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El presente artículo expone los resultados obtenidos para las propiedades de los adobes, de orden físico, mecánico y químico, imprescindibles para el conocimiento del adobe como material estructural y su correspondiente evalua-ción sismo-resistente.Inicialmente la caracterización del material tuvo una fase experimental sobre probetas de adobe patrimonial (del orden de 300 años). Posteriormente se hizo una evaluación analítica y se compararon los resultados obtenidos con los de otros investigadores, tanto de Colombia como del resto de Latinoamérica. Finalmente, se desarrolló una guía metodológica y una fcha de caracterización que se espera sean útiles para futuros estudios de los sistemas cons-tructivos, estructurales y sismo resistentes de las edifcaciones de valor e interés patrimonial.

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    * Cmo citar este artculo: Rivera, J.C. (2012). El adobe y otros materialesde sistemas constructivos en tierra cruda: caracterizacin con fines estructurales. En: Apuntes 25 (2): 164 - 181.

    El adobe y otros materiales de sistemas constructivos en tierra cruda: caracterizacin con fines estructurales*

    Juan Carlos Rivera Torres

    Agradecimientos

    El autor agradece a los funcionarios directivos y operativos de los Laboratorios de Suelos y Materiales

    del Departamento de Ingeniera Civil y Laboratorio de qumica de la Pontificia Universidad Javeriana en

    Bogot. As como a los del Departamento de Ingeniera Civil de la Escuela Colombiana de Ingeniera.

    El estudio y conocimiento de los sistemas constructivos, especificacin de los materiales y su aplicacin en la formulacin de soluciones para la rehabilitacin de bienes de inters cultural (BIC) o inmuebles con carcter histrico, se viene realizando en Colombia basado solamente en inspecciones visuales y anlisis cualitativos, sin profundizar en anlisis cuantitativos que permitan tener un mayor conocimiento sobre sus propiedades y leyes constitutivas. A travs del conocimiento detallado de las propiedades fsicas de este material, se pueden realizar modelos estructurales en elementos finitos (discretos, continuos, lineales y no lineales) para las labores de diagnstico que conduzcan a la formulacin de acciones de rehabilitacin de estos sistemas constructivos.

    Los sistemas estructurales presentes en edificaciones patrimoniales, equivalen a los sistemas cons-tructivos tradicionales de mampostera en diversos materiales. Los materiales estructurales usados en la arquitectura religiosa, militar y civil del patrimonio construido suelen ser piedra natural y artificial (categora en la que se cuenta la tierra cruda adobe y tapia pisada), mortero y madera.

    La tierra cruda como material estructural, es la materia prima de la obra de fbrica o mampostera de centenares de templos, claustros, edificios civiles y militares, as como de cientos de ejemplares de arquitectura domstica. La procedencia del material, en cada caso, est directamente relacionada con su emplazamiento (territorio) y la implantacin del edificio en cuestin.

    Lo anterior justifica el trabajo de investigacin que se expone en el presente documento y que profundiza en el estudio y determinacin de las propiedades fsicas y mecnicas de la tierra como ma-terial estructural. Igualmente, se hace un estudio de sus componentes qumicos que afectan al com-portamiento estructural del sistema constructivo. De la tierra se estudian los aspectos que permiten comprender su naturaleza estructural y percibir cules son los factores que influyen en el comporta-miento estructural de sta.

  • Muro en tierraFotografia:Juan Carlos Rivera

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    * Los descriptores y key words plus estn normalizados por la Biblioteca General de la Pontificia Universidad Javeriana.

    Recepcin: 1 de agosto de 2012

    Aceptacin: 25 de septiembre de 2012

    Articulo de investigacin

    En este artculo se presentan los aspectos que caracterizan a los sistemas constructivos en tierra cruda, particularmente en adobe, presentes en bienes inmuebles colombianos de inters cultural especficamente en capillas o templos doctrineros, mediante el estudio de un caso especifico: la capilla doctrinera de Tausa, Cundinamarca.

    El adobe y otros materiales de sistemas constructivos en tierra cruda: caracterizacin con fines estructuralesThe adobe systems and other building materials in raw ground: characterization for structural purposes

    A adobe systems e outros materiais de construo moda crua: caracterizao para estrutural

    Juan Carlos Rivera TorresPatrimonio e [email protected] Civil con Magster en restauracin de monumentos arquitectnicos de la Pontificia Universidad Javeriana, Bogot, Colombia.

    ResumenEl presente artculo expone los resultados obtenidos para las propiedades de los adobes, de orden fsico, mecnico y qumico, imprescindibles para el conocimiento del adobe como material estructural y su correspondiente evalua-cin sismo-resistente.Inicialmente la caracterizacin del material tuvo una fase experimental sobre probetas de adobe patrimonial (del orden de 300 aos). Posteriormente se hizo una evaluacin analtica y se compararon los resultados obtenidos con los de otros investigadores, tanto de Colombia como del resto de Latinoamrica. Finalmente, se desarroll una gua metodolgica y una ficha de caracterizacin que se espera sean tiles para futuros estudios de los sistemas cons-tructivos, estructurales y sismo resistentes de las edificaciones de valor e inters patrimonial.Para los sistemas constructivos en tierra cruda, adobe y otras modalidades, presentes en bienes de inters cultural, particularmente en arquitectura religiosa (capillas y templos doctrineros), es imprescindible el estudio de procedi-mientos de rehabilitacin con tcnicas y materiales que mejoren las condiciones de su comportamiento estructural ante los efectos de la actividad ssmica y el deterioro natural.

    Palabras Claves: adobe, bien inmueble de inters cultural, capilla doctrinera, material estructural, resistencia ssmica, tierra cruda.

