Proyecto Bambú: recurso sostenible para estructuras espaciales
Como resultado del proyecto Bambú: recurso sostenible para estructuras espaciales, realizado en la Sede Medellín, los alemanes Tim Martin Obermann y Ronald Laude, construyeron un Prototipo "Mariposa" que representa un avance internacional en el uso de la guadua como material para la construcción, al ser el primero en utilizar un nuevo sistema de unión que aprovecha su resistencia y optimiza las estructuras espaciales y flexibles.
Gracias a su forma tubular, la guadua tiene una esbeltez y un radio de giro muy favorable con respecto a las secciones de madera o acero con un peso igual. "Resulta que la guadua resiste mucho más que la madera y, en cuanto a la relación entre fuerza máxima y peso, la guadua presenta un valor interesante, ya que se aproxima al acero. Uno podría aumentar la sección del tubo de acero pero se aumentaría, igualmente, el peso y el precio. Y si observamos los costos económicos y ecológicos, comparativamente la guadua tiene los mejores valores. Por ello, concluimos que es muy apta para estructuras livianas y espaciales en donde aparecen fuerzas axiales", anota el ingeniero civil Ronald Laude.
La propuesta
Hasta ahora ningún tipo de uniones permite aprovechar la alta resistencia de la guadua. Tradicionalmente, lo más común es unir dos guadas de una manera muy manual: con cuerdas, con un pasador o formando una caja que se llama "boca de pescado". La ventaja de estas uniones es que son económicas, sencillas y fáciles de hacer, sin embargo, no permiten aplicar grandes fuerzas.
En Colombia, la guadua ha hecho parte de los materiales de construcción de fácil acceso y bajo costo. Técnicas tradicionales son, por ejemplo, puentes con uniones usando simples cuerdas o casas populares con paredes de bahareque. Hoy en día, las construcciones de guadua más conocidas son: Los Puentes del carpintero alemán Jörg Stamm y Los Pabellones del arquitecto colombiano Simón Vélez. Sin embargo, los ensayos para estructuras espaciales como la cúpula geodésica de Shoei Yoh en Japón, por ejemplo, son todavía muy pocos.
En el mundo ya existen nuevos ensayos y técnicas sobre cómo unir la guadua. Pero hasta ahora, ninguna se ha estableció a gran escala en el campo de la construcción y sólo algunas sirven para estructuras espaciales, además, se han publicado pocos estudios sobre la resistencia de las uniones. "Las estructuras espaciales tienen por objetivo cubrir altas luces con muy poco material y peso. Cada elemento recibe sólo fuerzas axiales y las fuerzas se encuentran en los nudos tridimensionales. Su geometría compleja y sus variados usos, producen una arquitectura muy interesante. Algunas construcciones típicas son, por ejemplo, mallas espaciales como en el techo de madera del arquitecto Brader, Cerchas triangulares como en el puente de madera del arquitecto Dietrich, las cúpulas geodésicas conocidas por Buckminster Fuller o construcciones de tensegrity".
Con el objetivo de participar en la búsqueda de nuevos usos del bambú, los alemanes Tim Martín Obermann, quien durante un año realizó una pasantía en la carrera de Arquitectura, y el ingeniero civil Ronald Laude, quien es actualmente estudiante de la Especialización en Estructuras, adscrito a la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, desarrollaron la investigación Bambú: recurso sostenible para estructuras espaciales, a través de la cual se propone una nueva unión para la guadua que aproveche su resistencia y que sea óptima para estructuras espaciales y flexibles. "Nosotros logramos construir una unión que puede transmitir un máximo de fuerza, que es relativamente liviano, que tiene un alto nivel de prefabricación y que, finalmente, permite el montaje y desmontaje rápido y fácil para estructuras temporales", afirma el ingeniero civil Ronald Laude.
Como resultado de este proyecto, los investigadores lograron construir un prototipo del pabellón propuesto, al que denominaron Prototipo "Mariposa", el cual fue donado y situado en el espacio que formará parte de las nuevas instalaciones de las oficinas de Unibienestar de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Dicho prototipo se convierte en el primero en el mundo en utilizar este sistema de uniones y representa un avance internacional en el uso de la guadua como material para la construcción, puesto que permitirá aprovechar su alta resistencia. Además, como afirman los investigadores, "esta unión puede convertir la guadua en una barra casi universal para estructuras espaciales y flexibles. Entre los usos posibles están, por ejemplo, cubiertas livianas de altas luces y puentes o estructuras temporales".
Las esferas tridimensionales ya existen en el mercado. Igualmente, se pueden prefabricar esferas adaptadas a los distintos diseños para unir los elementos en cualquier ángulo. Su fácil montaje y desmontaje lo convierten en un sistema apto para arquitectura temporal. El peso de los elementos de acero que se necesitan para la unión es de, aproximadamente, 1.5 kg que es mucho más liviano que las uniones de mortero que pesan, aproximadamente, 3 kg.
