Educación Continua: Tierra Apisonada

DL-Atelier concibió el Museo de Arte San Bao Peng cerca de Jingdezheng, China, como un complejo de 300 pies de largo por 27 pies de ancho definido por muros perimetrales de tierra apisonada. Las galerías están encerradas dentro de volúmenes revestidos de titanio y zinc.

Foto © Haiting Sun

DL-Atelier concibió el Museo de Arte San Bao Peng cerca de Jingdezheng, China, como un complejo de 300 pies de largo por 27 pies de ancho definido por muros perimetrales de tierra apisonada. Las galerías están encerradas dentro de volúmenes revestidos de titanio y zinc.

Foto © Haiting Sun

En lugar de formas de láminas de madera contrachapada, las paredes del museo se vertieron dentro de tablas orientadas horizontalmente para dar una textura adicional a la superficie de tierra apisonada.

Foto cortesía de DL-Atelier

Imagen cortesía de DL-Atelier

Spring Ranch, cerca de Hollister, California, tiene fuertes paredes de tierra apisonada de hasta 24 pulgadas de espesor.

Foto © Joe Fletcher

Junto con la calefacción y refrigeración radiantes de los pisos de concreto, la masa térmica proporcionada por las paredes de tierra apisonada ayuda a mantener una temperatura interior agradable.

Foto © Joe Fletcher

Imagen cortesía de Feldman Architecture

SmithGroupJJR imaginó un muro de tierra apisonada de 20 pies de ancho y 19 pies de alto como el punto focal de un edificio de oficinas en Santa Clara, California. El elemento de 10 toneladas se compone de cuatro segmentos fabricados fuera del sitio en Napa.

Foto © Michael David Rose Fotografía, cortesía de SmithGroup JJR

Educación continua

Sería difícil imaginar un material de construcción más elemental que la tierra apisonada. Producido al comprimir una mezcla de tierra arenosa en formas, los primeros ejemplos de la técnica sobreviven en sitios arqueológicos de 7,000 años de antigüedad en China. El método para hacer paredes, con sus capas de ricos colores y texturas, está siendo redescubierto por arquitectos que lo están trayendo al siglo XXI con mezclas refinadas y tecnología innovadora.

Cuando el arquitecto Lui Yang, director de la firma DL-Atelier de Beijing, concibió el diseño del Museo de Arte San Bao Peng cerca de Jingdezheng, China, imaginó una forma fuertemente geométrica que emergería del suelo en contraste con el bucólico paisaje montañoso circundante. Terminado en 2017, el museo de 300 pies de largo por 27 pies de ancho, que se enfoca en las famosas cerámicas de porcelana de la región, está definido por paredes de tierra apisonada de 12 pies de altura. Dentro del complejo, los arquitectos organizaron los patios y los espacios de las galerías en varios niveles y remataron la composición con una serie de volúmenes revestidos de titanio y zinc con estructura de acero.

El arquitecto eligió una paleta "geológica" de travertino y pizarra además de la tierra apisonada. Los acabados son duraderos, pero están destinados a registrar el desgaste por el contacto humano y el clima a lo largo del tiempo. Si bien la forma es claramente lineal, Lui dice que quería alentar a los visitantes a fluir a través de los espacios de una manera orgánica para que su progresión sea una serie de opciones y descubrimientos fortuitos. Hay varios puntos de entrada posibles, uno en cada extremo y otro a través de una amplia abertura en una pared lateral que incluye una fuente de agua y escalones de travertino.

El material base para la tierra apisonada, una piedra molida extraída localmente, es el mismo ingrediente fundamental que se encuentra en la porcelana de la zona. Los materiales de piedra, arcilla y limo de tonos rojos para las paredes se obtuvieron de una colina cercana. Se hicieron diez maquetas a gran escala, diseñadas para servir como elementos permanentes del paisaje, para probar diferentes combinaciones de agregados (piedra triturada, grava y arena), así como detalles de impermeabilización. Debido a que el clima local es algo lluvioso, la tierra apisonada incluye aproximadamente un 8 por ciento de cemento Portland. La llamada tierra apisonada "estabilizada" contiene entre un 5 y un 10 por ciento de cemento, aproximadamente la mitad de la cantidad de una mezcla típica de concreto, lo que la hace más fuerte y resistente a la intemperie.

Aunque el cemento Portland mejora la durabilidad, la tierra apisonada no aguanta bien el contacto directo con el suelo. Por lo tanto, los arquitectos utilizaron hormigón para los cimientos y los niveles subterráneos del edificio con un zócalo revestido de travertino a nivel. Para sostener los encabezados de varias aberturas grandes que enmarcan las vistas del paisaje, incrustaron vigas de acero dentro de la tierra apisonada. Y para crear un elegante detalle de acabado, cubrieron las paredes y los umbrales con placas de acero inoxidable que a su vez están cubiertas con travertino.

