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Diseño de bloques de suelo estabilizado para uso urbanoen San Luis Potosí

Dr. Marcos Algara Siller1, Dr. Ángel Ismael Cárdenas Martínez2,Dr. Gerardo Javier Arista González3 y Jorge Antonio Rodríguez Hernández4

Resumen—Debido a la suficiente documentación de técnicas y materiales de construcción tradicional o natural paraentornos rurales y su escasez para zonas urbanas, este proyecto presenta el desarrollo de bloques de suelo que se adapte alas características de viviendas urbanas. Además, se busca un bloque de suelo estabilizado y compactado que ofrezca elmenor impacto ambiental. Se retoman los principios de fabricación del adobe tradicional y se sustituyen por elementosaglutinantes y estabilizantes para obtener bloques compactados que cumplan con las normas de construcción de México.Se busca la eliminación del proceso de cocción y la fácil reintegración del material al ambiente natural. Se presentan lasdistintas dosificaciones probadas con insumos de la región y la comparación de sus resultados.Palabras clave—adobe, bloque de suelo, uso urbano, impacto ambiental

INTRODUCCIÓNLa alta calidad en modelos de vivienda que logran el confort humano se logra a través del bajo consumo de

energía. Las categorías conceptuales de construcción que se desarrollan a partir de la energía, el ambiente natural yfísico y el diseño incluyen una hipótesis arquitectónica, al confort humano, ambiente, energía y clima. La estrategiapara lograrlo es a través de una configuración espacial y una óptima solución constructiva. Esto requiere técnicas queconviertan la energía natural para beneficio de la construcción (Almusaed, 2011). La aportación que Almusaed hacepara construir espacios donde se logre el confort climático es que hay que manipular su ambiente interior. Esto debelograrse mediante elementos que “funcionen” junto con la naturaleza y no en su contra.

Esta zona de confort interior se refiere a la temperatura óptima y a la humedad relativa adecuadas para unahabitabilidad cómoda y sana (Freixanet, 2002), concepto que va quedando superado quizá por las nuevas tendenciasque hablan de la arquitectura biofílica (Almusaed, 2011) que requiere una integración holística del hábitat con elmedio que lo rodea, es decir, que exista un intercambio humano-naturaleza, al contrario de la mayoría de laspropuestas de hábitat actuales donde esta vinculación-intercambio no existe. Parte de la estrategia para lograr esto esa través de la selección de los materiales de construcción.

Este trabajo busca rescatar elementos de la fabricación del adobe tradicional y mejorarlos con algunas técnicasque mejoren sus propiedades físicas. El adobe, tanto por su historia, su bajo costo energético, su reintegración almedio natural y su aportación a la transferencia óptima de energía, entre otras razones, se convierte en un materialapropiado para lograr tanto el confort humano como para aproximarse a esa vinculación-intercambio humano-naturaleza de la que habla Almusaed (2011). Actualmente, se observa que en las zonas urbanas de la Zona Centro deSan Luis Potosí no se toman en cuenta los diversos elementos de la construcción bioclimática en los diseños devivienda como orientación, diseño de ventilación, sombreado y mucho menos materiales de construcción concaracterísticas como las del adobe.

Una definición de adobe dice que es “…un tabique de barro sin cocer. La tierra con que se hace debe ser limpia,sin piedras y con la menor cantidad de arena posible” (SSA, 1976). El adobe, aún siendo un material de usoancestral, se describe en algunos textos como una tendencia futura (Khosrow, 2009; Evans, 2007), esto por lasnecesidades de materiales de bajo impacto que más bien hacen retomar antiguas tecnologías, adaptarlas al presente yplanearlas al futuro. Sin embargo, algunos retos que se presentan para el uso masivo del adobe en zonas urbanas son:ausencia de normas técnicas de construcción específicas para el material, capacidades estructurales limitadas enadobes tradicionales y la falta de una estructura productiva de este material que lo ha mantenido algo inaccesiblepara su uso. Algunos cálculos hablan de que el 80% de la población rural de países en vías de desarrollo estánconstruidas con adobe, mientras que sólo el 20% en zonas urbanas de países industrializados lo utilizan para

1 Marcos Algara Siller, Dr. Es profesor investigador en Ingeniería Ambiental de la Facultad de Ingeniería de la UniversidadAutónoma de San Luis Potosí, SLP. [email protected]. (Autor corresponsal).