La "estrella" de elementos que están al interior del octágono se reúne en un solo punto, en donde sube, además, un elemento vertical que articula el punto alto de una membrana arquitectónica que cubre todo el espacio. Dicha membrana, tiene sus cuatro puntos fijos en los extremos de los teraeders. A las esferas de esos extremos se coloca una platina especial que recibe la membrana y que permite pretensionar los cables del borde de la membrana para que ella obtenga su forma fija y diseñada.
Las columnas tienen la forma de lápiz y una altura de 1.9 m para dar más generosidad al espacio y para que la gente no se moleste con los cables diagonales que son necesarios para la rigidez.
Inspiraciones
Para este proyecto, los investigadores se inspiraron en una técnica que se elaboró para uniones tridimensionales en madera, la cual consiste en un elemento de acero que entra por un extremo en la madera y el otro extremo se conecta con un tornillo a una esfera de acero. "Concluimos que el uso de varios pasadores medianos transmitiendo la fuerza de la guadua a un elemento de acero que se conecta a una esfera era lo más adecuado para una unión resistente, liviana y apta para estructuras espaciales. Cabe decir que esta propuesta para una nueva unión fue posible gracias a las experiencias existentes y los ensayos o técnicas mencionadas en dichas inspiraciones. En ese sentido, esta investigación se entiende como un producto de un desarrollo continuo con base en otros ensayos o investigaciones".
El proyecto y la realización del pabellón, que tuvo un costo superior a los 25 millones de pesos, sólo fue posible gracias al apoyo de las siguientes personas y entidades, a quienes los investigadores hacen un reconocimiento: Profesores Tomas Nieto, Eugenia González y Josef Farbiaz de la Universidad Nacionalde Colombia, Sede Medellín. Ingenieros Horacio Valencia y Francisco Cardona de Empresas Públicas de Medellín. Ximena Londoño, David Trujillio y Oscar Montoya de Sociedad Colombiana del Bambú. Universidad Tecnológica de Berlín y el DAAD (Alemania), ICETEX (Colombia), C.I Maderinsa S.A., Conconcreto S.A., Sintéticos S.A., IKL S.A., Agroguadua S.A.
Recuadro
El bambú tiene muy buenas cualidades físicas para un material de construcción
* Es un material liviano que permite bajarle el peso a la construcción, factor muy importante para construcciones sismoresistentes.
* Sus fibras exteriores la hacen muy resistente a fuerzas axiales.
* La relación entre peso - carga máxima y su forma tubular, apto para fuerzas axiales, lo convierten en un material perfecto para estructuras espaciales en donde trabajan solamente dichas fuerzas axiales.
* El rápido crecimiento del bambú lo hace económicamente muy competitivo.
En el contexto ecológico el uso del bambú juega un papel muy importante
* El bambú es un recurso renovable y sostenibile.
* Su rápido crecimiento y la alta densidad de culmos por área significa una productividad muy importante de la tierra y una biomasa considerable.
* El bambú se utiliza como planta de reforestación.
* Si el bambú lograra reemplazar la madera o el acero en algunas construcciones, la tala de la selva tropical se disminuiría por una demanda que cambiaría.
* La manipulación del bambú, desde el lugar donde crece (guadual) hasta la obra, necesita muy poca energía; la diferencia de la cantidad de energía y gastos que se necesita en su proceso es muy grande con respecto al acero u otros materiales en obras parecidas.
Inconvenientes propios del bambú
* La resistencia a fuerzas perpendiculares a las fibras (cortante) es muy baja lo que significa que el bambú tiene tendencia de rajarse fácilmente paralelo a las fibras.
* Una construcción de bambú necesita una protección por diseño que asegure que este material no reciba directamente ni humedad, ni rayones directos del sol.
* El bambú coge fácilmente fuego y como es vacío se quema rápido.
* Todavía no se estableció una técnica confiable de inmunización contra hongos.
El bambú es un recurso natural que no se puede estandarizar
* El comportamiento del bambú puede variar mucho con respecto a la especie, al sitio donde crece, a la edad, al contenido de humedad y a la parte del culmo o de la sección que uno esté utilizando.
* Aún no existe ningún código oficial que ofrezca una norma de clasificación para el uso estructural del bambú.
* Se necesita un buen mantenimiento para la durabilidad.
Cortesía de: Periódico La Impronta Arquitectura Bambu
El Bambú es un "pasto gigante". Sus muchas especies se encuentran en clima tropical y es empleado en Asia, América y Africa. Algunas especies son tan pequeñas que se las puede comer, pero otras son muy grandes y resistentes. En general, el bambú crece muy rápidamente y puede llegar a una altura de 10 a 20m en menos de un año. Tiene la forma de un tubo ligeramente cónico y el diámetro exterior puede variar de 3 a 25cm, según la especie.