    AbstractThis paper presents the results obtained for the properties of adobes, physical, mechanical and chemical, which are essential for understanding the adobe as a structural material and essential for its earthquake-resistant evaluation. The characterization of the material was initially a pilot phase on similar patrimonial adobe specimens (of about 300 year-old structures). Later it became an analytical evaluation which compared the results obtained with those of other researchers, both in Colombia and the rest of Latin America. Finally, a methodological guide and a characterization sheet were developed and it is expected that they will be useful for future studies of constructive, structural and earthquake resistant building systems of heritage value and interest constructions. For raw land, adobe and other modalities construction systems, present in cultural assets, particularly religious architecture (doctrineros chapels and temples), it is imperative to study rehabilitation procedures with techniques and materials aimed at improving the conditions of their behavior facing the effects of structural seismic activity and natural deterioration.

    Keywords: adobe, immovable cultural interest doctrine chapel, structural material, seismic resistance, raw land.

    Resumo Este artigo apresenta os resultados obtidos para as propriedades dos adobes, fsicos, mecnicos e qumicos, que so essenciais para a compreenso do adobe como material estrutural e avaliao terremoto correspondente resistente.A caracterizao do material foi inicialmente uma fase piloto sobre o capital prprio adobe amostras (cerca de 300 anos). Mais tarde, tornou-se uma avaliao analtica e compararam os resultados com os de outros pesquisadores, na Colmbia e no resto da Amrica Latina. Finalmente, foi desenvolvido um guia metodolgico e uma folha de caracte-rizao dever ser til para futuros estudos dos sistemas de construo, estruturais e edifcios resistentes terremoto de patrimnio de valor e interesse. Para os sistemas de construo primas de terra, barro e outras modalidades, presente em bens culturais, arquitetura particularmente religiosa (capelas e templos doctrineros), imperativo es-tudar procedimentos de reabilitao com tcnicas e materiais para melhorar as condies de seu comportamento para os efeitos da atividade ssmica estrutural e deteriorao natural.

    Palavras-chave: adobe, capela doutrina imveis interesse cultural, material estrutural, resistncia ssmica, a terra crua.

    SICI: 1657-9763(201212)25:22.0.TX;2-5

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    ANTECEDENTES DEL ESTUDIO

    El estudio e investigacin de la arquitectura en tierra es importante para Colombia, por el nmero de bienes de inters cultural (Ojeda, 2003) que se encuentran distribuidos a lo largo y ancho del territorio nacional.

    Los edificios que hoy son parte del catlogo del patrimonio material de Colombia, al menos aquellos construidos antes de mediados del siglo XVIII, fueron edificados con alguna de las tc-nicas conocidas de tierra cruda; tcnicas que, en contadas ocasiones, siguieron vigentes hasta entrado el siglo XIX. Para la presente investigacin se usaron como antecedentes los estudios y tra-bajos realizados en Latinoamrica, especialmente en Mxico, Per, Bolivia y Argentina. En estos, se exponen estudios de construcciones en tierra de arquitectura contextual moderna y contempor-nea, sin embargo se encontraron pocos trabajos relacionados con bienes de inters cultural y mo-numentos arquitectnicos.

    SISTEMAS CONSTRUCTIVOS EN TIERRA

    Los sistemas constructivos en tierra de edifica-ciones patrimoniales consisten principalmente en muros de carga; se disearon para soportar car-gas verticales (peso propio, entrepisos, cubiertas y otros) y de servicio (carga viva), sin incluir los efectos producidos por un sismo. Se asimilan en-tonces a un sistema de mampostera compuesto por unidades de tierra cruda, aparejadas de dife-rentes formas, con la que se construyen muros que varan en espesor y en altura y que pueden o no trabarse.

    Los templos doctrineros tienen una con-figuracin y geometra particular dentro de los diferentes bienes inmuebles de inters cultural que posee el pas. La valoracin de los inmuebles existentes se hizo sobre el inventario detallado de estos bienes en el rea andina colombiana (Depar-tamentos de Boyac, Cundinamarca y Santander). En la Tabla 1 (Lpez, 2003) se definen los materia-les bsicos de cada sistema constructivo presente en el inmueble. La conformacin constructiva en general de los templos doctrineros, est marcada por los siguientes parmetros, que se describen grficamente en la Figura 1: Cimientos corridos tipo ciclpeo, construidos

    en conglomerado de roca nativa y pega en argamasa o barro compacto. Sobre estos se

    apoyan los muros de carga. Sus magnitudes son variables en funcin al tipo de suelo sobre el que se apoyan (esto para su profundidad) y generalmente con un sobre ancho al lado de los muros que soportan.

    Muros cargueros longitudinales de espesor variable entre 0.90 y 1.20 metros; altura de aproximadamente 2 a 2 pisos, es decir entre 5 y 7 metros. Adems, aperturas ocasionales para vanos de puertas y ventanas. Para im-pedir el volteo hacia el exterior, estos muros longitudinales trabajan en conjunto con con-trafuertes, ubicados a cuartas o quintas luces de la longitud del elemento, es decir separados entre 3 y 4 metros. Estos muros generalmente reciben las cargas de cubierta trasmitidas a stos mediante el apoyo de los tirantes y de-ms estructura de armar a una viga solera que se ubica sobre el cabezal del muro.

    El muro testero o tapa anterior de la capilla, aquel que forma el bside y que cierra el edificio delante del presbiterio se encuentra construido de lado a lado, es decir sin aper-turas o vanos y vinculando los dos costados longitudinales.

    El frontn de fachada, en la mayora de los casos, est construido en sillares de roca natural rstica y/o mampostera en unidades de arcilla cocida y se empalman a los muros longitudinales con una traba irregular.

    Marcando la importancia del presbiterio, entre ste y la nave del templo se presenta el arco toral que se dispone perpendicularmente a los muros longitudinales y que generalmente se acompaa de sus respectivos contrafuertes al exterior.

    Finalmente, se afianza todo el sistema con el entramado de cubierta, conformado gene-ralmente por una trama de madera en par y nudillo (una de las tcnicas de armadura ms comunes) y que constituye la forma estructu-ral ms sencilla para salvar la luz transversal de la nica nave de la capilla. Como funcin adicional a la de cobertura, la estructura de madera y su manto (teja, barro, esterilla, etc.) tienen la funcin de estabilizar el sistema de muros, as como de proteger el material b-sico del sistema estructural, la tierra cruda, es decir, el adobe.

