UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA SECCIÓN DE POST GRADO “MAESTRÍA EN TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN" CURSO: Investigacion Experimental DOCENTE: Dr. Carlos Alberto Zavala Toledo TEMA(01): Proceso constructivo tradicional y mejorado de las estructuras de Tapial y su comportamiento en sismos pasados (con incidencia en el área de Tarapoto). INTEGRANTE: Pedro, Rios Villanueva TARAPOTO, MARZO DEL 2011 1. Introducción La tierra como material de construcción ha estado presente desde épocas que se remontan a la era del neolítico, tanto en edificaciones, estilo de murallas, castillos o fortalezas, ciudadelas, entre otros. Su trabajo fue dominado por civilizaciones tan diversas y heterogéneas como las sociedades que se establecieron en Mesopotamia, el antiguo Egipto, China, Europa y América, en todas estas épocas las construcciones en tierra son muestras de la riqueza de esta técnica constructiva milenaria. La tierra como material de construcción está disponible en cualquier lugar del mundo y en abundancia, ofreciendo numerosas posibilidades frente a las tecnologías más comunes de la arquitectura actual, este material proporciona un buen aislamiento térmico y acústico a las construcciones. Existen diferentes técnicas para trabajar la tierra, y la mayoría de ellas son técnicas ancestrales que se han mantenido con pequeños cambios desde la antigüedad hasta nuestros días. A menudo están fuertemente relacionadas con las costumbres locales, la climatología del lugar y las características de la tierra disponible. Las técnicas principales más difundida desde el neolítico a nuestra época son: El tapial, adobe y el cob. 2. Objetivos Los objetivos que persigue el presente trabajo es: Dar a conocer los procesos constructivos y técnicas de construcción tradicional Plantear el mejoramiento de los procesos constructivos. Analizar el comportamiento sísmico de épocas pasadas Recomendar proceso constructivo, mejorando su comportamiento estructural del mismo. 3. Metodología La metodología empleada para la realización del trabajo, ha sido principalmente en la búsqueda de información a través del Internet, en temas relacionados a construcción de viviendas de tapial, en la zona de Tarapoto, Lamas y Moyobamba. 4. Alcances Para el presente trabajo sólo se ha considerado desarrollar la investigación de las edificaciones construidas de tierra, utilizando el sistema de tapial. Identificando los problemas más comunes y proponiendo soluciones en base a la respuesta sísmica de las edificaciones que quedan en pie después de los sismos ocurridos con anterioridad al presente. 5. Del estado de Arte a. En el mundo De acuerdo a las investigaciones realizadas, las primeras construcciones de tierra ejecutadas con el sistema de tapial, data de los años 800 a.c, quedan como vestigios de dichas construcciones en la zona de la antigua Mesopotamia, que en la actualidad son los países del medio oriente, siendo gran parte de ello actualmente Irak. Así mismo destacan construcciones de tapial en diversas regiones del mundo, entre los principales que podemos mencionar son los siguientes: La Kabash.- Fue construida en el siglo XV, concretamente en el año 1471, por Mulay Alí Ben Rachid; fortaleza que fue construida con el fin proteger a la ciudad de los ataques cristianos; la cual estaba compuesta por muros de tierra apisonada, y este a su vez protegían la Mezquita Jama El Kebir y varias casas cercanas, formando así el núcleo de la ciudad de Chefchaouen. Chefchaouen pequeña ciudad de unos 40.000 habitantes que se encuentra a unos 660m de altitud y a 100km de Ceuta. Fujian Tulou.- Es una construcción de tapial china única de los hakka y otros pueblos en las regiones montañosas del sur oeste de región de Fujián-China. Están construidas en su mayor parte entre los siglos XII y XX. Un «tulou» es normalmente un recinto cerrado, rectangular o circular en su configuración con una pared de tierra muy gruesa (hasta 6 pies) que soporta el peso y estructuras de madera, de tres a cinco pisos de alto, que alberga hasta 80 familias. Estos edificios de tierra tienen normalmente un solo acceso, guardado por puertas de madera de 4-5 pulgadas de grosor reforzados con una cáscara exterior de una lámina de hierro. El nivel superior de estos edificios de tierra tiene agujeros de cañones para la defensa contra los bandidos. Este lugar es Patrimonio de la Humanidad desde 2008. Según la Unesco son ejemplos excepcionales de una traducción constructiva y funcional, un tipo particular de residencia comunal y organización defensiva. Cuarenta Casas.