La Guadua angustifolia Kunth es una de las muchas especies del bambú. Su diámetro exterior tiene un promedio de 12cm y un diámetro interior entre 8 y 10 cm. En sólo seis meses, puede alcanzar una altura de hasta 12m y obtiene su madurez después de tres años. Gracias a su alta resistencia, la guadua es la especie más utilizada de los bambús en América Latina, donde se encuentran plantaciones de esta especie, principalmente, en el eje cafetero de Colombia.
La propuesta
Hasta ahora ningún tipo de uniones permite aprovechar la alta resistencia de la guadua. Tradicionalmente, lo más común es unir dos guadas de una manera muy manual: con cuerdas, con un pasador o formando una caja que se llama "boca de pescado". La ventaja de estas uniones es que son económicas, sencillas y fáciles de hacer, sin embargo, no permiten aplicar grandes fuerzas.
En Colombia, la guadua ha hecho parte de los materiales de construcción de fácil acceso y bajo costo. Técnicas tradicionales son, por ejemplo, puentes con uniones usando simples cuerdas o casas populares con paredes de bahareque. Hoy en día, las construcciones de guadua más conocidas son: Los Puentes del carpintero alemán Jörg Stamm y Los Pabellones del arquitecto colombiano Simón Vélez. Sin embargo, los ensayos para estructuras espaciales como la cúpula geodésica de Shoei Yoh en Japón, por ejemplo, son todavía muy pocos.
En el mundo ya existen nuevos ensayos y técnicas sobre cómo unir la guadua. Pero hasta ahora, ninguna se ha estableció a gran escala en el campo de la construcción y sólo algunas sirven para estructuras espaciales, además, se han publicado pocos estudios sobre la resistencia de las uniones. "Las estructuras espaciales tienen por objetivo cubrir altas luces con muy poco material y peso. Cada elemento recibe sólo fuerzas axiales y las fuerzas se encuentran en los nudos tridimensionales. Su geometría compleja y sus variados usos, producen una arquitectura muy interesante. Algunas construcciones típicas son, por ejemplo, mallas espaciales como en el techo de madera del arquitecto Brader, Cerchas triangulares como en el puente de madera del arquitecto Dietrich, las cúpulas geodésicas conocidas por Buckminster Fuller o construcciones de tensegrity".
Con el objetivo de participar en la búsqueda de nuevos usos del bambú, los alemanes Tim Martín Obermann, quien durante un año realizó una pasantía en la carrera de Arquitectura, y el ingeniero civil Ronald Laude, quien es actualmente estudiante de la Especialización en Estructuras, adscrito a la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, desarrollaron la investigación Bambú: recurso sostenible para estructuras espaciales, a través de la cual se propone una nueva unión para la guadua que aproveche su resistencia y que sea óptima para estructuras espaciales y flexibles. "Nosotros logramos construir una unión que puede transmitir un máximo de fuerza, que es relativamente liviano, que tiene un alto nivel de prefabricación y que, finalmente, permite el montaje y desmontaje rápido y fácil para estructuras temporales", afirma el ingeniero civil Ronald Laude.
Como resultado de este proyecto, los investigadores lograron construir un prototipo del pabellón propuesto, al que denominaron Prototipo "Mariposa", el cual fue donado y situado en el espacio que formará parte de las nuevas instalaciones de las oficinas de Unibienestar de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Dicho prototipo se convierte en el primero en el mundo en utilizar este sistema de uniones y representa un avance internacional en el uso de la guadua como material para la construcción, puesto que permitirá aprovechar su alta resistencia. Además, como afirman los investigadores, "esta unión puede convertir la guadua en una barra casi universal para estructuras espaciales y flexibles. Entre los usos posibles están, por ejemplo, cubiertas livianas de altas luces y puentes o estructuras temporales".
El Prototipo "Mariposa"
La unión que se creó para la construcción del Prototipo "Mariposa" consiste en dos elementos: El primero, un tubo de acero con un diámetro de 9 y 30 cm de largo que entra en la guadua. Las fuerzas axiales se transmiten a través de varios pasadores perpendiculares que unen la guadua con el tubo interior. Además, el tubo tiene, por el otro extremo, una forma cónica con una apertura elíptica que permite colocar un tornillo para conectarse con el segundo elemento. Este es una esfera de acero que tiene un diámetro de 10cm y que ofrece hasta 16 roscas en ángulos espaciales y libres para varios elementos como: guaduas, tensores o la base.Las esferas tridimensionales ya existen en el mercado. Igualmente, se pueden prefabricar esferas adaptadas a los distintos diseños para unir los elementos en cualquier ángulo. Su fácil montaje y desmontaje lo convierten en un sistema apto para arquitectura temporal. El peso de los elementos de acero que se necesitan para la unión es de, aproximadamente, 1.5 kg que es mucho más liviano que las uniones de mortero que pesan, aproximadamente, 3 kg.
