobre cuatro columnas exentas quearriostran la cubierta.L a unin 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 caa brava, el recubrimientoconsiste en una mezcla de tierra arcillosa, pmez,estircol, fibra de sisal, y aceite usado de motor,que despus 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

L os vanos para puertas y ventanas debilitan laestabilidad de los muros. Durante el sismo se crean

grietas 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 mampostera de adobes, paraobtener una buena traba, ver fig. 13-1.Una mejor solucin 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 solucin puede ser mejorada si el dintel a suvez acta como encadenado y si el antepecho

debajo de la ventana no se ejecuta conmampostera sino con un elemento flexible deplanchas de madera o bahareque. De esta manerala ventana tiene la misma funcin que la puerta alseparar los elementos del muro, ver fig. 13-3.La solucin optima para muros de adobe consisteen reforzar los bordes de los vanos mediante co-lumnas verticales ancladas en la mampostera deadobes, ver fig. 13-4.L as siguientes reglas deben tenerse en cuentapara la ejecucin de vanos, ver figs. 13-5 y 13-6:

a) Las vanos para ventanas no deben tener unalongitud mayor a 1.20 m, ni ms 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 demnimo 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 Posicin de ventas y puertas

13-1 peligroso aconsejable

13-2 mejor

13-3 ptimo

13-4 Solucin 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 Estabilizacin del encadenado mediante contrafuertes

14-4 Diseo de la abertura de la puerta en una cpula

14. Cpulas

El problema principal en el diseo estructural decpulas es la transferencias de los empujes a lasfundaciones. La fig. 14-1 muestra como la fuerza

resultante en el arranque puede separarse en doscomponentes una vertical y una horizontal.Mientras mas inclinada la resultante menor sucomponente horizontal.El soporte de la cpula debe ser un encadenadohorizontal de hormign armado, acero o maderaque debe estar arriostrado con la cpula y el muropara evitar que la cpula se desplace durante elsismo. Este encadenado debe asimismo tener unperfil inclinado hacia el interior que contenga elmovimiento de la cpula en caso de un sismo,ver fig. 14-3.


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

Debido al gran peso de una cpula 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 la cpula arranca directamente sobre unsobrecimiento la estructura es ms estable, verfig. 14-2. En este caso el cimiento debe actuarcomo encadenado y se ejecuta usualmente conhormign armado y la resultante de la cpula 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 solucin se debe tener en cuenta, quelos vanos de ventanas y puertas desestabilizan laestructura de la cpula. Por ello, se deben disearlas aberturas para los ingresos a la cpula y paralas ventanas en forma de bvedas que interceptenla cpula y que as transmitan las fuerzas decompresin a los cimientos, ver fig. 14-4.Una cpula antisismica debe tener una seccinespecial que evite todas las fuerzas de anillo decompresin y tensin, asimismo la lnea depresiones de la cpula debe mantenerse en elcentro del espesor de la cpula y la excentricidaddebe ser menor a 1/6.En una cpula de forma semiesferica la lnea de


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14-5 Seccin semiesferica no aplicable para el diseoantisismico (Minke 2001)

14-6 Curva ideal para la seccin de una cpula en relacina otras curvas comunes (Minke 2001)

presiones sale del centro de su espesor y se creanfuerzas de anillo a tensin 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 seccinde una cpula que no produce fuerzas de anillo,en relacin con las curvas de una parbola, unacatenaria y un semicrculo.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 cpula sin contar el

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

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

parbola

curva ideal

semicrculo

catenaria

sobrecimiento, tomadas hasta el centro delespesor de la cpula. La relacin de r y h definela seccin. Esta figura, contiene coordenadaspara 7 diferentes proporciones, as como el ngulo, la superficie A y el volumen V variables encada caso.Para construir una cpula sin encofrado con estaseccin estructuralmente optima, se dise en elFEB una gua rotatoria, que tiene un ngulo rectocon el que se colocan los bloques. Este nguloest ajustado a un brazo rotatorio fijado a un pos-te vertical. L as figs. 14-8 a 14-11 muestran la apli-cacin de esta tcnica para una cpula de 8.80 mde luz libre y 5.50 m de altura libre que se cons-truy en La Paz, Bolivia en 2000. Los adobes deesta cpula se elaboraron manualmente con unmolde especial con esquinas redondeadas.

Con esta forma se obtienen una buena distribucindel sonido. E l comportamiento acstico 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 lacpula, L a Paz,

Bolivia 2000

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


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15. Bvedas

L as bvedas durante un sismo tienen unaestabilidad menor a la de las cpulas descritas enel capitulo 14.

L a viga cadena debe ser muy estable debido aque las fuerzas resultantes de la bveda creanflexin 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 cpulas, lasbvedas arranquen directamente sobre elsobrecimiento para obtener una mejor estabilidad

en caso de sismo, ver fig. 15-2.La seccin transversal de una bveda que por logeneral esta cargada solo por su propio peso, debetener la forma de una catenaria invertida, de talmanera que solo contenga cargas de compresin,ver fig. 15-3.Una regla importante para el diseo y clculo esque la resultante de la bveda 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 hormign armadoque pueda resistir las fuerzas perpendiculares delsismo. En la fig. 15-4 se puede ver la seccin deuna vivienda con un sobrecimiento mal ejecuta-do, ya que la resultante sale del material y creaun momento en el sobrecimiento que podra pro-vocar su colapso durante el sismo.Las fachadas de la bveda deben ser reforzadasal igual que los tmpanos descritos en el capitulo11. L a mejor solucin seria que estos seanelementos livianos y flexibles ejecutados porejemplo con bahareque o con una estera de

madera revocada.La fig. 15-5 muestra un diseo del autor, para unavivienda antisismica de bajo costo en la reginde Gujarat,India.Una propuesta del autor para bvedas antisismicasde adobe reforzadas con bamb, que se construyen 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 bamb.