- Es un sitio arqueológico ubicado a 336 kilómetros al noroeste de la capital del estado mexicano de Chihuahua. En esa zona se encuentran varias cuevas con construcciones en su interior, de ellas la más conocida es la Cueva de las Ventanas. Las Cuarenta Casas recibieron ese nombre porque los primeros exploradores españoles desconocían el número de cuevas con construcciones en su interior, ahora se sabe que el número de cuarenta casas es incorrecto, sin embargo el nombre se ha respetado. b. En el Perú El uso del tapial es muy antiguo en esta región, y el apogeo de las construcciones con tapiales se da a partir del arribo de los españoles. A partir del año 1714, se dan las primeras recomendaciones de que las edificaciones deberían levantarse sus cimientos de piedra hasta una altura de una vara (86.6 cm), fuera del nivel del suelo natural, para continuar luego la construcción como era tradicional en adobe o tapial. Los pueblos provisorios del siglo XVII eran construidos con estos sistemas, razón por la cual sus ruinas hoy no presentan muros en elevación, pero sí un gran número de montículos de adobe y tapia derruidos. El sistema constructivo compuesto por la combinación de la piedra y el tapial exigía una tarea de mantenimiento continuo de las edificaciones. Debido a que el suelo que sirve directamente como cimientos es muy vulnerable a los efectos del medio ambiente. c. En la Región San Martín Las construcciones de tapial en la región San Martín, siguen ejecutándose, pero debido a la aparición de nuevos materiales de construcción, como el cemento, ladrillos, acero, madera entre otros, las construcciones de viviendas con tapial han sido desplazadas de las zonas urbanas hacia las zonas rurales. Aún existen viviendas construidas con tapial en los centros históricos de las principales ciudades, que permanecen de pie y que prestan servicios como tal, los cuales están siendo demolidas para dar pase a edificaciones con materiales de uso convencional en la actualidad. 6. Del Estado del Conocimiento para Edificaciones de Tapial a. Características El tapial transpira, es higroscópico y tiene capacidad de difusión; también posee buena capacidad para almacenar frío o calor, siendo buen aislante, y tiene una emisión radiactiva muy baja. En cuanto a la composición del material: tierra con algún aditivo —como paja — para estabilizarlo, o pequeñas piedras para conseguir un resultado más resistente. Pero se distingue por el modo de hacer la fábrica. Los muros se levantan por capas de tierra húmeda entre unos maderos o tablas que forman un encofrado, al modo del hormigón en masa, apisonando cada capa de tierra con un pisón. No sirve cualquier tipo de tierra para construir tapiales y, para mejorarlas generalmente se le añade áridos para aumentar la maleabilidad de la tierra y cal para añadirle propiedades ligeramente hidrófugas y mejorar la resistencia de los muros (tapia real). Hay que hacer también análisis del suelo que se va a utilizar, y es conveniente definir las proporciones de arena, arcilla y la cantidad de sílice que hay es este último elemento. El tapial tiene una densidad de entre 1.800 y 2.100 kg/m3, y una resistencia a compresión en torno a 15 kg/cm2, si bien esta resistencia depende mucho del tipo de tapial y su composición, pudiendo existir oscilaciones normalmente no superiores al 30%. Su estabilidad dimensional es muy buena (0,012 mm/m ºC), y sus propiedades como aislamiento térmico y acústico son muy buenas: un muro de 40 cm atenúa el ruido en 56 decíbeles , y la gran inercia térmica de este sistema constructivo le permite permanecer fresco durante el día, y soltar el calor acumulado durante la