La "estrella" de elementos que están al interior del octágono se reúne en un solo punto, en donde sube, además, un elemento vertical que articula el punto alto de una membrana arquitectónica que cubre todo el espacio. Dicha membrana, tiene sus cuatro puntos fijos en los extremos de los teraeders. A las esferas de esos extremos se coloca una platina especial que recibe la membrana y que permite pretensionar los cables del borde de la membrana para que ella obtenga su forma fija y diseñada.
Las columnas tienen la forma de lápiz y una altura de 1.9 m para dar más generosidad al espacio y para que la gente no se moleste con los cables diagonales que son necesarios para la rigidez.
Inspiraciones
Para este proyecto, los investigadores se inspiraron en una técnica que se elaboró para uniones tridimensionales en madera, la cual consiste en un elemento de acero que entra por un extremo en la madera y el otro extremo se conecta con un tornillo a una esfera de acero. "Concluimos que el uso de varios pasadores medianos transmitiendo la fuerza de la guadua a un elemento de acero que se conecta a una esfera era lo más adecuado para una unión resistente, liviana y apta para estructuras espaciales. Cabe decir que esta propuesta para una nueva unión fue posible gracias a las experiencias existentes y los ensayos o técnicas mencionadas en dichas inspiraciones. En ese sentido, esta investigación se entiende como un producto de un desarrollo continuo con base en otros ensayos o investigaciones".
El proyecto y la realización del pabellón, que tuvo un costo superior a los 25 millones de pesos, sólo fue posible gracias al apoyo de las siguientes personas y entidades, a quienes los investigadores hacen un reconocimiento: Profesores Tomas Nieto, Eugenia González y Josef Farbiaz de la Universidad Nacionalde Colombia, Sede Medellín. Ingenieros Horacio Valencia y Francisco Cardona de Empresas Públicas de Medellín. Ximena Londoño, David Trujillio y Oscar Montoya de Sociedad Colombiana del Bambú. Universidad Tecnológica de Berlín y el DAAD (Alemania), ICETEX (Colombia), C.I Maderinsa S.A., Conconcreto S.A., Sintéticos S.A., IKL S.A., Agroguadua S.A.
Recuadro
Ventajas y desventajas del Bambú
El bambú tiene muy buenas cualidades físicas para un material de construcción
* Es un material liviano que permite bajarle el peso a la construcción, factor muy importante para construcciones sismoresistentes.
* Sus fibras exteriores la hacen muy resistente a fuerzas axiales.
* La relación entre peso - carga máxima y su forma tubular, apto para fuerzas axiales, lo convierten en un material perfecto para estructuras espaciales en donde trabajan solamente dichas fuerzas axiales.
* El rápido crecimiento del bambú lo hace económicamente muy competitivo.
En el contexto ecológico el uso del bambú juega un papel muy importante
* El bambú es un recurso renovable y sostenibile.
* Su rápido crecimiento y la alta densidad de culmos por área significa una productividad muy importante de la tierra y una biomasa considerable.
* El bambú se utiliza como planta de reforestación.
* Si el bambú lograra reemplazar la madera o el acero en algunas construcciones, la tala de la selva tropical se disminuiría por una demanda que cambiaría.
* La manipulación del bambú, desde el lugar donde crece (guadual) hasta la obra, necesita muy poca energía; la diferencia de la cantidad de energía y gastos que se necesita en su proceso es muy grande con respecto al acero u otros materiales en obras parecidas.
Inconvenientes propios del bambú
* La resistencia a fuerzas perpendiculares a las fibras (cortante) es muy baja lo que significa que el bambú tiene tendencia de rajarse fácilmente paralelo a las fibras.
* Una construcción de bambú necesita una protección por diseño que asegure que este material no reciba directamente ni humedad, ni rayones directos del sol.
* El bambú coge fácilmente fuego y como es vacío se quema rápido.
* Todavía no se estableció una técnica confiable de inmunización contra hongos.
El bambú es un recurso natural que no se puede estandarizar
* El comportamiento del bambú puede variar mucho con respecto a la especie, al sitio donde crece, a la edad, al contenido de humedad y a la parte del culmo o de la sección que uno esté utilizando.
* Aún no existe ningún código oficial que ofrezca una norma de clasificación para el uso estructural del bambú.
* Se necesita un buen mantenimiento para la durabilidad.
Cortesía de: Periódico La Impronta Arquitectura Bambu