2 Ángel Ismael Cárdenas Martínes, Dr. Es profesor investigador en Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería de laUniversidad Autónoma de San Luis Potosí, SLP. [email protected].

3 Gerardo Javier Arista González, Dr. Es profesor investigador en el Centro de Investigación y Estudios de Posgrado de laFacultad del Hábitat de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí, SLP. [email protected]. (Autor corresponsal).

4 Jorge Antonio Rodríguez Hernández. Pasante de la licenciatura en Ingeniería Ambiental de la Facultad de Ingeniería de laUniversidad Autónoma de San Luis Potosí, SLP. [email protected].

CONGRESO INTERNACIONAL DE INVESTIGACIONISSN 1946-5351 Online 1948-2353 CD Rom

Celaya, Gto., México, Noviembre 14-16, 2012Copyright 2012 Academia Journals

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celaya.academiajournals.comVol. 4 No.3

construcción (Roux, 2009). El potencial de reducción en costo e impacto ambiental por el uso de adobe estabilizadoen la ciudades de nuestro país es elevado.

Con respecto al adobe estabilizado, algunos estudios se han concentrado en cementantes y distintas dosificacionespara mejorar la capacidad de carga del adobe, al tiempo que se mantienen las características principales del adobe(Morales-Domínguez et al., 2007). Un estudio extenso para nuestro país es el realizado por Roux Gutiérrez (2009)quien caracterizó los suelos del sur de Tamaulipas para cumplir con las normas en cuestión de capacidad de carga yaportó la metodología de fabricación de los bloques de tierra compactada o BTC que incluye estabilizantes como elmucílago de nopal. Esta propuesta también tiene viabilidad en San Luis Potosí por la disponibilidad de diversasvariedades de nopales y una tradición ancestral en su uso también para pinturas de cal.

Otras ventajas de esta propuesta para el uso de bloques de suelo estabilizado son su producción de bajo costo,reducción en la generación de gases de efecto invernadero, uso bajo de energía, reducción en la contaminación,aislamiento acústico, material inerte y degradable bajo estabilización natural, capacidad de absorción. Sin embargo,debe tomarse en cuenta que es necesario la capacitación adecuada para su fabricación, colocación y las técnicas paralas instalaciones eléctricas y sanitarias, distintas a las utilizadas en ladrillo cocido y block de concreto.

A continuación se detalla la metodología y resultados obtenidos.

DESCRIPCIÓN DEL MÉTODOLa metodología consiste en comparar la capacidad de carga de adobes y bloques de suelo elaborados con insumos

de la región. Primero se estudió la técnica tradicional de la región para la fabricación de adobes. El suelo utilizadoproviene del municipio de Villa de Arriaga, San Luis Potosí y se mezcla con abono de caballo.

Después se experimentó con dosificaciones estabilizadas como abono-cemento, abono-cal, para finalmentesustiuir el uso del abono por Agave lechuguilla (ixtle), como alemento aglutinante. Con esto se evita el riesgo de lasbacterias del abono y se promueve el uso de una fibra natural regional. Estos fueron fabricados con una adoberamecánica de compresión variable. Para finalizar, se sustituye el uso del cemento por una mezcla de cal-yeso.

El objetivo es lograr una capacidad de carga que cumpla con las normas técnicas para uso estructural, aunqueestas normas no existen para materiales como adobe o bloque de suelo compactado, se utilizan las resistencia dediseño para el tabique o ladrillo recocido o para el bloque de concreto vibrocomprimido (60 kgf/cm2) (NMX-C-404-ONCCE-2005).

