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Durante el experimento se tuvo especial cuidado con el techo, que es semielíptico en la dirección transversal y horizontal en la dirección longitudinal.

En principio, el grupo enfocó su trabajo en el diseño y la construcción de diferentes tipos de edificios, puentes y pequeñas presas de ferrocemento, con estructura monolítica. 6 Ya con más conocimiento y experiencia emprendió el análisis teórico y la construcción de grandes edificios. 7 Los trabajos se iniciaron midiendo las características mecánicas del ferrocemento.

A continuación, se hizo un techo de 40 mm de espesor, con diferentes áreas del mortero reforzado con combinaciones variadas de alambre hexagonal galvanizado, malla electrosoldada y hoja de metal expandida.

Sus características mecánicas fueron cuidadosamente estudiadas bajo carga concentrada, carga distribuida e impactos,5 y se llegó a las siguientes conclusiones:

La malla electrosoldada con hojas de metal expandido por un lado y la malla hexagonal galvanizada por el otro proporcionan el refuerzo adecuado para la construcción de edificios. · Pero este “sandwich”, por sí solo, carece de rigidez y, por lo tanto, se tiene que hacer un esqueleto de la forma y el tamaño requeridos, con varillas de acero de refuerzo formando cuadrados de aproximadamente 0.90 m en cada lado.
Las varillas se deben anclar firmemente en el cimiento y amarrar con alambre de acero en los puntos donde se intersectan.
No se requiere cimbra Una vez obtenidos estos resultados, la conciencia social llevó a extender el campo de interés a las escuelas oaxaqueñas, una de las regiones más pobres de México, donde la tasa de analfabetismo de las mujeres maduras en algunas áreas rurales oscila entre 25 y 60 por ciento.

En la región montañosa occidental de México se localiza un gran número de comunidades pequeñas a las que sólo se puede llegar a pie, lo que encarece el transporte de los materiales convencionales de construcción y repercute de manera importante en el costo de la educación.

Por lo anterior, no es raro encontrar que la población local se organice para impartir la instrucción primaria bajo la sombra de un árbol o en un salón hecho de palos, hojas de metal o de asfalto. Está por demás mencionar que son instalaciones totalmente inadecuadas.

Estas circunstancias motivaron al grupo a pensar en el proyecto de construir un edificio experimental en el que los investigadores pudieran observar y mejorar las escuelas, y proponer un prototipo que cumpliera con los requisitos básicos de confort y funcionalidad, simplicidad en su construcción, resistencia, durabilidad y economía de los materiales. Así se presentó ante el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) el proyecto para una escuela que consta de un salón de clases para 40 estudiantes, un laboratorio, un espacio de usos múltiples y servicios sanitarios.

La costa mexicana del Pacífico y una gran superficie del continente americano, desde Alaska hasta Chile, está sujeta a frecuentes sismos, a los huracanes y a las tormentas de granizo. A lo anterior, los países del sur de esta región suman la pobreza y las rudimentarias comunicaciones por tierra. En tales circunstancias, se decidió por un edificio monolítico para aprovechar las cualidades de una extraordinaria resistencia,8, 9 y se eligió el ferrocemento, no sólo por lo económico sino porque sus insumos pueden transportarse a lomo de mula.

Se diseñó un salón de clases único con ferrocemento de 40 mm de espesor con muros verticales (figura 1) y se determinó que un techo plano no sostendría su propio peso en un claro de 8 m, por lo que se pensó en principio en una cubierta semicilíndrica, cuya geometría, si bien garantiza la resistencia necesaria, también incrementaría innecesariamente la altura del edificio. Buscando la mejor solución, se analizó en computadora un modelo elíptico cuya geometría hace que el techo sea autosustentable –por lo que no requiere vigas de apoyo– y cuyo punto más alto con respecto a la horizontal se calculó en función de la resistencia requerida. Una ventaja adicional que se observó de esta forma es que el peso del techo se aplica a lo largo del plano de los muros, de modo que ninguna fuerza los empuja fuera de su posición vertical. Así pues, se diseñaron nervaduras verticales exteriores para reforzar los muros y para enmarcar las puertas y ventanas.

