La arquitectura construida en tierra, Tradición e Innovación

Congresos de Arquitectura de Tierra en Cuenca de Campos 2004/2009.

Coord.: José Luis Sáinz Guerra, Félix Jové Sandoval

Editor: Cátedra Juan de Villanueva, Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Valladolid ISBN: 978-84-693-4554-2 D.L.: VA-648/2010 Impreso en España Valladolid Septiembre de 2010 Publicación online.

Para citar este artículo:

VALVERDE, Ignacio; FUENTES, Raquel; VALVERDE, Ignacio. “Adecuación de la tierra para ser puesta en obra mediante la técnica de proyección. Tierra proyectada”. En: Arquitectura construida en tierra, Tradición e Innovación. Congresos de Arquitectura de Tierra en Cuenca de Campos 2004/2009. [online]. Valladolid: Cátedra Juan de Villanueva. Universidad de Valladolid. 2010. P. 245-254. Disponible en internet: http://www5.uva.es/grupotierra/publicaciones/digital/libro2010/2010_9788469345542_p245-254_valverde.pdf

URL de la publicación: http://www5.uva.es/grupotierra/publicaciones.html

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ADECUACIÓN DE LA TIERRA PARA SER PUESTA EN OBRA MEDIANTE LA TÉCNICA DE PROYECCIÓN. TIERRA PROYECTADA

Ignacio Valverde Espinosa, Dr. En Ciencias Geológicas. Catedrático E.U. del Dpto. de Construcciones Arquitectónicas de la Universidad de Granada, España

Raquel Fuentes García, Arquitecto Técnico y Licenciada en Geografía e Historia. Prf.ª Colaboradora del Dpto. de Construcciones Arquitectónicas de la Universidad de Granada, España

Ignacio Valverde Palacios. Licenciado en Geología. Prf. Interino Ayudante Doctor del Dpto. de Construcciones Arquitectónicas de la Universidad de Granada, España

IV Congreso de Tierra en Cuenca de Campos, Valladolid, 2007

Resumen

El sistema sobre el que se está investigando consiste en proyectar la tierra sobre las superficies dañadas en construcciones de tapial así como para consolidar y/o restaurar taludes carreteros o sobre encofrados en obra nueva, mediante maquinarias similares a las que se usan en construcción para pro-yectar hormigón. Una de las ventajas de este sistema es la posibilidad de aplicar un mate-rial natural, de forma rápida, con la misma textura y color de la tierra original y gran dura-bilidad. Esta metodología está bajo patente de invención con marca PROJECTED EARTH SYSTEM®.

Introducción

Las intervenciones realizadas sobre construc-ción de tierra, con resultados no satisfactorios, y el impacto visual generado en la consolida-ción de taludes carreteros, así como el daño ambiental que estamos originando al construir desenfrenadamente con sistemas actuales y materiales que agotan recursos medioam-bientales, plantean la necesidad de rescatar a la tierra como material de construcción. Sin embargo, somos conscientes de sus limitaciones como material tradicional para ser utilizado en elementos estructurales y de los elevados costes que se derivarían de

mantenerse las técnicas de puesta en obra tradicionales en países desarrollados sin olvidar las dificultades añadidas que entra-ñaría la escasez de obreros y técnicos conocedores del empleo de este material. Por ello hemos estudiado la tierra como material de construcción a fin de dotarla de unas propiedades físicas, químicas y mecánicas para conseguir la durabilidad deseada mediante una masa de textura y color muy similar a las del soporte y ade-cuarla para ser puesta en obra mediante proyección "tierra proyectada" como una nueva alternativa para la consolidación y/o protección de los elementos arquitectóni-cos construidos con la técnica del tapial. Se está extrapolando esta sistemática a la pro-tección y restauración de los taludes carre-teros lo que supondría un gran logro desde el punto de vista de la ingeniería en el campo de la ciencia de los materiales y una mejora del impacto visual que estas obras generan. También estamos planteando un nuevo reto para obra nueva, a fin de

obte-ner los beneficios que la tierra aporta den-tro de la arquitectura sostenible: es ecológi-camente limpia porque se puede destruir el elemento constructivo y volver a utilizar esta tierra tantas veces como se desee. Quizás será una nueva ambición de la arquitectura no dejar ni desechos ni huellas indelebles.

