This article is part of Ungreen, a series curated by Hidden Architecture where we attempt to create a resistance against some of the dogmas assimilated within contemporary discourse that sustainable architecture has to be “green”. We want to recover the ancestral knowledge that was shared among generations throughout history of humanity and defines how urban settlements have adapted to its weather conditions.This knowledge, inherent to vernacular architecture has been often used by modern or contemporary architectural practices to create new techniques or construction systems.

Este artículo es parte de Ungreen, una serie comisariada por Hidden Architecture donde tratamos de crear una resistencia contra algunos  de los dogmas  asimilados en el discurso actual que claman que la arquitectura sostenible tiene que ser verde. Queremos recuperar el conocimiento ancestral que ha sido heredado a través de generaciones a lo largo de la historia de la humanidad y que define como los asentamientos urbanos se han ido adaptando a sus condiciones climáticas. Este conocimiento, manifestado en la arquitectura vernácula se ha filtrado en ocasiones a prácticas arquitectónicas modernas o contemporáneas, evolucionado hacia nuevas técnicas o sistemas constructivos

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Region: Andalucia, Spain (among many other regions)

Example: Limestone Quarry of Morón de la Frontera

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Where can we find a better balance, sense of order, knowledge about material and powerful expression as in these anonymous constructions of humble houses, small farmhouses or crowded churches? They have the experience of entire generations where the value of work is summarized to the simple and the real, what is possible and necessary. In its world of creation, the “anonymous worker” has limited his knowledge and capacities. Spontaneous architecture just follows the law of reality, empiric improved elements through centuries and in contact with nature.

¿Dónde se puede encontrar mayor equilibrio, sentido del orden, conocimiento del material, potencia de expresión, como en estas anónimas construcciones, de modestas casas, pequeños cortijos o apretadas iglesias? Reside en ellas el oficio y conocimiento de generaciones enteras, donde el valor del trabajo está reducido a lo simple y verdadero, aquel lo que es posible y necesario. En su mundo de creación, el “constructor anónimo” tiene acotadas las posibilidades de sus conocimientos y delimitadas sus capacidades. La arquitectura espontánea sólo sigue las leyes de la realidad, elementos perfeccionados empíricamente a través de siglos, en contacto con el desarrollo de la Naturaleza.

Popular feeling is translated into architecture, weather is a factor that conditions a way of living, a game of light to escape from sunlight, the reality of a room has its foundation in the  space enclosed by a roof and walls. The economy of expressive resources, the architect is the anonymous translator of a form of living, full of necessities in a design that fills the needs and, at the same time, is full of beauty.

El sentimiento popular hecho arquitectura, el clima como factor que condiciona una forma de vida, un juego de luces para huir de la luz, la realidad de una habitación tiene su fundamento en el espacio cerrado por tejado y paredes. Economía de medios expresivos, el arquitecto, intérprete anónimo de una forma de vida, llena las necesidades en un diseño que cumple su función y al mismo tiempo está lleno de belleza.

Alba, Antonio F. (Ed). (1962). ‘Revista Arquitectura 1962 nº 46. Extract from page 6 to 22. (English Translation by Hidden Architecture.)

Lime, used in vernacular architecture during thousands of years in many regions of the world anonymously, is a sustainable material in all its phases. Unlike other constructive techniques that have an ecological behavior once they are built, lime needs to be analyzed from the extraction of the  quarry  to the end of its lifespan because it has an low energy consumption in all its phases. Moreover, it offers a wide range of constructive solutions including insulation, natural waterproofing, transpiration and the possibility of having a wide range of colors using natural pigments.

La cal, usada en la arquitectura vernácula durante miles de años en muchas regiones del mundo de manera anónima, es un material sostenible en todas sus fases. A diferencia de otras técnicas constructivas que responden de forma ecológica una vez puesta en obra, la cal tiene que ser analizada desde su extracción en la cantera hasta el final de su vida útil ya que responde en todas sus fases con un bajo consumo energético. Asimismo, ofrece unas prestaciones constructivas muy amplias entre las que destacan el aislamiento, control térmico, impermeabilidad natural, transpiración o la posibilidad de obtener una amplia paleta de colores mediante el uso de pigmentos naturales.