Algunas de estas nervaduras verticales se continuaron en la parte superior de la cubierta para soportar un techo de sombra (figura 2). El ferrocemento tiene muchas ventajas, pero no es un buen aislante del calor, por lo que se diseñó un techo de sombra económico –puede ser de paja, teja, tejamanil u otro material que pueda conseguirse en la región– a fin de lograr un espacio de trabajo confortable, especialmente en las tierras bajas, en donde el sol puede elevar la temperatura dentro de las construcciones por encima de los 40 °C. Los salones se proyectaron de 6 x 8 m, siguiendo las dimensiones sugeridas por el Comité Administrador del Programa Federal de Escuelas (CAPFCE), la agencia gubernamental que durante muchas décadas ha tenido la responsabilidad de construir escuelas en México con diseños y materiales convencionales. Junto al salón de clases, y dejando un espacio vacío para el aislamiento del sonido, se planeó un laboratorio.

Debido a la ligereza de la construcción, se hicieron cimientos simples y de baja profundidad sobre una capa de concreto pobre vertido en el fondo de las zanjas en las que, si bien las dimensiones variaban de acuerdo con las características del terreno, no superaron los 0.30 m de profundidad por 0.50 m de ancho. La parte superior de la capa de concreto pobre se pintó con alquitrán con el fin de evitar que la humedad de los muros penetrara en el mortero y oxidara el acero refuerzo. Una vez que hubo fraguado el mortero, se colocaron varillas de acero de 3/8”, espaciadas a intervalos de 0.90 m en la zanja, y se soldaron paneles de malla electrosoldada (figura 3). Previamente, se había fijado en el exterior de la malla electrosoldada una malla de alambre hexagonal, y en el interior, metal expandido.

La rigidez de este refuerzo le permitió permanecer vertical, soportada únicamente por postes empotrados en el suelo. Después que éstos se colocaron en la zanja, se preparó concreto con 1:2:3 de cemento, arena y grava, y 0.4 de agua. Tanto el concreto como el mortero en su momento, fueron compactados con herramientas manuales de madera, en vez de vibración, ya que este prototipo tenía que ser reproducido en comunidades pobres y aisladas en donde probablemente no llega aún la electricidad. Las nervaduras de refuerzo de puertas y ventanas de 1.50 x 0.50 m se hicieron con los mismos materiales de refuerzo utilizados en las paredes y a su vez se reforzaron con varillas de 3/8” (figura 2), con lo que se incrementó la rigidez del edificio. Los ductos de electricidad y los tubos de agua y drenaje se anclaron a la estructura antes de aplicar el mortero.

A continuación se aplicó una primera capa áspera exterior de mortero –1:3:0.4 de cemento, arena y agua–, y dos días después se hizo la capa interior, de acabado liso, y se procedió a humedecer ligeramente el muro exterior para lograr una mejor adherencia de la capa final. Se aplicó mortero a la estructura de las nervaduras de refuerzo al mismo tiempo que los muros, y una vez más se compactó a mano. Para hacer el curado de toda la estructura, se sugirió mantenerla húmeda por un periodo de una semana a diez días. A fin de evitar un secado rápido, se colocaron sobre el techo sacos vacíos de cemento empapados en agua. El curado del ferrocemento es particularmente importante debido a que se tiene una gran superficie y poco volumen. Cuando los muros adquirieron la resistencia adecuada, se quitaron los postes de madera de las esquinas y se procedió a la aplicación del mortero. Las varillas se levantan desde los cimientos, recorren verticalmente el muro hasta su límite superior, donde se doblan hacia adentro para formar el forro del techo. Para formar una parrilla similar a la de los muros, se amarraron tres varillas de acero del mismo diámetro a lo largo de las que venían desde los cimientos. Así, la parrilla toma la forma semielíptica deseada e incrementa la resistencia del techo. En vez de los moldes, se colocaron tablas angostas a la altura e intervalos adecuados para lograr la curvatura deseada.