Tierra Proyectada

La técnica del gunitado, consistente en la puesta en obra de mortero u hormigón por proyección a gran velocidad sobre una superficie, previamente transportado en forma neumática a través de mangueras y lanzado a través de una boquilla, ha evolu-cionado considerablemente desde 1970 mejorándose la puesta en obra, disminu-yendo los costes y aumentando la calidad del material proyectado. Estas circunstan-cias han dado lugar a que esta técnica se haya extendido considerablemente para Figura 1.

evitar degradaciones y posibles desestabi-lizaciones de taludes carreteros y para otros usos generalmente en obra civil. En estos últimos años ha sido tal su prolifera-ción que este sistema se está extendiendo en el desarrollo de proyectos arquitectóni-cos.

Sin entrar en la idoneidad de esta técnica según la naturaleza del soporte, ya que para determinados suelos, fundamental-mente arcillosos, su aplicación ha de apo-yarse en otras técnicas complementarias para cumplir con éxito la misión encomen-dada, el auge alcanzado y el gran desarro-llo de la red de carreteras ha llevado a tapi-zar gran cantidad de taludes con mortero u hormigón originando un gran impacto visual añadido por el color gris portland muy dis-tinto en la mayoría de los casos al de los materiales del entorno hasta el punto que en algunos casos nos parece circular por un "túnel abierto". Tanto es así, que este efecto ha intentado paliarse con la adición

de colorantes, si bien este uso está muy poco extendido, quizás por no haberse con-seguido el efecto pretendido, no justificán-dose por tanto el coste añadido. Este propó-sito sin embargo, aún mejorando la tonifica-ción, no contempla otro aspecto tan primor-dial como el primero, que es la textura que se origina del corte del material que tanto contrasta con el que presenta la superficie de la gunita.

La "tierra proyectada" puede ser una alter-nativa para evitar el efecto generado por la gunita pues a través de ella, la obtenida del propio desmonte corregida en su caso, podría lograrse un material de textura y tonificación similar a los de la zona, nos referimos especialmente a suelos finos, paliando considerablemente el impacto visual. Debemos añadir que esta técnica sólo tendría aplicación en taludes naturales o artificiales totalmente estables actuando la capa de "tierra proyectada" como mate-rial consolidante de la superficie del talud sin utilizar otras técnicas añadidas para su fijación al soporte. En caso de soportes arti-ficiales, como pueden ser hormigón o guni-ta, ladrillos, muros de gaviones, escolle-ras,…, se sigue manteniendo una buena adherencia y durabilidad del suelo aporta-do.

No obstante, esta posible trasferencia junto con la de aplicar este sistema en obra nueva, serán objeto de posteriores investi-gaciones, ya iniciadas por nuestra parte, pues de momento nos centramos funda-mentalmente en la aplicación de la proyec-ción para restauraproyec-ción y consolidaproyec-ción de tapiales, tema que es objeto de esta comu-nicación.

La investigación la hemos iniciado con un material que pertenece a la denominada Formación Alhambra que constituye las colinas sobre las que se asienta el Albayzín y la Alhambra extendiéndose a lo largo del borde E de la Depresión de Granada. Precisamente, los tapiales que aparecen ligados a las construcciones domésticas y monumentales del Albayzín, y a los diferen-tes tramos de murallas, torreones y palacios de la Alhambra, construcciones realizadas entre los s. XI y XIV, están realizados con materiales procedentes de la citada

TRADICIÓN EINNOVACIÓN

Formación, cuya denominación se corres-ponde con el color rojo que la caracteriza. Tal Formación reposa discordantemente sobre otros sedimentos de similar naturale-za que afloran en el borde E de la Vega. Las facies sedimentológicas más típicas consisten en conglomerados desorganiza-dos con cantos de hasta 1,5 m., existiendo intercalaciones de arenas, arcillas y arcillas limosas de color rojo y gris. El conjunto pre-senta espesores superiores a 300 m. A la escala de este estudio, y en concreto refiriéndonos a los frentes que se han estu-diado donde posiblemente existieron cante-ras, se pueden diferenciar tres niveles en base a la textura, sin tener en cuenta la posición estratigráfica que ocupan en los diferentes afloramientos. Estos niveles son coincidentes textural y litológicamente con los muestreados, ya analizados en otras investigaciones ligadas a proyectos ante-riores que hemos realizado, sin embargo nos hemos centrado en el Nivel 2, el más representado en los tapiales del Albayzín y la Alhambra que corresponde a un suelo granular en el que impera la fracción arena, encontrándose los finos (<0,063 mm.), arci-llosos y/o arcillo limosos en porcentajes comprendidos entre el 20-48%, aproxima-damente. Comparando estos resultados con la abundante información que dispone-mos al respecto, parece deducirse que estamos utilizando el denominado Nivel 2, es decir, el de tamaño intermedio, contami-nado por el Nivel 3, que corresponde a un suelo en el que abunda la fracción fina, arcillas y arcillas limosas rojas mezcladas con arena. Tal circunstancia debe achacar-se a que las muestras han sido extraidas de una masa acopiada procedente de un vaciado con retroexcavadora para la ejecu-ción de un sótano en un proyecto de edifi-cación; la excavación no selectiva, el trans-porte en camión hasta las dependencias del laboratorio, la descarga mediante vuel-co y la imposibilidad de homogeneizar tal cantidad de masa, son causas más que suficientes para originar muestras más heterogéneas de lo previsto en los que se refiere fundamentalmente al contendido en finos, aunque éstas se hayan tomado en diferentes sectores del acopio y a diferen-tes profundidades en el mismo. No