noche. Como desventaja, el tapial resiste muy mal la tracción, por lo que es frecuente que se fisura con el tiempo. b. Propiedades Las construcciones llevadas a cabo con esta técnica tienen propiedades bioclimáticas ya que hacen "efecto botijo" o "vasija de barro", manteniendo una temperatura relativamente estable en su interior durante todo el año, tanto en verano con calor extremo, como en invierno con un frío intenso. En los trópicos la temperatura media del año es de unos 25º C, independientemente de las temperaturas externas. Por su contenido energético extremadamente bajo, en la actualidad se vislumbra como una técnica constructiva que minimiza el impacto ambiental y las emisiones de gases de efecto invernadero: uno de los principales postulados de la Arquitectura sustentable. En ocasiones se le añaden cañas o palos dispuestos de cierta manera en el interior de los muros para que aumente la resistencia manteniendo la "elasticidad" de la construcción sin añadir peso. Debido a que el tapial tiende a absorber agua, a menudo es conveniente disponer la tapia sobre un basamento de material hidrófugo, normalmente piedra, para evitar la degradación rápida en esa zona clave para la estabilidad. Se da la particularidad en estas construcciones mixtas, que a medida que se avanza desde las zonas más lluviosas, hacia las zonas más áridas, cada vez se usa un porcentaje más alto de tapial en la construcción de casas, en detrimento de otros materiales, debido a que funciona mejor en climas secos y a la facilidad de trabajar y mantener el tapial en estos lugares. Lógicamente es una técnica de construcción inadecuada para lugares con un clima extremadamente lluvioso por la erosión que puede llegar a causar el agua en los muros si estos no reciben el mantenimiento adecuado. Si se hace una adecuada cimentación, con impermeabilización superior, la posibilidad de humedad por capilaridad, es mínima. c. De la Normatividad En el Perú no existen Normas Técnicas para construcción de viviendas con tapial, pero sin embargo existen manuales de construcciones, mantenimiento e investigaciones realizadas en otros países, de los cuales podemos tomar como referencia los procesos y recomendaciones, con el fin de aplicar a la realidad de nuestra región, por cuanto la tierra es un material que existe en todas partes del mundo, con parecidas propiedades físicas-mecánicas. Y se tiene las principales recomendaciones: Es recomendable que las viviendas pesadas (tapial) se emplacen en terrenos suaves y arenosos, para reducir las fuerzas de impacto del sismo; mientras las viviendas livianas y flexibles como la quincha se emplacen sobre terreno rocoso. Se deben evitar los desniveles en la vivienda, si estos fuesen necesarios deben estar separados a una distancia mínima de 1 m, creando espacios libres entre ellos. Los vanos para puertas y ventanas debilitan la estabilidad de los muros, durante el sismo se crean grietas diagonales desde las esquinas y sobre los dinteles grietas horizontales. Los dinteles requieren estar empotrados por lo menos 40 cm en los muros de tapial, para obtener una buena traba. Existen investigaciones de módulos de viviendas ensayadas en laboratorios, en donde nos demuestran que la forma de la planta es fundamental en la respuesta sísmica de la edificación, comportándose las circulares mejor que las cuadradas: 7. De las edificaciones de tapial existentes En la actualidad existen en las ciudades y zona rural de la región de San Martín, viviendas construidas de Tapial y que han soportado los sismos de Moyobamba (Mayo-1990 y Abril- 1991) y sismo de Lamas (Setiembre-2005) y que actualmente están de pie y que se encuentran en las ciudades de Tarapoto, Rioja, Moyobamba y Lamas. Como consecuencia de los sismos ocurridos en los años 1,990 y 1991, las ciudades de Moyobamba, Rioja y Soritor, han cambiado su aspecto urbanístico, por cuanto han reemplazado las edificaciones de Tapial por construcciones de ladrillos y cemento u otros materiales convensionales; así mismo la ciudad de Tarapoto, está en ese proceso de cambio, y a la fecha se observan edificaciones en el centro urbano de