Se realizaron las pruebas de resistencia a la compresión para conocer la carga el máximo que puede soportar unmaterial bajo una carga de aplastamiento. La resistencia a la compresión se calcula al dividir la carga máxima N(kgf) entre el área transversal (m²) original de una probeta en un ensayo de compresión (NMX-C-036-ONNCCE-2004, NMX-C-404-ONNCCE-2005). = /R: resistencia a la compresión en Mpa (kg/cm²); F: es la Carga Máxima en N (kgf);A: es el área transversal del espécimen (cm²)

En el Cuadro 1 se muestran las distintas dosificaciones propuestas en la primera etapa de fabricación de bloquesde suelo con abono como aglutinante y con cemento o cal como estabilizantes. La presión utilizada para lacompactación con la adobera en esta primera propuesta fue de 100 bar.

Muestra Arcilla (kg) Abono (kg) Cemento (kg) Cal (kg) Agua (litros) Adobes ElaboraciónA 45 4.5 8 6 24/03/2012B 60 6 3.5 9 8 31/03/2012C 45 4.5 4 9 6 21/04/2012

Cuadro 1. Dinstintas dosificaciones para realizar prueba de capacidad de carga en adobes tradicionales estabilizadosy compactados.

A continuación se presentan los resultados de las pruebas de capacidad de carga de las dosificaciones propuestas(Cuadro 2). Como se esperaba, los adobes tradicionales arrojaron resultados con capacidad de 20 kg/cm2, muy pordebajo de la norma para tabique recocido. Sin embargo, los adobes estabilizados con cal o cemento cayeron pordebajo de esa capacidad. Por otro lado, la compactación del suelo aumenta considerablemnte la capacidad de cargade cada una de las muestras: hasta 3.5 veces en el caso del adobe con abono y para el que incluye cal comoestabilizante y hasta 5.2 veces más capacidad en el caso del cemento. Este es un resultado esperado por lascaracterísticas físicas del cemento. Los resultados comparativos de estas pruebas se muestran en la Figura 1.



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Tradicionales Compactados (Adobera)

Muestra Capacidad(kg/cm2)

Días MuestraCapacidad(kg/cm2)

Días

A

21.64 10

A

74.26 15

20.01 10 71.96 15

19.99 10 73.70 15

Promedio = 20.57 Promedio = 73.31

B14.64 17

B

57.94 11

18.16 17 54.01 11

Promedio = 16.40 59.15 11

C17.93 35 Promedio = 57.03

16.68 35

C

88.40 28

Promedio = 17.31 95.43 28

85.98 28

Promedio = 89.94

Cuadro 2. Capacidad de carga para cada dosificación propuesta para fabricación tradicional y compactada.

Figura 1. Comparación de los promedios de capacidad de carga de los adobes tradicionales y los elaborados conmaquina.

Los adobes fabricados con abono de caballo arrojaron resultados muy buenos al ser estabilizado con cemento ycompactados. Sin embargo, el problema de bacterias en el adobe es una limitante importante. Por esta razón sedecidió utilizar fibras de Agave lechuguilla, conocido como ixtle, que existe en la región. Esta es el medioaglutinante que sustituye a la fibra del abono y que lo mantiene cohesionado. Otra propuesta fue la sustitución delcemento como estabilizante (Cuadro 3). Esta vez, se redujo la presión de la adobera de 100 bar a 50 bar conresultados satisfactorios.

Tipo Suelo (kg) Ixtle (kg) Cal (kg) Yeso (kg) Cemento (kg) Agua (litros) Adobes

E 24.25 0.045 0.75 (3%) 5 3

F 23.5 0.045 0.75 (3%) 0.75 (3%) 5 3

G 22 0.045 1.5 (6%) 1.5 (6%) 6.5 3

Cuadro 3. Dinstintas dosificaciones para realizar prueba de capacidad de carga para los bloques de suelo conlechuguilla estabilizados y compactados.

Las pruebas realizadas sobre bloques estabilizados solamente con cal dieron resultados por debajo de la norma.Sin embargo la dosificación ixtle-cal-yeso, con una proporción de 6% de cal del total del peso del bloque y otro tanto

0102030405060708090

100

Abono Abono/Cal Abono/CementoPro

med

io d

e ca

paci

dad

de c

arga

(kg/

cm2 )

Tipo de adobe

Comparación de la capacidad de carga

Tradicional

Adobera



85


igual de yeso, arrojó resultados similares al adobe abono-cemento compactado, es decir por arriba de los 60 kg/cm2,en este caso hasta en un 50% (Cuadro 4). La Figura 2 muestra la gráfica comparativa de estos resultados.