Los muros se construyeron en un proceso similar al utilizado para el hormigón colado en el lugar, con rejillas de barras de refuerzo como refuerzo. El encofrado se instaló en una serie de elevaciones y se movió verticalmente con cada vertido sucesivo. En lugar de las formas de láminas de madera contrachapada más comunes, DL-Atelier eligió tableros colocados horizontalmente de 8 pulgadas de ancho para agregar textura a la superficie de las paredes. El suelo se colocó dentro de las formas en capas antes de la compactación con pisones neumáticos. El método esencialmente replica la forma en que se produce la roca sedimentaria en la naturaleza: la compresión intensa e ingredientes como la arcilla, que actúan como aglutinantes, fusionan los elementos. La densidad similar a la piedra resultante lo distingue de los materiales más blandos a base de tierra, como el adobe.

Al otro lado del Océano Pacífico, cerca de Hollister, California, una casa de vacaciones de dos pisos y 6,500 pies cuadrados de Feldman Architecture, con sede en San Francisco, se basa en una estrategia similar de anclar el edificio al sitio con enormes paredes de tierra apisonada. En este caso, tres paredes concéntricas y suavemente curvadas, de hasta 20 pies de altura, corresponden a los contornos de la ladera donde se asienta la casa y forman una armadura dentro de la cual se intercalan los espacios habitables con estructura de acero y madera.

La casa, conocida como Spring Ranch, es LEED Gold y energía neta cero, y la tierra apisonada juega un papel importante en su estrategia de conservación. Las paredes de tierra apisonada sin aislamiento, en combinación con los pisos de hormigón, proporcionan abundante masa térmica para el calentamiento y enfriamiento solar pasivo. En el clima mediterráneo del interior de California, los calurosos días de verano hacen que el enfriamiento sea el problema térmico dominante para la casa, dice Jonathan Feldman, director de la firma. Sin embargo, las noches relativamente frescas, con temperaturas que bajan a los 50 incluso en julio y agosto, brindan las condiciones ideales para descargar la masa térmica y almacenar energía de enfriamiento para usar durante el día. Además de estas estrategias pasivas, la casa tiene una matriz fotovoltaica montada en el techo de 7,6 kilovatios que satisface todas sus necesidades eléctricas. Un gran sistema solar térmico suministra agua caliente sanitaria y calienta el sistema de suelo radiante.

Al igual que el concreto, la mampostería y la piedra, la tierra apisonada es un aislante notoriamente malo, solo alrededor de R-2 para una pared de 18 pulgadas de espesor. Pero a pesar de las paredes de tierra apisonada sin aislamiento de Spring Ranch, cuando se modeló como un edificio completo, superó fácilmente los estándares energéticos de California debido a la capacidad de la estructura para almacenar y transferir energía térmica.

Sin embargo, los estándares de energía más estrictos implementados desde que se completó la casa hace cinco años probablemente habrían requerido que las paredes estuvieran aisladas, según David Easton, el consultor de tierra apisonada del proyecto. El código actualizado presenta un enigma para los proyectos más nuevos: cómo mantener la durabilidad de la tierra apisonada y la continuidad del acabado en el interior y el exterior. Una solución es una pared doble en la que se inserta una capa de aislamiento rígido. "Esencialmente, terminas con dos paredes de tierra apisonada de 7 pulgadas a cada lado de 4 pulgadas de aislamiento rígido, una especie de sándwich de helado", dice Easton. El detalle mantiene una buena masa térmica en el interior. Pero, en algunos climas, explica, también puede interferir con la transferencia beneficiosa de energía térmica a través de la pared. También agrega complejidad al proceso de construcción que ya requiere mucha mano de obra y, por lo tanto, aumenta el costo.

La tierra apisonada es más sostenible cuando sus materias primas se toman del sitio o sus alrededores. Según Feldman, parte de la tierra para la excavación de la casa Hollister se incorporó a la mezcla. Pero para lograr distintas líneas horizontales de color, la mayoría de los componentes se obtuvieron de una variedad de lugares cercanos y se extrajeron a diferentes profundidades. Se utilizó una pequeña cantidad de material de Arizona para crear las capas de color rojo más profundo de las paredes.

Esta variedad de ingredientes no es inusual en los edificios contemporáneos de tierra apisonada, dice Easton. "En los viejos tiempos, era un 30 por ciento de arcillas y limos y un 70 por ciento de arena y grava". Pero las mezclas se han vuelto extremadamente matizadas y complejas para lograr el nivel de desempeño y la calidad de acabado que los arquitectos requieren ahora, dice. El término "tierra apisonada" es algo inapropiado, porque los ingredientes (piedra molida, arena, limo y grava) se extraen selectivamente y no pueden incluir ningún material orgánico.

Al igual que el museo en Jingdezheng, las paredes de Spring Ranch están estabilizadas con cemento. Pero, según Easton, es posible lograr una resistencia y durabilidad similares sin el aditivo, según la disponibilidad de materiales refinados como el granito triturado. Principalmente porque los consumidores y los funcionarios de la construcción se sienten más seguros con el cemento agregado, solo se usa tierra apisonada estabilizada en los EE. UU. La tierra apisonada no estabilizada todavía es común en Europa, agrega Easton.