    Es usual que en los sistemas constructivos de los edificios en tierra se encuentren mezclas

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    de diferentes tipos de mampostera: mampues-tos en sillares de piedra y/o tapiales, y/o muros en adobe. No obstante, el presente trabajo se refiere solamente al conocimiento y caracteri-zacin del adobe, clasificado como el elemento de mampostera en tierra con mejor calidad de factura, puesto que se ha observado que la tapia (tapial) presenta mayor gama y amplitud en cuanto al tipo de materiales empleados y su degradacin es severa, debido al funcionamien-to estructural y los agentes externos a los que generalmente estn sometidos, como el intem-perismo, por ejemplo.

    De los 1039 monumentos declarados como Monumentos Nacionales, 158 corresponden a arquitectura religiosa claustros, conventos, ca-tedrales, iglesias, capillas, templos y ermitas, es decir poco ms de un 15%, lo que da cuenta de la importancia que tiene la arquitectura religio-sa en el mbito cultural y patrimonial. De stas, una tercera parte (52 edificios) corresponden a

    capillas, lo que indica la relevancia del material de estudio (Ojeda, M. 2002).

    En general un material estructural tiene definidas sus propiedades por todas aquellas caractersticas que permiten el conocimiento de su comportamiento ante solicitaciones. Es relevante que a lo largo de decenios, los mate-riales referidos han perdurado en su papel de materiales estructurales y solamente el adelanto y modificacin de tcnicas en su utilizacin han logrado la optimizacin en su empleo. Estos ma-teriales son: la tierra, la piedra, la madera y los metales. No ha ocurrido de igual manera con la gran cantidad de aplicaciones y combinaciones constructivas desarrolladas por el constructor para solucionar los diversos rigores tcnicos a los que siempre tiene que enfrentarse. La va-riedad de alternativas desarrolladas proporciona una gradacin muy amplia en los valores de las propiedades de los materiales y soluciones es-tructurales producidas.

    Toda edificacin construida, trae consigo la necesidad de garantizar su permanencia en el espacio y en el tiempo, condicin que depende de la capacidad de los materiales estructurales, de la forma como sean empleados y de la afecta-cin medio ambiental a la que se vean sometidos. Por lo tanto, se concluye que la durabilidad de cualquier estructura estar siempre vinculada con aspectos que inciden sobre la misma de manera directa:

    La evolucin y transformacin del entorno de la estructura

    El cambio de fase de los materiales que cons-tituyen el sistema constructivo y estructural

    Figura 1: Conformacin tpica de una capilla doctrinera.

    Fuente:Diego Bautista

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    COLOMBIA - IGLESIAS MONUMENTOS NACIONALES. Regin Andina / Materiales Bsicos del Sistema Constructivo

    DepartamentoCiudad /

    MunicipioNOMBRE

    MATERIALES BSICOS DEL SISTEMA CONSTRUCTIVOOBSERVACIONES

    MUROS PAETES PISO CUBIERTA

    BO

    YAC

    A

    Betitiva Capilla doctrinera Tapia Cal/arena Tableta gresPar y nudillo/

    Teja Barro Sismo 17/VI/99

    Chquiza Capilla doctrinera AdobeCal/arena-

    Cemento/arenaArcilla cocida

    y piedraPar y nudillo/

    Teja Barro Sismo 1995

    Chivat Capilla doctrinera Toca Mixta: Tapia Cal/arenaTabln

    ceramicoPar y nudillo/

    Teja Barro

    Cucaita Capilla doctrinera Cal/arena-

    Cemento/arena Tabln arcillaPar y nudillo/

    Teja Barro

    Mongu Capilla de San Antonio Sismo 1995

    Schica Capilla doctrinera Tapia Cal/arena Tableta gresPar y nudillo/

    Teja Barro

    Socha. Iglesia de Socha viejo

    Tpaga Capilla doctrinera Capilla posa, muy

    intervenida

    Turmequ Capilla de los Dolores Piedras y rafas de Cal/arena BaldosnPar y nudillo/

    Teja Barro

    CU

    ND

    INA

    MA

    RCA

    Guasca Capilla de Siecha Adobe Cal y arena Tabln arcillaPar y nudiilo/

    Teja Barro

    Sop Iglesia y Casa Fachada: Piedra Cal/arena Tabln Gres Par y nudiilo/ Teja Barro Muy intervenida

    Sutatausa Iglesia Colonial, Adobe Cal/arena Tabln arcilla Par y nudiilo/ Teja Barro

