Vivienda de acero sismorresistente y sustentable

Fuente: Héctor Soto Rodríguez/ Director general del Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil.

El objetivo de este artículo es presentar un prototipo de vivienda innovador en acero digno y, predominantemente sismorresistente y sustentable con el menor impacto negativo en el medio ambiente.

El prototipo de vivienda que aquí se presenta está basado en criterios de sustentabilidad y desarrollos tecnológicos de vanguardia (estructura de acero innovadora, fuentes de energía renovables y uso eficiente de los recursos naturales); se busca que sirva de modelo para las comunidades de escasos recursos de nuestro país, principalmente del medio rural, y que al mismo tiempo sea un recinto familiar de protección contra los desastres naturales, principalmente sismos intensos que cada vez son más frecuentes en México y que ocasionan pérdidas de vidas humanas y cuantiosos daños materiales. La vivienda que se propone debe ser capaz de aprovechar los recursos de la naturaleza y adaptarse al entorno natural empleando materiales ecológicos y técnicas alternativas para disminuir el consumo de energía y afectar mínimamente al medio ambiente.

Los antecedentes principales de este proyecto son los siguientes:

  • Los graves daños ocasionados en el oriente del estado de Michoacán en el año 2010 por lluvias atípicas. El resultado que arrojó este desastre natural fue que siete municipios quedaron devastados, y su infraestructura urbana, afectada severamente.
  • La competencia mundial de energía e innovación más grande del mundo, Solar Decathlon, que organizó el Departamento de Energía de Estados Unidos en Cali, Colombia, en el año 2015. Este evento ya se realizó anteriormente en China y Europa con gran éxito.
  • La pérdida de vidas humanas y los daños cuantiosos luego de los sismos del 7 y 19 de septiembre de 2017. Se estima que la reconstrucción costará alrededor de 2 mil millones de dólares. Más de 150 mil viviendas resultaron severamente dañadas; 250 mil personas perdieron su hogar; 150 monumentos históricos y más de 60 templos sufrieron afectaciones. El monto para reconstruir y reparar viviendas dañadas se estima en 16,500 mdp.
  • A más de ocho meses de haber acontecido los sismos que produjeron un número elevado de víctimas fatales humanas y gran destrucción en Chiapas, Estado de México, Morelos, Oaxaca y Puebla (septiembre de 2017), prevalece la opinión y el sentir de los damnificados de numerosas poblaciones afectadas en los cinco estados indicados de que hasta el momento las instancias de gobierno en escalas federal y estatal no han propuesto una solución integral para resolver el problema de la vivienda vulnerable en zonas de alta sismicidad.
  • A diferencia de los sistemas estructurales constructivos tradicionales, que requieren mano de obra de albañilería abundante, sencillo, versátil, de gran rapidez constructiva, relativamente económico y de grata apariencia, por lo que los resultados esperados a mediano plazo se consideran satisfactorios.

Requisitos generales de la vivienda propuesta
El proyecto de vivienda sustentable y sismorresistente se basa en los siguientes requisitos arquitectónicos, ingenieriles (ingeniería altruista) y de sustentabilidad: funcionalidad, habitabilidad, higiene, comodidad, construcción, costo razonable, factibilidad, innovación, consumo energético eficiente, conciencia social y respeto al medio ambiente.

Se pretende mejorar la calidad de la vivienda para que tenga un carácter digno y decoroso, que sea estructuralmente segura contra los efectos de los desastres naturales. Luego de algunas visitas realizadas a varios estados de la República mexicana, especialmente en la costa sur del Pacífico, se pudo constatar que la mayoría de las viviendas están construidas con materiales precarios y con procedimientos constructivos inapropiados, lo cual les imprime un nivel de seguridad muy bajo contra los efectos sísmicos y otros desastres de naturaleza eólica.

Consecuentemente, este tipo de vivienda y sus usuarios son altamente vulnerables a una gran variedad de desastres. El costo de la atención de los desastres naturales en estas entidades es muy elevado para el gobierno federal.

El sistema propuesto constituye una mejora en la construcción de vivienda rural y respeto al medio ambiente con la innovación, tecnología de vanguardia, diseño estructural y aplicación de la ingeniería civil asociada a los principios fundamentales de la sustentabilidad. En este sentido, la idea es que debe haber un balance dinámico entre el ser humano y la naturaleza.

Las condicionantes que se consideraron en el proyecto son: ubicación geográfica, zona sísmica, zona eólica, orientación, uso de materiales sustentables, eficiencia energética, energía renovable y eficiencia del agua, e iluminación interior.

Características generales de la cimentación y de la estructura
La cimentación se resolvió con zapatas aisladas de concreto reforzado de 70 × 70 cm de lado y 15 cm de peralte, con dado de concreto de 25 × 25 cm para recibir columnas de acero HSS. La profundidad de desplante es de aproximadamente 1.20 m, dependiendo de las características del suelo.

El sistema de piso elevado se diseñó intencionalmente como tal, ya que una premisa era que la estructura no tuviese contacto con el terreno natural para evitar posibles inundaciones derivadas de lluvias intensas. Es a base de vigueta y bovedilla, constituido por un conjunto de viguetas pretensadas que soportan bovedillas de barro de 80 × 24 × 9 de 63.2 kg/m2, sobre las cuales se cuela una capa de compresión de 5 cm de grueso, armada con malla electrosoldada 6 × 6 – 8/8.

A diferencia de los sistemas estructurales constructivos tradicionales, que requieren mano de obra de albañilería abundante, el sistema constructivo de la vivienda de acero sustentable y sismorresistente es absolutamente prefabricado, sencillo, versátil, de gran rapidez constructiva, relativamente económico y de grata apariencia, por lo que los resultados esperados a mediano plazo se consideran satisfactorios.