This essays, within the series UNGREEN, attempts to offer a wide approach to lime as a construction material focusing on its fabrication and execution as well as explaining its constructive results. We are using as a starting point the essay by Antonio F. Alba at COAM magazine and different papers of Maria Dolores Robador Gonzalez related to lime. To illustrate the article, we are showing images of vernacular architecture made with lime in Andalucia (south of Spain) and the lime quarry of Moron de la Frontera (Spain) where lime is fabricated using traditional techniques. In order to understand its process entirely, we are dividing the essays with the following chapters: Mining and fabrication; construction on site; durability, thermal properties and recycling.

Este artículo, dentro de la serie UNGREEN, pretende ofrecer una amplia perspectiva de la cal como material para la construcción, haciendo especial énfasis en su fabricación y puesta en obra. Usando como punto de partida el artículo de Antonio F. Alba en la revista COAM así como los distintas publicaciones de María Dolores Robador González relacionadas con la cal, usaremos como referencia la arquitectura vernácula en cal en Andalucía (sur de España) y la cantera de Cal de Morón de la Frontera donde la cal se produce de un modo artesanal. Para ofrecer una visión global del material dividiremos esté articulo en las siguientes secciones: extracción y fabricación; ejecución en obra; y durabilidad; propiedades térmicas y reciclaje.

MINING AND FABRICATION | EXTRACCIÓN Y FABRICACIÓN

The raw material to obtain lime comes from an open air limestone quarry. Once, the limestone is extracted in medium size stones, the limestone is baked in a large size stone oven.

La materia prima para obtener cal se obtiene de canteras a cielo abierto de piedra caliza. Una vez extraída caliza pura en forma de piedras de tamaño medio se procede al horneado de la misma en hornos de piedra.

Cal de Moron Quarry

These ovens are located in the same quarry the stones are extracted and it saves transportation costs during the fabrication of material. The ovens, 7 meters of diameter, are partially buried in the ground and surrounded by a layer of stones and mud. The skilled worker that fabricates the lime, chooses the stones manually to obtain the best quality lime. The stones stands about six meters above the ground and are covered by a layer of mud. There is a central space to be able to light the fire. The lime stones are baked at 1000 degrees to obtain quicklime. This is 500 degrees than other materials such as cement (that has to be baked 1500 degrees), saving a considerable amount of energy costs. The formula to get lime is the following:

CACO3 (pure limestone)     +     Heat          =        CACO (quicklime)     +      CO2

Estos hornos están localizados en las mismas canteras ahorrando costes de transporte en la fabricación del material. Son de unos 7 metros de diámetro, están semienterrados en el terreno y rodeados por una capa de piedras y barro. El operario, experto en fabricar la cal, elige las piedras calizas de un modo manual para obtener la mejor calidad posible. Las piedras sobresalen unos seis metros del nivel del suelo y se cubren con una capa de barro. Para encender el fuego se deja un hueco central al que se accede por un pequeño pasadizo. La piedra caliza se hornea a 1000 grados centígrados hasta conseguir cal viva, siendo 500 grados menos que el horneado del cemento (con la repercusión energética que esto supone). La fórmula para conseguir cal es siguiente:

CACO3 (caliza pura)     +     Calor          =        CACO (cal viva)     +      CO2

Oven to bake lime mortar
Process to bake lime stones

During this process, carbon dioxide (CO2) is expelled the atmosphere. Nonetheless, this pollution will be later recovered during the carbonation that happens at its setting in a process called ‘El Ciclo de la Cal’ (the Lime Cycle in English).

Durante este proceso se desprende dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera. No obstante, esta contaminación se revierte más adelante durante la carbonatización que se genera al fraguarse en un proceso que se denomina el Ciclo de la Cal.

