Construcción con sacos de tierra

Se trata de una técnica de construcción natural desarrollada a partir de técnicas históricas de construcción de búnkeres militares y métodos de construcción de diques temporales para el control de inundaciones . La técnica requiere materiales de construcción muy básicos: sacos resistentes rellenos de material orgánico, generalmente disponible en el lugar.

El material de relleno estándar para sacos de tierra tiene estabilidad interna. Se utiliza subsuelo húmedo con suficiente arcilla para que se vuelva cohesivo al compactarlo, o bien grava angular resistente al agua o roca volcánica triturada . Los muros se construyen gradualmente colocando los sacos en hileras, formando un patrón escalonado similar al de la colocación de ladrillos .

Las paredes pueden ser curvas o rectas, abovedadas con tierra o rematadas con techos convencionales . Las paredes curvas proporcionan una buena estabilidad lateral, formando habitaciones redondas y/o techos abovedados como un iglú .

Los edificios con muros rectos de más de 5 m (16,4 pies) de longitud necesitan muros de intersección o contrafuertes de arriostramiento. Existen normas internacionales para el tamaño y el espaciamiento de los muros de arriostramiento para la construcción de tierra en diferentes tipos de zonas de riesgo sísmico, en particular las normas basadas en el desempeño de Nueva Zelanda ^{[ 1 ]} recomendadas por las normas de construcción de tierra de ASTM International . ^{[ 2 ]} Las pruebas de corte estático muestran que el saco de tierra puede alcanzar resistencias similares a las normas de adobe reforzado de Nueva Zelanda con resistencias de suelo y refuerzo específicos ^{[ 3 ]} aunque el saco de tierra de suelo débil sin refuerzo puede tener una resistencia al corte menor que el adobe sin refuerzo.  

Para mejorar la fricción entre los sacos y la resistencia a la tracción de la pared, se suele colocar alambre de púas entre las hiladas. A veces también se enrolla cordel alrededor de los sacos para atar una hilada a la siguiente, para mantener unidas las estructuras en construcción y asegurar que las hiladas se asienten correctamente en las puntas del alambre de púas. ^{[ 4 ]} Se pueden clavar barras de refuerzo en las paredes para fortalecer las esquinas y los bordes de las aberturas y proporcionar resistencia contra el vuelco.

La estructura suele acabarse con yeso , ya sea estuco de cemento sobre una capa de malla resistente o un revoco de adobe o cal, para repeler el agua y evitar daños por rayos UV en los tejidos. Los acabados pueden variar según se trate de aplicaciones interiores protegidas o exteriores expuestas.

Esta técnica constructiva es uno de los métodos de construcción natural más versátiles y puede utilizarse para bancos, muros independientes, refugios de emergencia , viviendas temporales o permanentes , graneros y edificios comerciales. El sistema de sacos de tierra se elige con frecuencia para numerosas estructuras institucionales de tamaño pequeño a mediano en países en desarrollo. Las estructuras subterráneas, incluidas las viviendas enterradas y con taludes (como las Earthships ), las cisternas , los depósitos de agua , las bodegas subterráneas y los muros de contención, pueden construirse con relleno de tierra estabilizada o con refuerzo adicional y relleno de grava o arena resistente al agua.

Aunque Joseph Kennedy probablemente inventó el término «saco de tierra» (así como «tierra contenida»), Paulina Wojciechowska escribió el primer libro sobre el tema de la construcción con sacos de tierra en 2001, « Building with Earth: A Guide to Flexible-Form Earthbag Construction» . Kelly Hart desarrolló una extensa base de datos en línea con información sobre sacos de tierra que fomentó el intercambio de ideas. Kaki Hunter y Doni Kiffmeyer trabajaron en diversos proyectos tras estudiar con Khalili, denominando al saco de tierra «tierra apisonada de forma flexible». Su libro de 2004, «Earthbag Building: the Tools, Tricks and Techniques» , está disponible como libro electrónico. ^{[ 5 ]}