    Tenjo Capilla doctrinera Adobe Cal/arena Tabln arcillaPar y nudiilo/

    Teja Barro

    Bogot Capilla de la Bordadita Piedra/TapiaCal/arena-

    Cemento/arenaMadera/

    Teja barro

    Capilla del sagrario Piedra

    Madera/Teja barro

    Iglesia de la Concepcin

    Tapia,ladrillo, piedra

    Madera/Teja barro

    Iglesia de San Agustn

    Mixta: tapia, piedra, ladrillo

    Cal/arena- Cemento/arena Baldosa

    Madera/Teja barro

    Iglesia de San Francisco

    Mixta:piedra,ladrillo

    Cal/arena- Cemento/arena

    Madera/Teja barro

    Iglesia de San Ignacio

    Mixta:piedra,ladrillo

    Cal/arena- Cemento/arena

    Baldosa arcilla

    Madera/Teja barro

    Iglesia de Santa Barbara

    Mixta: adobe,ladrillo

    Iglesia de Santa Clara

    Mixta: piedra, ladrillo

    SAN

    TAN

    DER

    Ocaa Templo de San FranciscoMixta: tapia,

    piedra, ladrilloCal/arena-

    Cemento/arenaTabln de

    arcillaPar y nudillo/

    Teja barro Paete sostenida

    Pamplona Templo San Juan de DiosMixta: adobe, piedra, ladrillo Adoquin

    Madera/Teja de barro

    Barichara Capilla Jess NazarenoMixta: Piedra, tapia

    (sacristia)Ladrillo

    cuarteronPar y nudillo/

    Teja barro

    Anexa al cemento-Caracteristicas de doctrinera

    Iglesia Santa Barbara

    Mixta: Piedra, tapia(primera) Cal/arena

    Baldosa de barro

    Par y nudillo/Teja barro

    Estructura total en piedra

    Iglesia de San antonio

    Mixta: Adobe, piedra, ladrillo Cal/arena

    Par y nudillo/Teja barro

    Cimientos: piedra. Anexa al asilo de

    San antonio

    Bucaramanga Capilla de los doloresMixta: Adobe, tapia, piedra

    Tableta de barro, madera

    Par y nudillo/Teja barro

    Confines Iglesia de San CayetanoMixta:Piedra,

    Ladrillo, baharequeSin paetes,

    capitel con calBaldosin cemento

    Par y nudillo/ Teja barro

    Caracteristicas similares a suesca

    Girn Capilla de las NievesMixta: Adobe,

    tapia Barro y boigaBaldosn de

    cementoMadera/

    Teja barroCaracteristicas

    doctrinera

    Socorro Nuestra seora del SocorroMixta: Adobes, piedra, ladrillo Cal/arena

    Baldosn de cemento

    Madera/Teja de barro

    Tipologa doctrinera, muy

    intervenida

    Tabla 1Monumentos de arquitectura religiosa, materiales bsicos del sistema constructivo.Fuente:Cecilia Lopez

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    La tierra cruda como material estructural: El adobe

    El sistema constructivo en tierra cruda, deno-minado como muros en adobe, est formado bsicamente por el aparejado de unidades de tierra cruda secadas al sol (adobes) aglutinados con barro, que hace las veces de mortero de pe-ga. Las unidades bsicas de este mampuesto son fabricadas y/o moldeadas en diversos formatos y con variadas composiciones granulomtricas.

    En el diagrama de fabricacin del adobe (Figura 2) se indican las acciones invariables y cclicas que se deben llevar a cabo para la hechura de las unidades de fbrica, y que no han cambiado significativamente en el caso de los adobes his-tricos o modernos puesto que la tcnica cons-tructiva en s misma, no se ha modificado. Lo que s se observa como adelanto y perfeccionamiento en la composicin de los adobes es la adicin de elementos orgnicos e inorgnicos median-te mtodos fsicos, fsico-qumicos o qumicos, que buscan mejorar las propiedades mecnicas y comportamiento ante acciones externas, princi-palmente el intemperismo al que se encuentran sometidas estas estructuras, en su gran mayora. En el diagrama (Figura 2) se pueden advertir todas las variables que entran a jugar en este proceso, y que se modifican de un monumento a otro.

    Dada la aparente simplicidad que guarda esta tecnologa constructiva, se hace necesario

    para ofrecer soluciones de intervencin ms apropiadas para los bienes de inters cultural, que poseen este tipo de material conocer con mayor exactitud y amplitud las caractersticas fsicas, mecnicas y qumicas del material que lo compo-nen. Para caracterizar en su integridad el material que compone, tanto la unidad de mampostera como la obra de fbrica edificada con estos, se revisan tres aspectos principales que abarcan las caractersticas predominantes en los materiales empleados en ingeniera, de la siguiente manera:

    Fase experimental

    En esta etapa de la investigacin se agrupan los siguientes aspectos: la seleccin del caso de es-tudio, la toma de muestras y eleccin de probetas y el proceso independizado de ejecucin de los distintos ensayos que caracterizan el material de tierra en el bien de inters cultural elegido. Asimismo, se presentan dos casos de estudio diferenciados, tanto por el origen, calidad y ti-po de caracterizacin que se realiz sobre los especmenes, como por el sitio de realizacin de los ensayos correspondientes. El primer caso corresponde al de la capilla doctrinera de Tausa Vieja, y el segundo al material trasladado a los patios del laboratorio de materiales de la Escuela Colombiana de Ingeniera.

    Caso de estudio: Capilla doctrinera de Tausa Vieja

    La capilla doctrinera de Tausa Vieja est localizada en el sector antiguo del municipio de Tausa (Cun-dinamarca), al cual se llega por la va que desde Zipaquir conduce a Ubat, aproximadamente a una hora de Bogot. La antigua capilla, ubicada sobre una pequea colina, est dividida en dos sectores claramente diferenciados. El primero es el tramo frontal de una sola nave, construida en mampostera de sillares de piedra, adobe y tapia pisada, frontn en mampuesto de arcilla cocida y cubierta en par y nudillo. El segundo es el sector posterior el de mayor inters para esta investi-gacin y corresponde a los muros en ruina del sector de presbiterio, muro testero y dos reas laterales, de las cuales se desconoce su uso. Este sector, en avanzado estado de deterioro, presenta la muratura que se puede observar en las Figura 4, correspondiente a la planta general de la capilla y registros fotogrficos de abril del ao 2003.

    Figura 2: Diagrama del proceso

    de fabricacin del adobe, unidad bsica

    del mampuesto.Fuente:

    Juan Carlos Rivera

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    El sistema constructivo del inmueble es-tudiado corresponde a muros de adobe de masa considerable que an estn en pie y que dan claras seales de las patologas propias de un sistema como ste, expuesto al intemperismo atenuado por la posicin sobre la colina, con cara a la co-rriente de viento que circula desde el sur oriente del sector donde se implanta la capilla. Para la caracterizacin fsica y mecnica, se tomaron 32 muestras, de las cuales 27 son de unidades y frag-mentos de adobe y 5 de fragmentos de mortero de pega. Para la caracterizacin qumica se tomaron 33 muestras, 20 de fragmentos de adobe, 7 de fragmentos de mortero de pega y 6 de fragmentos de mortero de revestimiento sobre muros.