Tapial. En el último sismo registrado en la ciudad de Lamas (Setiembre del 2005), también las edificaciones de Tapial han colapsado en su gran mayoría y que actualmente están cambiando las edificaciones antiguas por edificaciones de ladrillos y cemento. Lo que se puede rescatar es el Barrio Huayku, de la ciudad de Lamas, en donde la población conserva sus tradiciones tanto en lo cultural como en el tipo de construcciones de sus viviendas con tapial, cobertura livianas y separadas por lo general entre ellas; todas las edificaciones son de un solo nivel; carecen de ventanas, la forma de la planta en el mayor de los casos predominan la forma rectangular y solo es un solo ambiente. Así mismo en las zonas rurales a la fecha se encuentran localidades con las viviendas en su gran mayoría construidas con Tapial, construidas artesanalmente sin cimientos de protección y en terrenos a media ladera, pero que han soportado los sismos de los años 90 y 2000 8. Historia sísmica del área afectada La historia sísmica del área afectada es escasa, principalmente por el aislamiento de los centros poblados y la falta de vías de comunicación. Silgado (1978) ha publicado la historia sísmica del territorio peruano desde el siglo XVI al presente. Se describe a continuación los terremotos más importantes que afectaron la región en estudio (Alva Hurtado et al, 1984). - 26 de Noviembre de 1877. La ciudad de Moyobamba sufrió los efectos de una recia sacudida de tierra. Intensidad de VI MMI. 28 de Setiembre de 1906. Se registró en Chachapoyas un sismo de intensidad VII MMI. La magnitud fue de Ms=7.5. 14 de Mayo de 1928. Una notable conmoción sísmica ocurrió en el nororiente peruano. Chachapoyas sufrió una destrucción casi total. Un deslizamiento en Pinpincos (Valle de Chamaya) causó 25 muertos. La magnitud del sismo fue de Ms=7.3 y la intensidad máxima de X MMI en el área epicentral. - - - - - 9. 6 de Agosto de 1945. Un fuerte movimiento sísmico afectó los departamentos de San Martín y Amazonas. Se reportó una intensidad de VI MMI en Moyobamba. El epicentro se localizó al este de Moyobamba. Ocurrió licuación de suelos en las quebradas de Shango, Tahuishco y Azungue. 19 de Junio de 1968. Ocurrió un terremoto en la parte norte del departamento de San Martín causando la muerte de 15 personas. La magnitud del sismo fue de Ms=6.9 y mb=6.4. Se reportaron daños severos en las ciudades de Moyobamba y Yantaló. El epicentro se localizó al noroeste de Moyobamba. Ocurrió licuación de suelos a lo largo de las márgenes del río Mayo y en los alrededores de Moyobamba. La máxima intensidad fue de IX MMI 29 de Mayo de 1990, ocurrió sismo moderado con magnitud mb=6.0; ocurrió al suroeste de Rioja. Este sismo causó 70 muertes y ocasionó daños a 6,000 viviendas de las 20,000 existentes en el área epicentral. La mayoría de las viviendas estaban construidas con adobe y tapial. En este sismo se observó una intensidad máxima promedio de VII MMI en Soritor (Alva Hurtado et al, 1990; Huaco et al, 1990; Torres et al, 1990). 4 de Abril de 1991, se produjeron una serie de movimientos sísmicos en la región, siendo el de mayor magnitud el ocurrido a las 11:30 p.m. (hora local), con una magnitud de mb=6.5 y con epicentro a 30 km al noroeste de Moyobamba, en las cercanías del Cerro Angaisa. El número de víctimas fue de 40, causando graves daños a las propiedades en las provincias de Moyobamba y Rioja. Se observaron intensidades máximas promedio de VII MMI en Moyobamba, Yantaló y Nuevo Cajamarca. 25 de Setiembre del 2005, ocurrió un sismo con magnitud mb=7.5, con epicentro a 50 km. al Noreste de Tarapoto; el número de víctimas fue 5, por lo menos 60 heridos; 70% de las viviendas destruidas en la ciudad de Lamas, afectó edificaciones en las ciudades de Chachapoyas, Moyobamba y Tarapoto. Daños ocurridos a edificaciones de Tapial en los 3 últimos Sismos Las edificaciones de Tapial fueron las más afectadas durante el sismo de Moyobamba de 1990 y 1991; y las que más sufrieron daños son las de dos niveles, tal como se aprecia en vista fotográfica, que corresponde a una céntrica de la ciudad de Moyobamba. En el sismo de Lamas de