15-1 Viga cadena estabilizada mediante tensores o contrafuertes

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

15-2 Excentricidad permitida


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L a estructura de bamb se construy con tressecciones de bamb cortadas longitudinalmente.Para facilitar su doblado estas fueron sumergidasen agua durante tres das.Se doblaron las secciones de bamb sobre estacasclavadas en la tierra formando la catenaria, quees la forma ideal para una bveda, 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 posicin verticaly se fijo a los hierros que sobresalen delsobrecimiento, ver fig. 15-8.E l bamb requiere estar bien anclado en elsobrecimiento, debido a que durante el sismo estaunin puede recibir esfuerzos de tensin.Sobre los adobes se coloc una membrana depoliester cubierta de PVC fijada y tensada al

sobrecimiento, que tiene la doble funcin de pro-teger la bveda de las inclemencias del tiempo ypretensar el arco proveyendo mayor estabilidad.Esta se obtiene mediante el pretensado de lamembrana a tensin que produce un pretensadoa compresin en la bveda. Si el prentensado esmuy fuerte, la seccion optima cambia de unacatenaria a una elipse.L os impactos del sismo pueden deformar labveda, por ello las juntas entre los adobespueden abrirse pero no se produce el colapso

debido a la estructura de bamb.La estabilidad de la bveda depende de su ducti-lidad.

15-5 Diseo para una vivienda antisismica en India15-4 Seccin de una bveda mal diseada

resultante

Mortero de barro estabili-zado o recubrimiento de

paja fijada sobre unacapa de asfalto

Malla de caarevocada

con barroMorterodecemento

Cocina

Terrazoa

Tensor

Bao


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15-6 Elaboracin de adobes especiales

15-7 Construccin del arco de bamb

15-8 y 15-9Bveda antisismicareforzada con bambFEB Kassel, 2001


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Para zonas ssmicas en Argentina e Iran el autordesarroll un sistema similar pretensado parabvedas de adobe.La Fig. 15-10 muestra el diseo para un colegioen Bam, Iran, donde las bvedas tienen un espesorde 30 cm. L as mismas estan pretensadasmediante perfiles de metal fijados al encadenadode hormigon armado ubicado en la base de la

bveda. F uerzas iguales de pretension sonrecibidas en cada seccion mediante el uso de unallave de esfuerzo de torsion. L a seccion optimade la bveda 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, I ran


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16. Revoques y pinturas

L os 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 frgil y quebradizo, as comomuy poco flexible y por ello tiende a crear fisuraspor las cargas trmicas que expanden y contraenel material y por impactos mecnicos.Si el agua penetra en estas fisuras el barro se ex-pande y el revoque tiende a desprenderse.En la vivienda ms antigua de tierra apisonadaconstruida en Alemania en 1795, se encontrdurante trabajos de reparacin en 1992 unaerosin masiva por congelamiento que destruyel barro hasta una profundidad de 20 cm, debidoa que el agua penetr a travs del revoque decemento que fue aplicado algunas dcadas antes.L a Iglesia en Ranchos de Taos, Nuevo Mexico,ver fig. 16-1, construida con adobes en 1815, serevoc con cemento durante una restauracin lle-vada acabo en 1967. Once aos despus el revo-que de cemento debi ser desmantelado debidoa que el barro mostraba daos severos provoca-dos por las filtraciones del agua de lluvias a tra-vs 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 hmedo con unaplancha de madera o fieltro y aplicar posterior-mente una pintura como proteccin contra la ero-sin de la lluvia.Esta pintura debe ser de cal o cal-caseina y debenaplicarse tres capas. L a primera muy aguadadebido a que la solucion debe penetrar en el muro2 o 3 mm.

16-1Iglesia San Franciscode Ass, Ranchos de

Taos, EEUU


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Las figuras sin fuentes mencionadas, pertenecenal autor.

Gernot Minke es arquitecto ycatedrtico de la universidad deKassel donde el dirige elForschungslabor fr Experi-mentelles Bauen (F EB)(Instituto de Investigacin deConstrucciones Experimenta-les.)Desde 1974 se han llevado acabo mas de 30 proyectos deinvestigacin y desarrollo en elcampo de construccionesecolgicas, viviendas de bajocosto y especialmente en elcampo de las construccionescon tierra.En su estudio el autor, hadiseado varias edificacionesparticulares y pblicas donde elbarro es el material predomi-nante.Sus obras se encuentran no solo

en Europa, sino tambin enAmrica del Sur, AmricaCentral e India.El es autor de varios libros, masde 200 artculos y ha participadoen ms de 30 conferenciasinternacionales. Asimismo, hadado varias charlas endiferentes universidades delmundo y ctedras en Guatema-la, Paraguay, Mxico y Vene-

zuela como profesor visitante.

Sobre el autor


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