    Las muestras tomadas para los anlisis qu-micos, son muestras de material obtenidas por raspado y/o rotura en el sitio de toma, en una magnitud por peso de aproximadamente 250 a 300 gramos, cantidad equivalente al material que cabe en la palma de una mano. Este material se deposit en bolsas plsticas, se sell hermtica-mente, se identific y se traslad al Laboratorio de Qumica de la Facultad de Ciencias Bsicas de la Universidad Javeriana.

    El muestreo para la caracterizacin fsica y mecnica se realiz en los fragmentos de adobe y mortero de pega mediante la extraccin de estos materiales en cantidades por peso cercano a los

    Figura 3:Capilla doctrinera de Tausa Vieja. Proceso de extraccin de unidades de adobe.Fotografa:Juan Carlos Rivera

    Figura 4:Capilla doctrinera de Tausa Vieja: Planta tipo y registros del estado actual.Fotografa:Juan Carlos Rivera

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    1,000 gramos. Para la consecucin de unidades de adobe, el proceso fue mucho ms dispendioso y elaborado, pues al estar confinado en el muro mediante el mortero de pega, tuvieron que imple-mentarse procedimientos para retirar el mortero que lo confinaba hasta lograr que el adobe que-dara suelto. El registro de la experiencia adquirida durante la extraccin y obtencin de muestras y probetas de unidades y fragmentos de adobe y mortero de pega (ver Figura 3), llama la atencin sobre el nivel de vulnerabilidad presente al mo-mento de trabajar con materiales deleznables y frgiles tal como estos, que son la materia prima del sistema constructivo en estudio.

    Caracterizacin fsica en el laboratorio de suelos y geotecnia:

    Los ensayos realizados determinaron las carac-tersticas fsicas del adobe y mortero de pega de la capilla doctrinera de Tausa Vieja. Se realizaron ensayos de laboratorio que dan a conocer las principales caractersticas fsicas: composicin granulomtrica, peso especfico, contenido de materia orgnica, contenido de humedad y lmi-tes de consistencia. La Figura 5 muestra algunos aspectos de la etapa de caracterizacin fsica para adobes a travs de la ejecucin de diversos ensayos. A diferencia del anlisis de suelos o de material inalterado, como es el caso de ensayos

    sobre muestras de material que no han sido an preparados; los materiales utilizados en este pro-ceso de caracterizacin tienen caractersticas que los hacen ms particulares, puesto que, por una parte, el material de suelo ya ha sido manipulado, quebrado, separado, mezclado y humedecido an-tes de dar forma a los adobes, ha sido mezclado y compactado para moldear estas unidades de mampostera y posteriormente, levantar el muro. Y por ltimo, un muro que puede llevar cerca de 150 aos o ms de haber sido construido, tiene una consolidacin y un periodo de exposicin a agentes externos como ningn otro material.

    Caracterizacin mecnica en el laboratorio de materiales

    Los ensayos de compresin sobre unidades de adobe y fragmentos preparados de mortero de pega y flexin perpendicular al plano horizontal de unidades de adobe se realizaron en el labora-torio de la Pontificia Universidad Javeriana. Los registros grficos que se presentan en la Figura 6 muestran algunos apartes de los procesos de ensayos de caracterizacin mecnica realizados durante la fase experimental.

    Los ensayos de resistencia mecnica in-cluyen varias etapas: la seleccin de la muestra recogida en la etapa de campo, la preparacin de la muestra mediante el mejoramiento cuidadoso

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    de las superficies y refrendado de las mismas y finalmente, el ensayo. En esta etapa se prepa-raron unidades de adobe seleccionadas del lote recogido en el campo y trasladado al laboratorio, y fragmentos representativos de mortero de pega en tierra, correspondientes a la junta horizontal del mampuesto en estudio.

    Caracterizacin qumica en el laboratorio

    Para la caracterizacin qumica del adobe, el mortero de pega en tierra y el mortero de reves-timiento, se utilizaron los laboratorios y equipos de medida y anlisis del Departamento de Qumica de la Facultad de Ciencias Bsicas de la Pontificia Universidad Javeriana. Las secuencias grficas presentadas, registran los ensayos de caracteriza-cin qumica, y en estos, los procesos adelantados durante la fase experimental, con los cuales se obtuvieron los parmetros qumicos para este sistema constructivo.

    Anlisis cualitativo y cuantitativo de elementos qumicos presentes en muestras de materiales estructurales

    La determinacin de cada uno de los elementos qumicos existentes en las muestras del material estructural se realiz por medio del mtodo de espectrofotometra por absorcin atmica. Para estos anlisis fue necesario preparar patrones de dilucin de los componentes qumicos ms

    Figura 5: Capilla doctrinera de Tausa Vieja. Caracterizacin fsica de adobes y mortero de pega.Fotografa:Juan Carlos Rivera

    Figura 6:Caracterizacin mecnica, compresin sobre adobes.Fotografa:Juan Carlos Rivera

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    usuales en este tipo de materiales estructurales, los cuales fueron comparados con fracciones igualmente diluidas de cada una de las muestras analizadas (Figura 7). Los ensayos de compresin sobre muretes de composicin (adobe con mor-tero de pega), con deformacin controlada para

    la obtencin de la curva esfuerzo-deformacin, fueron realizados en el Laboratorio de Materiales de la Escuela Colombiana de Ingeniera (ECI). Caracterizacin en la Escuela Colombiana de Ingeniera: Ensayos de compresin sobre muretes de composicin de adobe con mortero de pega

    Se adopt el material de adobe utilizado durante la construccin de los muros en escala natural, muros construidos con fines de anlisis dinmi-co. Este material fue fabricado para el Grupo de Investigaciones en Materiales y. Estructuras (GRI-ME) en el municipio de Suesca (Cundinamarca). Desde all, fue trasladado hasta los patios del La-boratorio de Materiales de la ECI, donde continu su fraguado por ms de cuatro meses. Aunque el formato de la unidad bsica del mampuesto utilizado difiere de la unidad bsica existente en el caso de estudios anteriores, y en general, del existente en las edificaciones de carcter patri-monial, se busca tener un mampuesto sobre el cual se pueda obtener informacin para la cons-truccin de curvas de esfuerzodeformacin,

    Figura 7:Caracterizacin Qumica: Contenido de humedad,

    materia orgnica y elementos qumicos.