Diversos autores, entre ellos Owen Geiger y Patti Stouter, han desarrollado folletos gratuitos en línea. Estos incluyen investigaciones estructurales y técnicas de ensayo de campo desarrolladas para zonas rurales. ^{[ 6 ]}

Un libro electrónico de Geiger de 2011, Guía de construcción con sacos de tierra: Muros verticales paso a paso , proporciona ilustraciones fotográficas del proceso y análisis de nuevas técnicas para áreas de bajo riesgo. ^{[ 7 ]}

Muchos, como Akio Inoue, de la Universidad Tenri en Japón, y Scott Howard, de Earthen Hand, han probado y construido edificios. Hart, junto con Geiger, ^{[ 8 ]} impulsó el desarrollo de la construcción con sacos de tierra en diferentes formas cultural y climáticamente apropiadas. Robert Shear construyó una casa con sacos de tierra inspirada en el concepto de "earship" en Utah, y Morgan Caraway, de Sustainable Life School, está construyendo una casa que también incorpora principios de diseño de "earship".

Si bien Gernot Minke, el profesor alemán de arquitectura de tierra, desarrolló por primera vez una técnica que consistía en usar sacos llenos de piedra pómez para construir muros, el arquitecto y constructor Nader Khalili ayudó a reintroducir la construcción con sacos de tierra como una técnica moderna llamada superadobe para esfuerzos humanitarios (en particular para edificios residenciales) así como para el control natural de inundaciones. ^{[ 9 ]}

El Dr. John Anderton de Sudáfrica ha probado una versión de bolsa de triple canal que reduce los problemas de deslizamiento inherentes a los materiales de relleno no cohesivos como la arena, ^{[ 10 ]} y fue pionero en el trabajo con un sistema de arena contenida en una pared estrecha que él llama E-khaya.

Fernando Pacheco, de Brasil, fue pionero en el uso de tubos de malla de HDPE más ligeros para muros de hiperadobe más sencillos. ^{[ 11 ]}

La reconstrucción tras desastres naturales y en regiones de bajos ingresos de todo el mundo ha incluido la construcción con sacos de tierra. Si bien los muros de tierra pesada suelen ser peligrosos en caso de terremotos, los sismos de Nepal en la primavera de 2015 dejaron edificios construidos con sacos de tierra en buen estado cerca de los edificios destruidos.

El ingeniero Nabil Taha desarrolló las primeras especificaciones generales para un tipo de refuerzo de anclaje exterior adecuado para las zonas de mayor riesgo sísmico. ^{[ 12 ]} Varios estudiantes de ingeniería han probado sacos de tierra sin curar o de baja resistencia, y Build Simple ha probado muros cohesivos curados. ^{[ 13 ]} Organizaciones constructoras en Nepal están trabajando actualmente con ingenieros para mejorar y refinar las opciones de refuerzo para sacos de tierra sismorresistentes.

El polipropileno de tejido sólido es el más popular y está disponible en todo el mundo para el transporte de arroz y otros granos. Es económico y resistente al agua, la putrefacción y los insectos . Los fabricantes suelen ofrecer tubos que luego los confeccionan en bolsas. También se utilizan tubos de malla de fibras de polipropileno suaves tejidas a crochet, aunque también se pueden usar mallas extruidas rígidas o bolsas de malla tejida.

Se pueden utilizar materiales orgánicos/naturales como el cáñamo y la arpillera (como los sacos de yute ). Dado que estos materiales pueden pudrirse, solo deben usarse con rellenos cohesivos (que contengan una proporción significativa de arcilla) que formen masas sólidas al compactarse.

Actualmente, el sistema de sacos de tierra abarca una amplia gama de técnicas. Cada tipo de relleno y contenedor tiene diferentes requisitos de resistencia y refuerzo.

Para zonas peligrosas, se requiere una terminología precisa. El método de tierra contenida (EC) se basa en la técnica original, pero con resistencias de suelo y refuerzos específicos según el nivel de riesgo. El EC utiliza relleno de sacos húmedo, cohesivo y compactado, que se adhiere firmemente al alambre de púas y otros refuerzos a medida que el muro fragua.