obstan-te, este hecho no sólo no es relevante sino que aporta mayor fiabilidad al resultado de la investigación según los objetivos marca-dos, pues una de las bases fundamentales es usar la tierra, dentro de lo posible, tal como se extrae de la excavación para dotarla mediante tamizado, aglomerantes y aditivos de las cualidades necesarias para ser puesta en obra mediante proyección. Figuras 3 y 4.

Proyecciones

Antes de empezar las proyecciones, se ha estudiado la preparación de la tierra para proyectar bajo las siguientes variables: tex-tura (se limitó el tamaño máximo a 10 mm por tolerancias de la maquinaria que se tenía previsto utilizar), contenido en aglo-merantes (cal y cal+cemento, éste siempre entre 2-4% referido al peso seco de la tie-rra) y contenido y tipo de aditivos para mejorar la puesta en obra sin incrementar de forma muy significativa la cantidad de agua.

Tras diferentes comprobaciones con los aglomerantes se decidió utilizar una cal cál-cica EN 459-1CL-90-S y un cemento blan-co BL 22,5 X.

Por otra parte, para estudiar parámetros físicos y mecánicos se fabricaron probetas compactadas con energía de proctor nor-mal y proctor modificado, si bien este último sistema se abandonó después de las pri-meras proyecciones al comprobarse que las densidades obtenidas, en base a la velocidad de salida del material por la boquilla de la máquina de gunitar, se apro-ximaban más a las de proctor normal. Estos parámetros se han estudiado en pro-betas sin carbonatación, con carbonatación natural en espacios de tiempo real (siem-pre superiores a 3 meses) y con carbonata-ción forzada en cámara de CO₂a edades de 7, 14 y 28 días.

En base a los resultados de esta primera fase experimental, se prepararon dos mez-clas para ser proyectadas por vía seca, una con cal y otra con cal+cemento, aportando en ambas aditivos en igual cantidad, con-tando con la colaboración de la empresa SITE, S,A. A tal efecto se confeccionaron varios paneles de madera (1,50x1,00 m) a los que ya se les había aplicado un revesti-miento de tierra adherido mediante cola. Tras realizar la proyección y trasladar los paneles al laboratorio dejándolos secar al aire durante 28 días (en los que se proyec-tó la mezcla con cal+cemento se les aporproyec-tó agua mediante un pulverizador una vez por semana) se procedió a la extracción de pro-betas en los mismos y en las artesas nor-malizadas en las que también se proyecta-ron las dos mezclas establecidas. Con ellas se determinaron algunos parámetros como densidad y resistencia mecánica a fin de compararlos con los obtenidos en los ensa-yos previos de laboratorio, llegándose a las siguientes conclusiones:

- En cuanto a las densidades, éstas descen-dieron significativamente respecto a las obtenidas en los ensayos previos: utilizando como aglomerante únicamente la cal, del orden del 30% respecto a la del proctor nor-mal (1,8 gr/cm3_{) y alrededor del 40 %}

res-pecto a la del proctor modificado (2,1 gr/cm3_{); al utilizar cal+cemento los}

descen-sos se situaron en torno al 15% respecto al proctor normal (1,9 gr/cm3_{) y al 25%}

res-pecto al modificado (2,2 gr/cm3_).