    Fotografa:Juan Carlos Rivera

    Capilla doctrinera de Tausa Vieja: Caracterizacin Fsica

    Caracteristica FsicaResultados promedio obtenidos

    Adobe (Unidades) Mortero de pega (Fragmentos)

    Contenido de Humedad 3.3% 3.22%

    Contenido de materia organica 4.8% 5.49%

    Peso especifico 1,77 t/m 1,83t/m

    pH 5 5.5

    Lmites de Consistencia

    Lmite liquido (LL) 44.0% 32.0%

    Lmite Plastico (LP) 25.0% 14.0%

    ndice Plastico (IP) 20.0% 17.0%

    Composicin granulomtrica

    Gravas 10.0% 6.0%

    Arenas 18.0% 50.0%

    Finos 72.0% 45.0%

    Clasificacin del suelo USC CL - arcillas inorgnicas de baja plasticidad

    AASHTO Suelo Limo Arcilloso - Grupo A-7

    Tabla 2Resultados de

    caracterizacin fsica para adobe en la

    capilla doctrinera de Tausa Vieja.

    Fuente:Juan Carlos Rivera

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    que contribuyan a determinar un mdulo elstico experimental de la mampostera en adobe; cons-tante que no se encontr relacionada en estudios de este tipo de material (Figura 8).

    Los muretes de prueba se realizaron en formato de tres hiladas de altura, con una uni-dad de adobe de planta. Tanto las unidades de adobe como el material del mortero de pega y el espesor del mismo fueron las mismas empleadas en la construccin del muro modelo. Durante la construccin de tres muros modelo se realizaron 14 muretes del formato indicado.

    FASE ANALTICA: RESULTADOS DE LA EXPERIMENTACIN

    Con la caracterizacin de los materiales estruc-turales se da un marco de referencia en cuanto a la calificacin y cuantificacin de las propiedades ms relevantes que de l se pueden deducir. Esta investigacin solo es una fraccin del estudio de los materiales y comportamiento estructural de las edificaciones patrimoniales en tierra. Por tanto, los resultados aqu registrados, aunque merecen confiabilidad, son una muestra discre-ta frente a tantos edificios de este carcter que se encuentran distribuidos en todo el territorio colombiano, construidos con materiales y tcni-cas similares.

    Resultados de la caracterizacin fsica

    Las propiedades fsicas del adobe y su mortero de pega estn referidas, en su mayora, a los en-sayos realizados en el laboratorio de suelos. Los resultados se encuentran agrupados en la Tabla 2. En general se puede destacar de esta etapa de caracterizacin que: El contenido de humedad natural es bajo.

    Es posible que sea debido al manejo de las muestras y probetas empleadas en los ensayos.

    El contenido de materia orgnica es mode-radamente superior a los datos indicados en fuentes consultadas y es consistente con el contenido aceptable.

    El anlisis de composicin granulomtrica revela una mayor tendencia a la composicin de suelos finos, quedando clasificados los suelos del caso de estudio como CL, arcillas inorgnicas de baja plasticidad.

    Se deduce, en general, que existe una correspondencia con el amplio rango de va-lores encontrados en estudios especficos so-bre este material. Sin embargo, debe tener en cuenta que este trabajo toca solo a un caso de estudio y no es apropiado generalizar todo un sistema constructivo, a partir de los resultados obtenidos.

    Figura 8: Caracterizacin mecnica en la ECI: compresin sobre muretes de adobe.Fotografa:Juan Carlos Rivera

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    Resultados de la caracterizacin mecni-ca: Las propiedades mecnicas de este material estructural, estn referidas en su mayora a los ensayos realizados en el laboratorio de materiales. Los resultados obtenidos para la etapa de carac-terizacin mecnica de materiales estructurales para el sistema de muros en tierra, se enmarcan en el rango de valores que est construido con datos de estudios de diferentes autores. Se observa en-tonces que la capacidad mecnica de este sistema constructivo es relativamente baja. Los ensayos de compresin simple sobre

    unidades de adobe que la resistencia para el material de este caso de estudio se asemejan a los resultados compilados de autores refe-rentes, particularmente, son cercanos a los de los casos de estudio en Bogot.

    En los ensayos de compresin sobre fragmen-tos de mortero de pega se obtienen valores por debajo de la resistencia de las probetas de adobe. Estos datos no son comprobables debido a que no se encontraron caracteriza-das situaciones de este tipo. Adems, estas han de ser revisadas con reserva debido a que, por la forma de extraccin de las muestras, no se logr obtener prismas de condiciones similares a las recomendadas en normas para morteros.

    A partir del ensayo de f lexin con cargas perpendiculares al plano se determin el m-dulo de rotura, que busca medir la capacidad de resistencia del mampuesto para cargas aplicadas que generan flexin en el sistema constructivo. Esta caracterstica muestra, nuevamente, valores muy bajos.

    Pese a lo anterior, las caractersticas mec-nicas, en buena parte, son las que condicionan el desempeo del sistema estructural ante condi-ciones dinmicas, por lo cual tambin se advier-te que un estudio sobre el mejoramiento de las caractersticas mecnicas es deseable. La Tabla 3 agrupa los resultados medios de la caracterizacin mecnica para el material estructural de la capilla doctrinera de Tausa Vieja.