CE no son "sacos de arena". La arena contenida (CS) utiliza arena de relleno o cualquier relleno demasiado seco o con poca cohesión que se comporta estructuralmente como sacos de arena. La CS debe construirse con sacos de tela de tejido sólido y tener buena protección contra daños en la tela, confiando en la resistencia de la tela del saco para la resistencia del muro. ^{[ 14 ]} La CS necesita más refuerzo vertical para la resistencia al corte y fuera del plano que CE, o puede requerir una piel estructural. Algunos constructores utilizan sacos estrechos de arena contenida como relleno de muros.

El relleno de grava contenida (CG) utiliza cualquier agregado de mayor tamaño que la arena gruesa, generalmente en sacos de arroz dobles, aunque también se puede usar una malla resistente. El relleno de grava contenida limita la transmisión de humedad desde los cimientos.

El CE modular se construye con sacos de grano o tubos similares. Las paredes se fijan mediante alambre de púas o clavijas entre las hiladas. El CE sólido es hiperadobe construido con algún tipo de tubo de malla raschel tejida , de modo que el relleno de tierra húmeda se solidifica entre las hiladas.

Generalmente se utiliza material inorgánico como relleno, pero también se puede utilizar algún material orgánico (como la cáscara de arroz) si una matriz resistente, como una malla de alambre, refuerza el yeso.

El relleno de tierra puede contener entre un 5 % y un 50 % de arcilla, y puede ser «finos de desecho», «base de carretera», «relleno compactado» o subsuelo local. Los suelos «crudos» o no estabilizados se solidifican, pero no resisten la saturación prolongada. Los subsuelos arcillosos se compactan firmemente y se adhieren bien a las puntas del alambre de púas y a las barras de refuerzo.

El relleno de tierra puede contener una alta proporción de agregados, siempre que se compacte y fragüe adecuadamente. Se pueden usar botellas trituradas, escombros resistentes o desechos plásticos, pero las mezclas con alto contenido de agregados pueden dificultar la inserción de las barras de refuerzo.

La arena, el polvo de piedra y la grava pueden resistir inundaciones prolongadas, pero la mayoría requiere un apuntalamiento especial durante la construcción, así como algún tipo de revestimiento estructural. El relleno de arena puede ser adecuado para varias capas a fin de proporcionar una base de construcción que amortigüe las vibraciones, pero se vuelve inestable en sacos comunes a partir de los 60-100 cm (24-39 pulgadas) de altura.  

La estabilización con cemento, cal o betún permite que los suelos arcillosos resistan las inundaciones o que se utilicen arenas en sacos tradicionales con una capa de yeso no estructural. Dado que los muros de sacos de tierra suelen tener 38 cm (15 pulgadas) de espesor, se necesita una gran cantidad de estabilizador.  

Las propiedades de aislamiento térmico son importantes en climas con temperaturas extremas. El valor de aislamiento térmico de un material está directamente relacionado con su porosidad y el espesor de la pared. La roca volcánica triturada , la piedra pómez o la cáscara de arroz ofrecen un mayor valor de aislamiento que la arcilla o la arena. Los materiales orgánicos sin tratar que podrían descomponerse no deben utilizarse como parte de una pared estructural, aunque sí pueden emplearse como relleno.

United Earth Builders ha probado una arcilla de paja ligera en tubos de malla hiperadobe para formar una capa de 200  mm (8") de espesor en el exterior de una cúpula. ^{[ 15 ]}

Las propiedades de masa térmica de la tierra moderan las fluctuaciones de temperatura en climas con grandes variaciones entre el día y la noche. Este efecto de inercia térmica hace que los muros de tierra macizos sean ideales para climas templados o cálidos y secos. La arcilla o la arena también poseen excelentes propiedades de retención de calor y, cuando se aíslan adecuadamente del exterior de la vivienda, pueden funcionar como masa térmica en un diseño de edificio solar pasivo en climas fríos, manteniendo estables las temperaturas interiores durante todo el año.