Estas tablas estaban soportadas por puntales que pudieron haber sido hechos simplemente de madera, pero en este caso, puesto que se volverían a usar y se necesitaban longitudes diferentes, valió la pena invertir en dos tamaños de tubos cuadrados de hojas de metal delgado, de modo que una mitad se ajustaba dentro de la otra telescópicamente. Se hicieron agujeros en el tubo inferior, de modo que un clavo resistente sirviera como una clavija para ajustar el tubo superior a la altura deseada para facilitar el trabajo. Tanto las varillas de acero como la malla electrosoldada usados en los muros se dejaron el tiempo suficiente para ser doblados a fin de reforzar el techo, de tal modo que el edificio es literalmente una sola estructura hecha con los mismos materiales que se juntan en el centro del techo. La malla se fijó firmemente a las varillas de refuerzo que van alrededor de la parte superior de los muros por encima de las ventanas y puertas hasta la parrilla. Entonces se aplicó una capa de mortero a la superficie exterior del techo

. El metal expandido que se fijó en la cara interior de la malla electrosoldada pudo retener una buena cantidad de mortero, ya que sus agujeros fueron más pequeños que los de la malla hexagonal. Sin embargo, se colocó una gran hoja de metal en el piso para recibir el mortero que pasó a través del metal expandido, y este material fue usado nuevamente antes de que fraguara. Luego, con la capa exterior razonablemente fresca, se aplicó mortero en la cara interior del techo de todo un cuarto completo en un solo día, de modo que las dos capas se adhirieron muy bien. Después de aproximadamente dos semanas, se quitaron la mayoría de los puntales y se aplicó el mortero en el lado interior del techo. La cuarta parte de los puntales se dejaron en posiciones clave por los 28 días usuales. Aunque un techo de ferrocemento bien hecho debe ser impermeable al agua, se cubrió con asfalto y arena fina como una precaución adicional. En el techo, los lados más bajos de las nervaduras siguieron una forma semielíptica, y sus lados superiores eran rectos hasta el vértice, en donde se encontraron y reforzaron una viga delgada longitudinal de ferrocemento. En esta estructura se aseguraron vigas de madera de 40 x 20 mm para soportar un techo superior que colgaba por los muros aproximadamente un metro, protegiendo el edificio contra los excesivos rayos del sol y de la lluvia (figura 4).

En regiones de alta radiación solar, este techo de sombra mantiene una temperatura agradable durante la parte más calurosa del día. Se dejó un espacio razonable, de no menos de 100 mm entre el techo de ferrocemento y el techo de sombra, para proporcionar aislamiento del aire que se renueva continuamente, ya que está abierto por los cuatro lados. En este caso, se usaron hojas comerciales, delgadas y económicas, de cemento reforzado con fibras. Su color ladrillo armonizaba con los techos de teja locales. El acabado final de los muros exteriores se dio con pintura de esmalte para evitar la corrosión del acero de refuerzo. Los pisos se hicieron de concreto pulido. El laboratorio se equipó con un lavabo con agua y drenaje, y un mostrador de azulejo para un quemador de gas o un anillo eléctrico para calentar sustancias. Se hizo una instalación eléctrica separada con su propio interruptor para conectar el aparato independientemente de la luz. A fin de facilitar alteraciones futuras, las instalaciones eléctricas y de agua no quedaron ocultas dentro de los muros. La arquitectura del edificio armoniza con las construcciones del sur de México.