    Resultados de la caracterizacin qumica:En las fuentes de autores referentes consultadas (Cely, 2001); (CIMOC, 2002); (Otazzi, 1998); (Var-gas, 1984) no hay ninguna mencin que tome en cuenta las propiedades o composicin qumica de los sistemas constructivos en adobe. Surge entonces la duda sobre la necesidad de caracte-rizacin de este tipo de propiedades. Sobre las propiedades evaluadas para la caracterizacin qumica se destaca que: Las distribuciones del contenido de hu-

    medad y de materia orgnica son muy ho-mogneas, lo que indica, para el caso de la humedad, que el conjunto de muestras y en general, todas las reas de estudio, estn bajo el mismo rgimen de humedad. Para el caso del contenido de materia orgnica, el resultado revela un valor moderado, es decir que existe poca agregacin de materia org-nica ajena al suelo de origen del material con el que se fabricaron las unidades bsicas y en ltimas, con el que se construy el sistema de mampuesto.

    De la etapa de obtencin del contenido por-centual de elementos qumicos se destaca

    Tabla 4Resultados de

    caracterizacin qumica para adobe en

    la Capilla Doctrinera de Tausa Vieja.

    Fuente:Juan Carlos Rivera

    Capilla doctrinera de Tausa Vieja: Caracterizacin Mecnica

    Caracterisitica mecnicaResultados promedio obtenidos

    Adobe(Unidades) Mortero de pega (Frangmentos)

    Resistencia a la compresin simple 3,04 MPa 2,08 MPa

    Resistencia a la flexin - Modulo de rotura 0,41 MPa

    Tabla 3Resultados de

    caracterizacin mecnica para adobe

    en la capilla doctrinera de Tausa Vieja.

    Fuente:Juan Carlos Rivera

    Resultados consolidados para propiedades evaluadas

    Caractersticas estudiada Nmero de ensayos Nmero de muestras Contenido promedio

    Contenido de humedad 28 28 11.62%

    Contenido de materia orgnica 28 28 0.41%

    Composicin por elementos qumicos

    Silicio - Si 17 65.90%

    Aluminio - AL 17 15.88%

    Hierro - Fe 17 4.75%

    Calcio - Ca 17 2.55%

    Sodio - Na 17 0.57%

    potasio - k 16 2.83%

    Magnesio - Mg 17 2.10%

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    que, siendo esta la fraccin de material predo-minante en la composicin granulomtrica de las muestras estudiadas, el contenido de slice y aluminio son los de mayor presencia. Los dems elementos qumicos analizados (hierro, calcio, sodio, potasio y magnesio) ocupan la fraccin restante, junto con otros elementos qumicos que comnmente no se analizan y que en general, tienen menor presencia en la naturaleza.

    Como se indic, la preexistencia de resul-tados sobre caracterizacin qumica para el adobe no tiene referentes, por tanto, los datos del contenido porcentual de ca-da elemento qumico presentes en el lote de muestras de adobe asumen un patrn aplicable para trabajos futuros que versen sobre el tema. Los datos obtenidos tambin son tiles como descriptores de composi-cin para un estudio ms profundo sobre la interaccin de estos con los componentes de materiales y nuevas tecnologas que se implementen para el reforzamiento de este sistema estructural.

    En la Tabla 4 se presentan los resultados obtenidos de caracterizacin del adobe en la en la Capilla Doctrinera de Tausa Vieja.

    METODOLOGA GUA PARA LA CARACTERIZACIN DE EDIFICACIONES EN TIERRA

    En gran parte el modelo metodolgico desarro-llado en este trabajo queda agrupado mediante una gua metodolgica diseada para que mues-tre la caracterizacin de un Bien Inmueble de inters Cultural (BIC) cuyo sistema constructivo y estructural bsico sea en tierra cruda y parti-cularmente, en adobe. Sin embargo deben poder incluirse, con algunas modificaciones mnimas, otros sistemas constructivos de bienes patrimo-niales. La informacin recopilada debe agruparse en funcin de la etapa en la cual se obtiene, pues as se da claridad al proceso metodolgico que se pretende plasmar en la gua. La gua debe mos-trar un proceso lgico, secuencial y cronolgico en la recopilacin de informacin y obtencin de resultados. Asimismo, permitir identificar las caractersticas tipolgicas del sistema construc-tivo y estructural del edificio, las condiciones existentes de su funcionamiento estructural y

    los agentes externos que actan como causas de posibles efectos sobre el sistema estructural, esto en la fase inicial del trabajo de campo.

    La Figura 9 muestra la Ficha Gua de Carac-terizacin de sistemas constructivos en tierra que define los aspectos a considerar en el proceso de obtencin de informacin para el conocimiento del sistema constructivo y estructural de los BIC. Cabe mencionar que al realizar la caracterizacin de inmuebles de carcter patrimonial consecu-tivamente, con tendencia hacia una tipologa especfica, se est consolidando el conocimiento que puede obtenerse de cierto tipo de edificacio-nes. Con el uso de la metodologa propuesta, no slo se recopila informacin relativa al material estructural estudiado durante el desarrollo de este trabajo, sino que adems se reconoce el sistema constructivo de la edificacin, informacin que resulta relevante para el anlisis del diagnstico del comportamiento y de la situacin estructural, as como otros valores de orden tcnico que con-tribuyen en la toma de decisiones para plantear medidas de rehabilitacin efectivas, o acciones consistentes con la realidad y el estado estruc-tural del edificio.

    CONCLUSIONES

    El uso del modelo metodolgico aqu propuesto contribuye a conformar una base de datos de caracterizacin que amplen el conocimiento de sistemas estructurales que utilicen la tierra como material estructural. A partir de la observacin de los resultados en

    las diferentes reas de caracterizacin estu-diadas, principalmente en la fsica y mecnica, se establece que es recurrente la alta fragi-lidad y, consecuentemente, la vulnerabilidad que presenta el sistema.

    Para los sistemas constructivos en tierra cruda, adobe y otras modalidades de estos, presentes en los BIC, particularmente en ar-quitectura religiosa (capillas doctrineras), es inminente el estudio de procedimientos de rehabilitacin que involucren tcnicas y mate-riales que mejoren las condiciones de su com-portamiento estructural ante los efectos de deterioro que generalmente los acompaan.