En zonas de bajo riesgo, se puede construir CE sólido con menos alambre de púas porque las paredes se solidifican entre hiladas. La construcción con sacos de tierra tejidos o tubos requiere alambre de púas para cualquier nivel de peligro natural, ya que las superficies entre sacos son resbaladizas. Los pasadores entre hiladas no aportan una resistencia lineal importante fuera del plano. ^{[ 16 ]} Las paredes de sacos de tierra con alambre de púas son más flexibles que el adobe y pueden resistir el colapso si se diseñan cuidadosamente.

Los sacos de tierra de suelo débil sin acero pueden tener la mitad de la resistencia al corte del adobe sin refuerzo, que se daña fácilmente en terremotos. Los detalles del código y los planos de Nueva Zelanda permiten que los muros de adobe sin refuerzo resistan fuerzas de casi 0,6 g (comparables a los valores Ss para una probabilidad de excedencia del 2 % en 50 años), pero los sacos de tierra necesitan un suelo más resistente para igualar esta resistencia. Los sacos de tierra en Nepal superaron ligeramente esta resistencia al resistir fuerzas superiores a 0,7 g a principios de 2015. ^{[ 17 ]} Las cúpulas probadas en California resistieron fuerzas de aproximadamente 1 g, debido a la forma estable de estos edificios de menos de 7 m (23 pies) de diámetro. ^{[ 18 ]}  

Las técnicas actuales de construcción con sacos de tierra, que consisten en insertar barras de refuerzo sin fijar a la base y superponerlas sin conexión, pueden resistir solo 1,2 g o menos, incluso utilizando suelos muy resistentes. Se necesita un refuerzo especial.

El CE sólido de suelo resistente tiene mayor resistencia al corte y fuera del plano que el CE modular. ^{[ 19 ]} También puede permitir el uso de malla para refuerzo horizontal además de o en lugar de alambre de púas.

La grava o arena contenida puede funcionar mejor con alambre enrollado alrededor de los lados de las secciones rectas de la pared, alternando con la siguiente hilada con alambre de púas enrollado por debajo y por encima de las mismas secciones rectas. Los muros de base de CG en regiones de alto riesgo pueden necesitar contrafuertes adicionales a nivel de la cimentación cuando los constructores no pueden costear una viga de cimentación o zapata de hormigón armado (HA). Un tubo de malla de plástico más estrecho, comúnmente utilizado para el control de la erosión, podría llenarse de grava para permitir una viga anular de HA de media anchura debajo de los muros anchos.

Se puede formar un techo inclinando gradualmente las paredes hacia adentro para crear una cúpula. Los techos abovedados se pueden construir sobre encofrados. También se puede utilizar una viga de amarre bajo un tipo de techo tradicional. Para reducir la tensión externa en los muros de tierra, pueden ser necesarios techos a cuatro aguas, cerchas a dos aguas o vigas.

Las cúpulas de tierra son económicas de construir, pero impermeabilizarlas es complejo o costoso en regiones húmedas.

Las ventanas y puertas pueden construirse con un dintel de mampostería tradicional o con técnicas de ménsulas o arcos de ladrillo , sobre encofrados provisionales. La luz también puede introducirse mediante claraboyas, tuberías con tapas de vidrio o botellas colocadas entre las hiladas de sacos durante la construcción.

Para proteger las bolsas de los rayos UV o la humedad, cubra la pared con estuco a base de cemento , cal o barro . Si las paredes son de tierra cruda, rellene los huecos entre las bolsas o hiladas con un revoco de tierra con paja. Finalmente, aplique un revoco de acabado.

Los aleros son útiles para reducir la necesidad de impermeabilización con yeso , aunque el yeso en las paredes inferiores puede ser más resistente y más impermeable que el yeso en las paredes superiores.

Algunos edificios utilizan un "techo vivo" ("techo verde") hecho de tierra ajardinada para rematar la estructura, mientras que otros utilizan una estructura y un techo más convencionales colocados sobre muros de sacos de tierra.