TRADICIÓN EINNOVACIÓN

- Las resistencias a compresión obtenidas sobre probetas extraídas en los paneles proyectados han descendido también, igual que nos ha ocurrido con la vía húmeda, si bien lo más significativo es la gran

diper-sión de los resultados (18-40 Kg/cm2_{) que}

entendemos está asociada a este sistema de proyección.

- La adherencia se ha determinado en los paneles con un probador de adherencia digital AT1 utilizando sufrideras de 50 mm de diámetro, obteniéndose valores para la mezcla con cal entre 3-5 Kg/cm2 _{y para la}

de cal+cemento entre 9-11 Kg/cm2_.

- Todos los resultados anteriores, aún sien-do en gran parte aceptables, ponen de manifiesto que la proyección de tierra mediante vía seca no es el sistema más adecuado para los objetivos pretendidos. Entendemos que la causa fundamental se encuentra en la dificultad de controlar la salida simultánea de la mezcla de material y del agua, originándose segregaciones, siendo de destacar una importante pérdida de aglomerantes, hecho denotado por la polvareda blanca que se originó, funda-Figura 7.

mentalmente al inicio de la proyección, posteriormente constatado en los paneles ya que a escasos días (sin posibilidad de carbonatación), se comprobó, mediante fenolftaleína, la ausencia de cal en gran parte de la superficie de los paneles, cues-tión que si no tiene especial importancia a corto plazo, entendemos que es de gran relevancia en la durabilidad de este mate-rial ya que carecería de encostramiento por carbonatación o sería de muy irregular dis-tribución y espesor. Así mismo, este siste-ma no permite controlar el agua idónea para la mezcla elevándose considerable-mente respecto a las previstas en base a los ensayos previos. Por otra parte, la irre-gular distribución del agua dio lugar, en general, a pequeñas fisuras de retracción y

en algunos casos éstas fueron muy consi-derables. También se pudo constatar que en la superficie, con un espesor del orden de un centímetro, la tierra carecía de partí-culas mayores de 2 mm., consecuencia de la segregación que se había denotado en el proceso de puesta en obra. Pese a todo, cabe destacar como resultado positivo el logro de un revestimiento con buena adhe-rencia, y una textura y tonalidad más que aceptable.

Por todo lo anterior preparamos un protoco-lo para proyectar con vía húmeda cuya dife-rencia principal con el método anterior estri-ba en que la masa a proyectar lleva incor-porada el agua y es preamasada en hormi-gonera antes de introducirla en la tolva de la TRADICIÓN EINNOVACIÓN

Figuras 12 y 13.

máquina. Ello nos permite obtener el grado de fluidificación adecuado, a través de agua y aditivos, de forma controlada, ade-más de evitar la pérdida de los aglomeran-tes y las segregaciones, consiguiendo así homogeneidad en la masa proyectada. A fin de optimizar el sistema y la mezcla se han utilizado dos tipos de equipos de pro-yección con las mismas dosificaciones, cal+cemento y cal+cemento+árido dolomí-tico. Por otra parte, con estas mezclas se probaron distintos materiales (dramix, fibra de vídrio, mallas en los soportes, e incluso árido dolomítico) con el fin de evitar o paliar las fisuras originadas por retracciones durante el secado.

El primer equipo con el que se proyectó, cedido por la empresa SITE, S.A., es espe-cífico para proyectar hormigones o morte-ros en taludes, túneles,…, siendo de desta-car que necesita sistemas auxiliares muy pesados y en general un gran despliegue de medios mecánicos y humanos. Esta maquinaria proyecta con alta presión, lo que implicó en nuestro caso particular lle-var a cabo el lanzamiento a mayor distancia que la óptima (0,5-1,5 m.) por el tipo de soporte (paneles) y material con el que tra-tamos.

El segundo equipo, maquinaria de proyec-tar mortero (para revestimientos, pisci-nas,...), en las que el sistema de impulso es diferente a las anteriores (el de pistón se

sustituye por un tornillo sin fin), la presión de lanzamiento es considerablemente menor, y los medios a utilizar se movilizan con gran facilidad y poco personal, permi-tiendo llegar a espacios de difícil acceso y proyectar a distancias reducidas controlan-do mejor el ámbito de la proyección, cues-tión de especial importancia en restaura-ción de tapiales.