El método de construcción es simple, cualquier albañil o voluntario puede familiarizarse con este sistema en una semana y los asistentes pueden ayudar útilmente en tres días. Sin embargo, es esencial contar con una supervisión regular. Es bien sabido que un prototipo cuesta más que producir varios edificios similares. Sin embargo, se debe mencionar que, debido al carácter experimental de la construcción, la mano de obra de los profesionales involucrados en el diseño y la dirección no representó erogación alguna, ni se hicieron gastos en experimentos previos que condujeran al prototipo tomado en consideración.

El costo de una construcción depende en gran medida de su ubicación,10 ya que la distancia y los caminos de difícil acceso repercuten sensiblemente en el precio de los materiales. El hecho de que con el ferrocemento sólo se necesite transportar solamente una fracción de los mismos aporta una ventaja más al sistema experimental. Otra ventaja económica son los cimientos simples y poco profundos que se necesitan, incluso –dependiendo de las condiciones del terreno– el edificio puede hacerse sobre una losa de concreto reforzado, siempre y cuando se tomen las precauciones adecuadas para evitar que pase la humedad del suelo. Instalaciones adecuadas

Se registraron las temperaturas dentro del salón de clases, a diferentes distancias del techo de ferrocemento, antes de que se instalara el techo superior. Se encontró que la temperatura de 38.5 °C en la superficie exterior del techo fue casi la misma que en la superficie interior, pero descendía con la distancia hasta que llegó a bajar a 30 °C cerca del piso (figura 4). Cuando se instaló el techo superior, la fuente principal de calor se había cambiado del techo a los muros y las ventanas.

La temperatura interior fue entonces de aproximadamente 28 °C, medida a más o menos 0.2 m desde los muros y el techo, es decir, varios grados menos que sin el techo superior. Debe hacerse notar que el techo superior de cemento reforzado con fibra delgado, comercial y con ondulaciones, por sí mismo no proporciona aislamiento contra el calor. La reducción de la temperatura se debió al efecto aislante del aire entre el techo superior y el edificio que, como se mencionó antes, circula libremente en un espacio no confinado. Debe destacarse que la hora del día y la temperatura exterior (alrededor de 28 °C) fueron casi las mismas cuando se llevaron a cabo ambos experimentos.

El techo superior no solamente bajó la temperatura interior, sino que también la estabilizó razonablemente durante las horas de clase, lo que es importante en regiones de alta radiación solar cuando el edificio puede usarse tanto en la mañana como en la tarde. También se midió la humedad relativa con o sin el techo de sombra. Con un valor de 59% afuera, fue de 56% dentro del salón de clases sin el techo superior, y de 51% cuando se había agregado. Como era de esperarse, la humedad relativa cambió poco porque depende del clima a la hora de las mediciones. Se estudiaron las características mecánicas aplicando una carga distribuida de 200 kg/m2 y una carga concentrada de 195 kg en una superficie de 2.4 cm2.

Se midió la deformación, así como también la recuperación 20 minutos después de removerse la carga. Como resultado de este experimento, se llegó a la conclusión de que estas cargas estaban produciendo deformación elástica y que un albañil con un peso de 80 kg que llevara 30 kg de concreto podía caminar sobre el techo sin ocasionar ningún daño. Se realizaron pruebas de resistencia a impacto tanto en el techo como en los muros. En el techo, se dejó caer una esfera de acero de 5 kg tres veces, empezando a una altura de 0.2 m e incrementándola en intervalos de 0.2 m hasta una altura máxima de 1.4 m. Se observó cuidadosamente el daño después de cada impacto.

La energía total acumulada en un solo punto por todos los impactos fue de 821.6 newtons-metros, y se observó un daño de aproximadamente 10 mm de profundidad. Se realizó un experimento similar en los muros con la misma esfera de acero, pero usando un péndulo simple para golpear el muro con una energía del mismo orden que el impacto en el techo. En una prueba independiente se comparó el efecto del impacto entre una hoja de ferrocemento y una hoja ondulada de asbesto-cemento. Se llegó a la conclusión de que el ferrocemento era tres veces más resistente.