Tipo Compresión(kgf/cm2) Edad (días)

Ixtle-cemento(3%)

35.08 25

36.91 25

42.56 25

Promedio: 38.2

Ixtle-cal(3%)-yeso(3%)

55.15 25

52.51 25

44.15 25

Promedio: 50.6

Ixtle-cal(6%)-yeso( 6%)

83.62 25

92.51 25

95.87 25

Promedio: 90.7

Cuadro 4. Capacidades de carga obtenidas para la segunda propuesta de bloques de suelo estabilizado ycomprimido.

Figura 2. Promedios de la capacidad de carga para las dosificaciones propuestas.

COMENTARIOS FINALESEste trabajo es parte de un conjunto de esfuerzos regionales para explorar las técnicas de construcción de bajo

impacto y un primer paso en busca de la industrialización de estos materiales para uso en zonas urbanas. El objetivoa largo plazo es incidir en las políticas públicas, lograr incluirlo en las normas técnicas y comenzar a utilizarlo enviviendas urbanas. A continuación se presenta una síntesis de los resultados y elementos que este proyecto aporta.

Resumen de resultadosLos suelos de la región y la propuesta de estabilización de los bloques compactados permiten su fabricación en

dimensiones similares a los ladrillos y bloques de concreto actuales ya que las capacidades de carga de los mejoresbloques abono-cemento(6%) e ixtle-cal(6%)-yeso(6%) tienen una capacidad de carga aproximada de 90 kg/cm2, un50% más elevada que la exigida por las normas técnicas para los materiales comerciales.

ConclusionesAunque existen trabajos sobre el rescate y adecuación de técnicas de construcción tradicionales, su uso en

construcciones urbanas no ha trascendido en nuestro país. El bloque de suelo estabilizado y compactado ofrece

38.2

50.6

90.7

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Ixtle y cemento al 3% Ixtle, cal y yeso al 3% Ixtle, cal y yeso al 6%

Cap

acid

ad d

e ca

rga

(kgf

/cm

2 )

Tipo de adobe

Promedios de la prueba de capacidad de carga



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además de la capacidad de carga, características termo-físicas para lograr el confort humano, elementoimprescindible en el confort humano dentro de los espacios habitables. Con estos resultados se busca incidir enalgunas iniciativas de políticas públicas que se están promoviendo en el Estado de San Luis Potosí. Por otro lado, sebusca que la propuesta tenga un impacto positivo para la autoconstrucción o construcción de bajo costo encomunidades urbanas o sub-urbanas de escasos recursos.

RecomendacionesLa siguiente etapa de este trabajo es el estudio de las características térmicas y acústicas de los bloques que

cumplen con las normas. Estos elementos darán una justificación más completa sobre la necesidad de utilizar estastécnicas. Para este fin, se ha contemplado la construcción de un laboratorio que incluya este y otros elementos deestudio de la construcción bioclimática. Queda por delante también realizar el análisis de impacto ambiental de estosmateriales comparados con los ladrillos recocidos y bloques de concreto utilizados en nuestro país. Un elementocomplementario a estudiar es el análisis de ciclo de vida y de costo-beneficio, así como una propuesta de fabricaciónen serie que compita con los materiales utilizados actualmente. Uno de los retos, sin duda, es el cambio de paradigmapara lograr la aceptación de estos materiales de manera masiva.

REFERENCIASAmjad Almusaed. “Biophilic and Bioclimatic Architecture. Analytical Therapy for the Next Generation of Passive Sustainable Architecture,”Springer, Pp 422, 2011.

CIHE Centro de Investigación Hábitat y Energía. “Construcción con tierra 3,” En colaboración con el Instituto de Arte Americano eInvestigaciones Estéticas, Argentina, 2007.

Evans, J. M. “Actualización de la construcción con tierra,” En Construcción con tierra 3, Centro de Investigación Hábitat y Energía e Instituto deArte Americano e Investigaciones Estéticas de Argentina, 2007.