The second part of the process is obtaining lime mortar when it is slaked with water, sand and gravel. The chemical process consists of the following:

CACO    +    H2O      =     CA(OH)2

El segundo parte del proceso es la obtención de cal apagada al mezclarla con agua y áridos. El proceso químico consiste en la siguiente:

CACO    +    H2O      =     CA(OH)2

To get high quality lime mortar, Lime hast to be mixed with mineral aggregates such as siliceous calcareous or grinded ceramics and to avoid the use of cement or other synthetic substances. Moreover, it is possible to get different lime mortar by adding natural pigments to the mortar. Once the mortar is mixed, the slaked lime can be transported to site.

Para poder conseguir un mortero de cal de alta calidad, es necesario que los áridos sean minerales tales como silíceo calcáreo o cerámica triturada evitando el uso de cemento u otras sustancias sintéticas. También se puede conseguir cal de distintos colores al realizar esta mezcla añadiendo pigmentos naturales. Una vez realizada esta mezcla, la cal apagada puede ser transportada a la obra.

CONSTRUCTION | EJECUCIÓN EN OBRA

Lime is a very easy material to apply during construction and it has a very low energetic consume during construction because it does not require any chemical process. It is a plastic material, very easy to use  and can be applied to different surfaces with different geometries. Its plasticity also allows the material to resist facade movements and encounters different materials. Once it is applied, lime sets naturally when it reacts with carbon dioxide in the atmosphere. This process captures the CO2 of the atmosphere to harden wet lime.

La cal es un material muy sencillo de utilizar en obra con un consumo energético muy bajo durante su aplicación ya que no requiere de ningún tipo de proceso mecánico. Al ser un material plasticoso, es muy dócil de aplicar y puede acoplarse a distintas superficies con distintas geometrías. Su plasticidad también permite al material resistir a los distintos movimientos que puede sufrir la fachada y encuentros entre distintos materiales. Una vez aplicada, se fragua de manera natural al reaccionar con el anhídrido carbónico de la atmósfera. Este proceso atrapa el CO2 de la atmósfera y endurece la cal húmeda.

There are mainly three types of applications made with lime: calcimine, a plaster component that works as a painting; lime mortar and lime cement. The mortar has different applications such as plastering and masonry to make stuccos and jabelgas in continuous facades.

Principalmente, hay tres tipos de aplicaciones realizadas con cal: El encalado, una pasta que funciona a modo de pintura, el mortero de cal, y los hormigones de cal. El mortero tiene distintas aplicaciones tales como el enfoscado y la albañilería que sirven realizar estucos y jabelgas en revestimientos continuos.

DURABILITY AND THERMAL PROPERTIES AND RECYCLING | DURABILIDAD Y PROPIEDADES TÉRMICAS Y RECICLAJE

The main energetic benefits of lime on buildings are the following:

Los principales efectos energéticos de la cal en edificios son los siguientes:

– Vapor transpiration in the facades that happens once the lime mortar is hardened by reacting with CO2 in the atmosphere. This reaction opens microscopic pores or penetrations in the surface of the mortar that allows natural transpiration.

– Transpiración en las fachadas que surge una vez que la cal se ha endurecido al reaccionar con el CO2 de la atmósfera. Esta reacción permite abrir poros microscópicos en la superficie que permite una transpiración natural.

– Thermal control of facades. Black or dark walls absorb around 90% of the solar radiation. On the other hand, lime mortar walls (specially, if it is not have been pigmented during fabrication) only absorbs between 0 and 10% of radiation reducing the heat in the interior. Energy is saved to achieve a thermal comfort in the interiors of the buildings.

– Control térmico de sus fachadas. Mientras que los muros negros u oscuros absorben alrededor de un 90% de la radiación solar, la cal (especialmente si no ha sido pigmentada durante su mezcla) absorbe únicamente entre un el cero y el diez por cierto de dicha radiación reduciendo la temperatura en el interior. De este modo se consigue ahorrar energía para alcanzar un bienestar térmico en los interiores de los edificios.