En este proyecto las cargas muertas se reducen considerablemente, por la utilización de materiales sustentables ligeros, de espesores mínimos. La carga muerta total es de 90 kg/m2. La carga viva también se reduce de manera importante al proyectar cubiertas con pendientes mayores al 5%: CV = 40 kg/m2.

La estructura de acero es modular, totalmente prefabricada; se arma y monta en campo sobre el piso elevado o flotado, con un número mínimo de personas. Es ligera y de alta eficiencia estructural. Está constituida por un conjunto de marcos rígidos ortogonales: las columnas y trabes son secciones estructurales huecas HSS de acero ASTM A500 Grado B (NMX-B-199, Grado B), con Fy = 3,235 kg/cm2 (315 MPa, 46 ksi): columnas HSS de sección cuadrada hueca de 127 × 10.0 mm (5 × 3⁄8 pulg) y las trabes son de sección rectangular HSS de 4 × 6 × ½ pulg (102 × 152 × 12.7 mm).

Los sistemas de cubierta consisten en largueros a base de canales ESJ CFormed (largueros formados en frío) 10C3512 de 9.58 kg/m; el número 10 (254 mm) representa el peralte del perfil en pulgadas, “C” significa canal, 35 es la base, igual a 3.5 pulg, que corresponde a 89 mm, y 12 es el calibre de la lámina, igual a 2.7 mm. El sistema de largueros soporta una lámina ligera de textura lisa, color rojo Janitzio, de 6 kg/m2 de peso.

Todas las conexiones entre trabes y columnas, largueros y vigas principales son atornilladas. No se requiere soldadura de campo (criterio de diseño japonés). Las conexiones son del tipo end plate 4S (conexión con placa extrema extendida). La placa transmite a la columna los momentos flexionantes de la trabe y viene soldada de taller en los extremos de las
vigas.

Las ventajas de este tipo de conexión trabe-columna se resumen en facilidad y ahorro en los tiempos de montaje, necesidad de una fabricación de buena calidad, ya que las holguras son reducidas, y disminución de los riesgos climáticos que se contraindican en los procesos de soldadura.

Los muros exteriores y algunos interiores son divisorios, de tabique de barro industrializado 6/12.

Algunos muros interiores son a base de panel arquitectónico calibre 22, color gris, que incluyen una membrana acústica y térmica. Otros muros divisorios son de 72.3 kg/m2 de peso propio sin recubrimientos. Los pisos son de barro rústico de 24 × 24 cm.

El área total de construcción es de aproximadamente 60 m2. La vivienda consta de sala-comedor, tres recámaras, un estudio y baño principal.

En una segunda etapa de investigación se utilizarán materiales alternos como el tereftalato de polietileno (PET), madera tratada, tabiques fabricados con desechos mineros, polímeros, materiales compuestos, fibras naturales (coco, algodón, caña, bambú, agave, trigo, aserrín, etc.), bioblock (arcilla natural), termoarcilla, sudorita (concreto y corcho), adobe (arcilla y paja o murciélago de nopal o sábila), bloque de tierra comprimida, celenit (placas de viruta aglutinada con cemento) y geotextiles (fibras de polipropileno).

Con miras a ello, se requiere mayor inversión económica para construir un pequeño laboratorio de materiales y una planta piloto.

Conclusiones generales
Nuestro país, por su ubicación geográfica y otras condiciones especiales, es particularmente vulnerable a fenómenos y desastres naturales, por lo que debe contar con medidas preventivas eficientes para reducir cualquier riesgo que afecte la integridad de la población.

En virtud de las tendencias actuales y futuras hacia una mejor calidad de vida de la sociedad en general, ante el deterioro del medio ambiente, hoy en día se está forzando un cambio de mentalidad en la población hacia la sustentabilidad, que es el futuro inminente de México, por lo que se considera que los resultados de este proyecto serán satisfactorios.

Construir en acero es aplicar con responsabilidad y tecnología de vanguardia un sistema racional, eficiente y sustentable en arquitectura contemporánea que solamente puede ser satisfactorio con la participación estrecha y simultánea del arquitecto y del ingeniero estructurista con un sentido de armoniosa colaboración, responsabilidad y respeto al medio ambiente

Agradecimientos
El autor agradece profundamente a las siguientes empresas líderes en el mercado nacional en la fabricación de diversos productos de acero estructural y de barro industrializado por su valioso apoyo en la primera fase de construcción del primer prototipo de vivienda sismorresistente y sustentable en México: PROLAMNSA, ESJ, PREMET, NOVACERAMIC y DEACERO. Se invita a empresas productoras de materiales complementarios, equipos especiales para el manejo de aguas residuales y captación de energía solar y de acabados complementarios para la vivienda sustentable a sumarse a este proyecto.

A la Asociación de Ingenieros Civiles Estructuristas de Guanajuato: Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega, Adolfo Mota Ochoa, Fernando Sánchez Carriles, Abelino Vázquez Razo.

Se invita a los lectores a la primera Reunión Nacional de Vivienda Sustentable y Sismorresistente, que se realizará los días 5 al 7 de diciembre de 2018, organizada por el Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil, conjuntamente con la Escuela Nacional de Estudios Superiores, Unidad Morelia.

Estimado lector, éste y otros artículos de interés los podrá encontrar en la Revista Mexicana de la Construcción No. 634 Julio-Agosto 2018

2018-10-11T16:34:46+00:00septiembre 1st, 2018|Revista Mexicana de la Construcción|