Al igual que en el protocolo de la vía seca, la masa aportada a los paneles se dejó secar al aire durante 28 días, si bien a efec-tos de asegurar la total hidratación del cemento, se aportó agua mediante un pul-verizador una vez por semana. Posteriormente se procedió a la extracción de probetas en los mismos y en las artesas normalizadas en las que también se pro-yectaron las mezclas establecidas. Con ellas se determinaron algunos parámetros como densidad y resistencia mecánica a fin de compararlos con los obtenidos en los ensayos previos de laboratorio y los de la vía seca, llegándose a las siguientes con-clusiones:

Figura 16.

- En primer lugar, indicar que los resulta-dos, tanto cualitativos como cuantitativos, han sido similares con ambos tipos de maquinaria.

- En cuanto a las densidades y con referen-cia a la proctor normal, la que considera-mos más representativa, por las razones ya indicadas, descendieron menos que en la vía seca (en torno al 10%), salvo en la mez-cla con árido dolomítico donde práctica-mente no variaron, en torno a 2,0 gr/cm3_.

- Las resistencias a compresión obtenidas sobre probetas extraídas en los paneles proyectados han descendido también, obteniéndose valores para la dosificación cal+cemento entre 26-40 Kg/cm2_{y para la}

de cal+cemento+árido dolomítico entre 36-52 Kg/cm2_{, resultando una disminución}

res-pecto a probetas fabricadas en laboratorio con densidad proctor normal, del orden del 60% en la primera y del 50% en la segun-da.

- La adherencia se ha determinado en los paneles con un probador de adherencia digital AT1 utilizando sufrideras de 50 mm de diámetro, obteniéndose valores para muy similares para ambas mezclas y muy parecidos a los de la vía seca (10-14 Kg/cm2_).

Los resultados son algo superiores a los obtenidos en la vía seca, pero lo más

signi-ficativo a favor de este sistema es la homo-geneidad de la masa aportada que se corro-bora con una dispersión de valores muy aceptable en los dos tipos de maquinaria. No obstante lo anterior, debemos indicar que las máquinas y sistemas que se utilizan para gunitar o proyectar hormigón en talu-des no son las más adecuadas para ser uti-lizadas en la restauración de tapiales, al existir problemas de acceso de esta maqui-naria, pues hay que desplazar gran canti-dad de aparataje de dimensiones conside-rables; por otra parte, también implica per-sonal muy especializado en un número mínimo de 4 que eleva considerablemente el coste debido a que el volumen de aporta-ción de tierra en tapiales, por muy importan-te que sea en éstos, se puede considerar insignificante para el rendimiento de esta maquinaria. Además, la elevada presión de lanzamiento puede incluso poner en riesgo la estabilidad del muro de tapial, que en algunos casos es ya precaria. Entendemos por tanto que su aplicación será idónea si esta técnica resultante de la investigación logra trasferirse a la ingeniería civil. Por tanto, entendemos que la maquinaria más adecuada para la restauración de tapiales es la de menor tamaño y que pro-yecta a más baja presión pues a parte de lograrse que el material proyectado alcance propieades mecánicas muy aceptables en relación al soporte, permite, por su mayor

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precisión en la proyección, rellenar oqueda-des e incluso sellar grietas y fisuras dotan-do al tapial de mayor estabilidad.

Por las propiedades de este sistema, ya lo hemos utilizado en la restauración de tapia-les históricos granadinos, concretamente en un muro de borde de las paratas del Generalife en el recinto de la Alhambra (Granada, España) muy degradado espe-cialmente en su base, donde presentaba una gran pérdida de masa, previsiblemente asociada a erosión por agua.

Se proyectó una tierra propia de la zona denominada “Formación Alhambra”, extraí-da dentro del mismo recinto del la ubicación del tapial. La dosificación adecuada con esta tierra fue preparada en laboratorio mediante el protocolo experimental del pro-yecto. La puesta en obra se llevó a cabo en tongadas de 10 cm armadas con mallas de plástico para evitar retracciones.

El resultado obtenido ha sido muy satisfac-torio ya que la masa aportada ha resultado con una consistencia muy aceptable que permite asegurar la estabilidad de este tapial que se encontraba en alto grado de precariedad. Por otra parte, la tonalidad obtenida de la masa es muy similar a la del conjunto del tapial, y en este caso la textu-ra particular de la proyección quedó enmas-carada porque se probaron en estado fres-co distintos tipos de acabado (llana, fra-tás,…, aportación de material granular). Por último debemos añadir que nos encon-tramos en la fase de establecer la durabili-dad, y en su caso los sistemas para mejo-rar ésta, si bien los resultados obtenidos hasta el momento en esta investigación permiten prever una durabilidad más que aceptable.