– Aseptic material. The aseptic properties of the material provoked that vernacular and traditional architecture used this material to avoid that excrement of cattle to transmit bacteria to its inhabitants. Nowadays, its aseptic properties avoid the formation of molds or other bacteriological organisms to appear in walls in case of humidity.

– Material aséptico. Debido a sus propiedades asépticas, en la arquitectura vernácula y tradicional se encalaban las casas para evitar que los excrementos del ganado transmitiesen bacterias a sus habitantes. En la actualidad, sus propiedades asépticas permiten que, en caso de humedades, no aparezcan en los muros mohos u otros organismos bacteriológicos.

Once lime has finished its cycle as constructive material, it can be recycled to create other construction materials. Moreover, if it is turned down, it does not produce any toxic waste to atmosphere since all the raw materials are minerals.

Una vez la cal ha terminado su ciclo como material constructivo puede ser reciclada para crear otros materiales constructivos o puede ser desechada sin general ningún residuo tóxico al medio ambiente ya que todas las materias primas son minerales.

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Building with lime, a material widely used in vernacular architecture, stopped to be used during the XX century with the acceptance and popularity of new materials such as the Portland Cement. Except for some rural areas, architects have forgotten its properties and workers their own skills to work with it. Nowadays, architects and contractors are searching new materials and construction techniques with more energy efficiency (“sustainability”). Building with lime is staring to be used again and several companies start to offer products that use lime as a finish material. Beyond its energy benefits that are less aggressively for the environment, lime can make a statement about a new aesthetic of sustainability. We live in a social context where “green architecture” usually means shinny and fast consumption projects that caricatures forests and try us to believe that grass is sustainable regardless of weather conditions of its location. On the other hand, lime claims a different way of understanding Ecology.

La construcción en cal, proveniente de la arquitectura popular y vernácula, empezó a dejar de ser utilizada durante el siglo XX tras el avance de nuevos materiales como el cemento portland hasta ser relegada al olvido. Salvo en zonas rurales se perdió su manera de trabajar con ella y se ignoraron las propiedades que hemos descrito anteriormente. En la actualidad, debido a la búsqueda de nuevos materiales y técnicas constructivas que tengan una mayor eficiencia energética (“sostenibilidad) se empieza a recuperar la cal para la materialización de los edificios y varias empresas están empezando a ofrecer productos que utilizan la cal como acabado. Mas allá de dichas cualidades energéticas, que son fundamentales para una construcción menos agresiva sobre el medio ambiente en cuestión de residuos y gasto energético, la cal ofrece una reflexión sobre la estética de la sostenibilidad. En esta vorágine de “lo verde” donde predomina una arquitectura reluciente y de rápido consumo que caricaturiza los bosques y pretende hacernos creer que el césped es sostenible independientemente del clima donde se implante, la cal revindica una manera distinta de entender la ecología.

It is a material that is deeply connected with vernacular aesthetic, with the anonymous architect that understand construction through tradition and material properties, from its fabrication to the end of its lifespan. This approach can be understood as nostalgic, nonetheless, this nostalgia creates a emotional aesthetic reconciliation to an architecture that, using passive systems, are very energy efficient.

Es un material que está profundamente conectado con la estética vernácula, con el arquitecto anónimo que entiende la practica constructiva a través de la tradición y conociendo el material desde su fabricación hasta el final de su vida útil. Este acercamiento puede ser visto como nostálgico en muchos aspectos. Sin embargo, esta nostalgia puede crear un acercamiento emocional estético hacia una arquitectura que de forma pasiva tiene un alto rendimiento energético.

Bibliography:

– Alba, Antonio F. (1962). ‘Revista Arquitectura 1962 nº 46’.

– Robador González, María Dolores. (1997) ‘Cal de Morón de la Frontera’ Extract of Aparejadores. Boletín del Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de Sevilla’.

– Robador González, María Dolores. (2015) ´Sostenibilidad de la Luminosa Cal en Arquitectura´ extract of ‘Proceedings of the II International congress on sustainable construction and eco-efficient solutions’