Los departamentos de construcción a menudo requieren pruebas especiales para materiales alternativos como tierra apisonada. En el caso de Spring Ranch, los funcionarios del condado siguieron una guía para aplicaciones de concreto no estándar que exigía una capacidad de carga mínima de 2000 libras por pulgada cuadrada (psi).

Las paredes de tierra apisonada tienen una capacidad de solo 800 a 1600 psi, pero dado que a menudo son mucho más gruesas que las paredes de concreto típicas, la capacidad de carga total puede ser tan buena o mejor. (En otras palabras, la resistencia por pulgada cuadrada puede ser menor, pero hay más pulgadas cuadradas de soporte que las que proporciona un muro de concreto típico de 8 pulgadas). Después de una serie de pruebas adaptadas a las características específicas de los muros de Spring Ranch, que tienen un grosor de hasta 24 pulgadas, los funcionarios dieron luz verde, dice Feldman.

Además de las preocupaciones sobre la capacidad de carga, también hubo restricciones sísmicas ya que la casa está situada a solo unos cientos de metros de la falla de San Andrés. Los ingenieros del proyecto especificaron dos jaulas (rejillas) de barras de refuerzo para cada pared. Las cargas de la estructura del techo y las placas del piso se transfieren a las paredes a través de vigas de unión de hormigón armado empotradas con los elementos de tierra apisonada.

Hasta hace poco, la naturaleza de los muros de tapial y el proceso de producción limitaban su uso a proyectos en los que se podían verter in situ. Pero las nuevas técnicas de fabricación fuera del sitio han hecho posibles otras aplicaciones. SmithGroupJJR construyó recientemente un muro prefabricado de tierra apisonada de 20 pies de ancho y 19 pies de alto como el punto central del vestíbulo principal del Stadium Tech Center en Santa Clara, California, un edificio de oficinas de seis pisos terminado en 2016 con un armazón diseñado por la firma Arc Tec del Área de la Bahía.

SmithGroupJJR vio el panel prefabricado como el telón de fondo perfecto para el área de recepción de 25 pies de altura, imaginándolo como "una gran obra elemental, como una pintura de Mark Rothko", dice el diseñador principal Matt Smialek. Pero, en este caso, el muro en sí mismo sería el arte, dice. El panel, que retiene las capas estratificadas de tierra apisonada moldeada en el lugar más tradicional, también sirve para compensar la frescura estética de los pisos de concreto pulido del vestíbulo y las elegantes paredes blancas. Los diseñadores empotraron el panel detrás de un amplio marco de roble teñido y luego lo iluminaron desde el perímetro.

Aunque mucho más liviano que la tierra apisonada convencional, todo el panel prefabricado de 6 pulgadas de espesor, fabricado en una planta de Napa, California, pesaba más de 10 toneladas. Para acomodar el transporte y el montaje, la instalación se mantiene en su lugar mediante un marco de respaldo de acero y se compone de cuatro segmentos de 22 pies de largo por 5 pies de alto apilados horizontalmente. Debido a que una plataforma de estacionamiento abierta está ubicada debajo del vestíbulo, la mayor parte del peso del panel está suspendido de la estructura de acero del edificio que se encuentra arriba, la cual ha sido reforzada para soportar la carga adicional.

Las técnicas de fabricación en fábrica, como las implementadas para el proyecto de Santa Clara, permiten un control estricto de la mezcla y el encofrado, así como otros factores. Permiten producir losas de hasta 3 pulgadas de espesor para usos como paneles de paredes exteriores. Esta evolución de un fuerte muro de carga a un revestimiento demuestra cuán lejos ha llegado este humilde enfoque en su larga historia. Y seguirán surgiendo nuevas aplicaciones. El año pasado, varias universidades chinas ganaron el Premio Mundial de Arquitectura 2017 por su trabajo en la sustitución de viviendas en la aldea de Guangming devastada por el terremoto con estructuras de tierra apisonada reforzada. En el otro extremo del espectro, Peter Zumthor ha publicado planes preliminares para una adición de tierra apisonada al Museo Beyeler en Basilea, Suiza, que fue diseñado por el también ganador del Premio Pritzker Renzo Piano y completado en 1997. Dada la abundancia de materia prima material y la creciente necesidad de ensamblajes de edificios sostenibles, se puede esperar que los arquitectos amplíen aún más los límites de la tierra apisonada.

Objetivos de aprendizaje

1 Defina el término "tierra apisonada" y explique cómo se construyen típicamente las paredes de este material.

2 Analice los desafíos estructurales y regulatorios que presenta la construcción con tierra apisonada.

3 Explicar cómo la masa térmica proporcionada por un muro de tapial puede contribuir a la estrategia de climatización de un edificio.

4 Describir las ventajas de los elementos de tierra apisonada fabricados en fábrica.

Curso AIA/CES #K1802A

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