Fuentes Freixanet, V. A. “Diseño lineal Arquitectura Bioclimática. Universidad Autónoma Metropolitana – Atzcapotzalco, 2002.

García Rodríguez, S. “Metodología para la adecuación del diseño de la vivienda social a los retos del siglo XXI,” Tesis Doctoral, UniversidadPolitécnica de Catalunya, 1997.

La Roche, P. M., M.V. Machado, F. Mustieles e I. de Oteiza. “El dispositivo habitable. Instituto de Investigaciones de la Facultad deArquitectura, Universidad del Zulia, Venezuela, 1996.

Morales Domínguez, V. J., M. Ortiz-Guzmán y R. Alavez-Ramírez. “Mejoramiento de las propiedades mecánicas del adobe compactado,”Naturaleza y Desarrollo, 2007, 5(1) pp: 41-48.

NMX-C-036-ONNCCE-2004. Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y la Edificación, SC, Industria de laconstrucción – Bloques, tabicones y adoquines – Resistencia a la compresión – Método de prueba, Norma Mexicana NMX-C-036-ONNCCE-2004. DOF 27 de julio 2004.

NMX-C-404-ONNCCE-2005. Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y la Edificación, SC, Industria de laconstrucción – Bloques, tabiques o ladrillos y tabicones para uso estructural – Especificaciones y métodos de prueba, Norma Mexicana NMX-C-404-ONNCCE-2005. DOF 25 de abril 2005.

Khosrow, G. “Non-conventional materiales and technologies: applications and future tendencies,” Proceedings of the 11th InternationalConference on Non-convetional Materials and Technologies NOMCAT 2009, Bat, Reino Unido 6 – 9 de septiembre 2009.

Roux Gutiérrez, R. S. “Bloques de tierra comprimida (BTC) en tierras húmedas,” Arquitectura y Urbanismo, Universidad Autónoma deTamaulipas, Plaza y Valdés, 2009.

M-MMP-4-04-008/03. Secretaría de Comunicaciones y Transporte,” Métodos de muestreo y prueba de materiales, 11/12/2003.

SSA Secretaría de Salubridad y Asistencia. “Manual de saneamiento, vivienda, agua y desechos,” Dirección de Ingeniería Sanitaria, Limusa,México, 1976.

NOTAS BIOGRÁFICASEl Dr. Marcos Algara Siller es profesor investigador en el Área de Ciencias de la Tierra de la Facultad de Ingeniería de la Universidad

Autónoma de San Luis Potosí. Está adscrito al programa de licenciatura en Ingeniería Ambiental, al Posgrado en Hidrosistemas del Centro deInvestigación y Estudios de Posgrado de dicha facultad y al Programa Multidiscipinario de Posgrado en Ciencias Ambientales. Su trabajo ha sidoalrededor del clima en materia de cambio climático, gases de efecto invernadero y sequía, además de la investigación en materiales de bajoimpacto para uso urbano como elemento de la construcción bioclimática.

El Dr. Ángel Ismael Cárdenas Martínez es profesor investigador de Ingeniería Civil en la Facultad de Ingeniería de la UASLP.Actualmente es el jefe del Laboratorio de Materiales del área. Trabaja en el estudio de materiales de construcción de uso urbano y es experto enlas distintas pruebas que se realizan en su control de calidad. Su trabajo reciente es sobre el desarrollo de bloques de suelo estabilizado.

El Dr. Gerardo Javier Arista González es profesor investigador del Posgrado de la Facultad del Hábitat de la UASLP. Su trabajo se haenfocado en el análisis de ciclo de vida, desarrollo de materiales alternos para elementos arquitectónicos y técnicas de fabricación de bloques desuelo estabilizado y compactado.

Jorge Antonio Rodríguez Hernández es pasante de Ingeniería Ambiental en la UASLP. Recibió el 3er lugar en el concurso de carteles deinvestigación durante el 2º Coloquio de Ingeniería Ambiental de la UASLP en 2012 por su trabajo en la propuesta de elaboración de bloques desuelo compactados y estabilizados para uso urbano.



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