Setiembre 2005, las edificaciones del centro histórico de Lamas, fueron los que sufrieron daños, llegando a colapsar el 70% de las edificaciones en esta ciudad, las cuales en su mayoría fueron edificaciones de Tapial; una de las razones fue la altura de las mismas y la construcción sin tener en cuenta la separación entre ellas Hay que tener en cuenta que las viviendas de Tapial que se encuentran en zonas rurales y principalmente en el Barrio Huyku de Lamas, han soportado todos los sismos presentados desde la década de los 60, 90 y 2000. Si observamos las tomas estas viviendas están construidas en forma aislada, de un solo nivel, cobertura liviana, con puerta de ingreso y sin ventanas; razón por la que tuvieron un mejor comportamiento ante la ocurrencias de los sismos registrados. 10. Procedimiento constructivo artesanal Las construcciones de tapial en la zona, son construcciones ejecutadas en forma artesanal, aplicando la tecnología que se va trasmitiendo de generación en generación, con ligeras modificaciones que se va introduciendo en el tiempo, tal como son los refuerzos longitudinales de trabazón entre los bloques subsiguientes y el refuerzo de esquinas con madera rolliza de alta densidad y dureza. 11. Procedimiento mejorado del sistema estructural Antes de proponer un sistema mejorado del sistema estructural de la construcción de Tapial, se deben conocer algunos problemas identificados en campo, siendo entre ellos: El problema fundamental de estas construcciones es el diseño arquitectónico. Por lo general las viviendas son de un solo ambiente, de forma rectangular, superando el largo más de dos veces al ancho; por lo que en el sentido transversal al lado longitudinal es vulnerable, frente a la ocurrencia de un sismo moderado; razón por la que colapsan dichas viviendas. En las zonas urbanas, por el aprovechamiento del terreno no se deja juntas de construcción entre las viviendas, anomalía que con frecuencia se observa en los centros urbanos de las principales ciudades de la región; lo cual se complica con las edificaciones de dos niveles y edificaciones de altura mayor de 3.00 m. Siendo vulnerables ante la ocurrencia de sismos, por cuanto las edificaciones de menor altura se comportan como transmisores de fuerzas cortantes, por tanto las edificaciones de dos niveles y de alturas mayores de 3.00 m , son más vulnerables como lo ocurrido durante los sismos de Moyobamba(1990-1991) y Lamas(2005). Otros de los problemas que se observa en la mayor parte de las viviendas construidas con tapial son la falta de una adecuada preparación de la cimentación con fines de protección de humedad proveniente del subsuelo, lo cual se agudiza más en tiempo lluvias, presentando erosión en las bases. Y como propuesta de mejoramiento del sistema estructural de estas construcciones, se sugiere; teniendo en cuenta los trabajos de investigación y manuales indicados lo siguiente: Para los cimientos: Se construye con piedras o rocas y material de relleno conformando un conglomerado que trabaja como cimientos debajo los muros principales de la edificación; en general la profundidad de la cimentación alcanzará el suelo firme por debajo la capa orgánica. De la forma de la vivienda: La forma es de la vivienda es fundamental, recomendando para esta zona las construcciones cuadradas de dimensiones que oscilan entre 3.50 a 4.00 m. y altura 3.00 m; espesor de muros 0.40 m; lo mas optimo de acuerdo a los ensayos de laboratorio son las de sección circular. Del tipo de suelo de fundación: Las construcciones de tapial se recomienda construir en zonas donde los suelos estables geologicamente. De la separación entre edificaciones: Se recomienda construcción de edificaciones separadas a 1.00 m como mínimo. Para evitar choque entre ellas ante la ocurrencia de un eventual sismo. De los refuerzos en esquinas y muros longitudinales: Se colocarán refuerzos de madera rolliza en cada union de bloque de tapial construido en forma horizontal y en las esquinas se colocaran dos maderos reforzados en los encuentros respectivo. Los dinteles seran maderas empotradas 40 cm mínimo. 