    El estudio de normas para el ensayo de es-te tipo de materiales, revela que el avance tecnolgico en tal sentido est orientado a la investigacin de materiales de utilizacin

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    masiva como el caso de unidades de arcilla cocida o bloques de concreto. Entre tanto, la normalizacin de los materiales bsicos de este sistema constructivo no se han realizado profundamente. Se entiende esta situacin debido a la poca utilizacin que como material estructural se le da al adobe actualmente, as como a las dems variables del sistema cons-tructivo en tierra cruda.

    La comparacin de los resultados entre los anlisis de caracterizacin y los de estudios de geotecnia dan luces de nuevas investiga-ciones para normalizar el estudio de sistemas constructivos en tierra, por lo menos en su caracterizacin fsica y conservadoramente en algunas de sus propiedades mecnicas. No obstante, se deber tener presente en cada caso caracterizado, las condiciones del posible suelo origen, en cuanto a las modificaciones en el entorno, situacin sta que no es fcil de obtener.

    Segn los aspectos que se han tratado en este estudio, se puede dar un concepto sobre el

    comportamiento estructural de los sistemas cons-tructivos en tierra as: Los materiales y elementos constitutivos del

    sistema participan tan activamente, como lo hacen los procesos para llevar a cabo el sis-tema en s, es decir las fases de fabricacin y construccin del mampuesto.

    Los factores externos o del entorno donde se encuentre el BIC construido en adobe, que lo afectan son funcin de la calidad de la ma-nufactura del sistema, es decir que un adobe fabricado con proporciones adecuadas de sus componentes granulomtricos y construido con buena calidad en la mano de obra, donde se hayan cuidado las trabas, los aparejados, espesores de pega y un calafateo homogneo. En general se puede deducir que son medi-bles las mismas condiciones que optimizan a un sistema de mampostera, pero guardando las proporciones de resistencia que posee el adobe y su mortero de pega.

    La composicin fsica del adobe est regulada por la presencia de los componentes granu-lomtricos bsicos, cuyas cuantas varan

    Figura 9: Ficha gua de

    caracterizacin para sistemas constructivos

    en tierra cruda.Fuente:

    Juan Carlos Rivera

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    an entre los mismos elementos del sistema constructivo de un mismo inmueble.

    Siempre estn asociados al sistema de mam-postera en adobe una serie de agentes de deterioro que indican una tendencia de la de-bilidad y fragilidad de este mampuesto; razn por la cual en su estudio se debe considerar, adems de los aspectos fsicos y mecnicos mostrados, el referente a la patologa estruc-tural que se presenten en el sistema.

    El estudio de estructuras de este tipo, se debe realizar, mediante el anlisis de la evolucin del dao; es decir que a partir del momento de aparicin del deterioro estructural se pueden comparar las propiedades mecnicas de los materiales estructurales para verificar cual es el nivel de degrado de la estructura y con ello deducir la condicin de seguridad que con-tinu presente o en el caso ms desfavorable la prdida de sta.

    Se pudo concluir que los de los ensayos a compresin sobre muretes para la obtencin de Mdulos de Elasticidad en el adobe resultados son bajos comparados con el rango inferior de los da-tos consolidados para estudios agrupados en esta investigacin. Lo anterior posiblemente est oca-

    sionado, por tratarse de ensayos sobre probetas construidas con adobes jvenes o de fabricacin muy reciente, los cuales fueron cotejados con los resultados encontrados en los artculos compila-dos de diferentes autores.

    Estos resultados, permiten inferir que el periodo de exposicin y de consolidacin luego de la construccin del mampuesto en adobe es importante para la ganancia de resistencia a la compresin, dado que por tratarse de una gran masa en estado seudo hmedo se contina de alguna manera un proceso de compactacin del material que compone al adobe, as como al mortero de pega que une las unidades bsicas de esta mampostera

    IMPLICACIONES DEL ESTUDIO

    A partir de este trabajo surgen inquietudes ta-les como cual es el tratamiento de intervencin permisible y exigible para los BIC presentes en nuestro territorio.

    No se puede olvidar que poco ms del 80% del territorio colombiano se encuentra edificado sobre zonas de amenaza ssmica alta e intermedia (ah se encuentran nuestros monumentos), don-de la seguridad estructural de las edificaciones

    Figura 10: Ficha de caracterizacin de la Capilla doctrinera de Tausa Vieja, Cundinamarca.Fuente:Juan Carlos Rivera

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    construidas en tierra es inaplazable y ms an la del tipo de edificaciones que nos ocupa, toda vez que en ellos se convoca a los grupos sociales de sus municipios y localidades.

    Existe entonces una doble responsabilidad frente a la salvaguarda de los monumentos, ambas de primer orden: una primera, la de preservar la materialidad de la estructura edilicia por contener los valores arquitectnicos e histricos que estas conllevan, y otra primera la de salvaguardar la vida de los ciudadanos que las utilizan.

    Frente a esta doble responsabilidad se cues-tiona: La metodologa actual que se sigue en el estudio y anlisis estructural para edificaciones patrimoniales es la acertada? Las tcnicas y procedimientos de rehabilitacin que se realizan son compatibles con este tipo de sistema cons-tructivo? Se les hace un seguimiento a las inter-venciones que se les realizan a las edificaciones patrimoniales?, y en particular, se verifica el nivel de acierto que una u otra tcnica de intervencin tiene con respecto al sistema constructivo y es-tructural del bien inmueble en cuestin?

    Una sencilla reflexin sobre los cuestiona-mientos planteados deja ver de manera optimista, cunto hay por estudiar y profundizar en esta ma-teria para que la actuacin respetuosa y acertada sobre bienes patrimoniales sea la que deba ser, con la seguridad de no estar alterando sus valo-res estticos y funcionales y de estarle aportando condiciones que mejoren el desempeo integral del conjunto y que cumplan con los preceptos mencionados en el mbito de su comportamiento estructural.

    Referencias

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