12. Conclusiones Al término del trabajo de investigación se llegó a las conclusiones siguientes: El problema fundamental de las construcciones con la técnica del tapial es el diseño arquitectónico, que hace las vulnerables frente a la ocurrencia de sismos, produciéndose inevitablemente, en la mayoría de los casos, el colapso. El tipo de construcción con tierra de adobe y tapial que predominó en la zona, fue el principal motivo de los daños severos; sin embargo, las características del terreno también contribuyen al daño. Existe una relación directa entre el nivel de daño y las características del suelo. Por su contenido energético extremadamente bajo, la técnica del tapial se vislumbra como una técnica constructiva que minimiza el impacto ambiental y las emisiones de gases de efecto invernadero. Como material de construcción la técnica del tapial ofrece numerosas posibilidades frente a las tecnologías más comunes de la construcción actual. Además de emplear un material accesible al alcance de todos (la tierra) proporciona un buen aislamiento térmico y acústico. En comparación con técnicas en las que el barro se utiliza en un estado más húmedo, la técnica del tapial brinda una retracción mucho más baja y una mayor resistencia. La ventaja radica en que las construcciones de tapial son monolíticas y por lo tanto poseen una mayor estabilidad. La producción de la técnica constructiva con tapial actualmente se transmite de generación en generación; es responsabilidad de los profesionales de reorientar estas técnicas aprendidas, con mejores procesos de construcción de tal manera que garantice a estás construcción un mejor comportamiento sísmico ante cualquier eventualidad. El escaso avance tecnológico y la falta de asesoría especializada hace de estas edificaciones verdaderas trampas mortales, si tenemos en cuenta que el Perú está en una zona sísmica. 13. Recomendaciones Mayor difusión de técnicas innovadoras de procedimiento de construcción de viviendas con tapial. Rescatar y mejorar procedimientos de construcción utilizados en otros tiempos para la construcción de viviendas de interés social. Fomentar la realización de talleres y seminarios para la formación, preservación e innovación en técnicas de construcción y desarrollo de componentes empleando los materiales locales. Bibliografía Manual para la rehabilitación de viviendas construidas en adobes y tierra pisada Asociación Colombiana de Ingeniería Antisísmica – AIS Se encuentra disponible en: http://www.desenredando.org/public/libros/2005/csrvbe/mradobetapia.pdf Estudio e investigación sobre construcciones rurales con tierra María Figols Gonzáles, Mariano López Navarro Se encuentra disponible en: http://catedramln.unizar.es/Premios/PresentacionMLN.pdf Boletín técnico de historia de sismos Se encuentra disponible en: http://www.crid.or.cr/digitalizacion/pdf/spa/doc17339/doc17339-b.pdf Tapia tradicional “Hacia el rescate y mejora de una tecnología” Arq. Juan Borges Ramos Se encuentra disponible en: http://www.scribd.com/doc/6639386/Tapial-Tradicional-Traditional-Rammed-Earth Tierra y cal Goncalves Silva Braga, Alfredo Manuel, Robador Gonzales, María Dolores Instituto Universitario de Ciencias de la construcción. Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Sevilla Se encuentra disponible en: https://upcommons.upc.edu/revistes/bitstream/2099/2246/1/IAU-00065-35.pdf La técnica de construcción en tierra como valor de la vivienda en la ciudad de San Cristóbal Enrique Orozco Arria1 Se encuentra disponible en: http://www2.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S079896012005000200004&lng=es&nrm=iso Rastros y rostros de las construcciones en tierra cruda Cecilia López Pérez* Se encuentra disponible en: http://universidadypatrimonio.net/doc/doc/2_1_03.pdf Manual de construcción para viviendas antisísmicas de tierra Gernot Minke Se encuentra disponible en: http://www.basin.info/publications/books/ManualMinkeSpan.pdf Efectos en el terreno ocacionados por los sismos del Alto Mayo en Perú Jorge E. Alva Hurtado (1); Jorge F. Meneses Loja (1); Luis A.Chang Chang (1) José L. 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