Ingeniero en Arquitectura y Diseño Medioambiental José Eduardo Torres Rojas
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EL BAMBU EN LA CONSTRUCCIÓN El material y sus aplicaciones
Ing. José Eduardo Torres Rojas Evidally GBS. Ingeniería en arquitectura y diseño medioambiental iberguadua@evidally.net www.iberguadua.net http://ingenieroenarquitecturamedioambiental.blogspot.com/
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Colegio Oficial de Arquitectos de Asturias
EL BAMBU EN LA CONSTRUCCIÓN El material y sus aplicaciones
CONTENIDO Una gran solución a un gran problema.
•Objetivos y propósito •El Bambú como material •Aplicaciones arquitectónicas
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Colegio Oficial de Arquitectos de Asturias
Objetivos
• Hacer claridad sobre el concepto del bambú como material natural • Despertar la inquietud de al aplicación del bambú en el diseño arquitectónico como material alternativo. • Enfatizar sobre la relación directa entre la utilización del bambú en la construcción, La sostenibilidad y la eficiencia.
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Propósito • Contar con los criterios básicos que permitan contemplar el uso del bambú como material útil arquitectónica y estructuralmente. • Ser conscientes de que al contemplar la utilización del bambú en nuestros diseños estamos contribuyendo a la eficiencia y la sostenibilidad en la construcción • Ser conocedores y partícipes de la incorporación de uno de los los materiales llamados a ser alternativa de diseños sostenibles, gracias a sus bondades mediombientáles,económicas y sociales.
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» BAMBÚ: » Solución gigante a un problema gigante. La planta leñosa que crece más rápido en el mundo, la más versátil para la conservación ambiental y la industria, la que absorbe agua y metales pesados a gran velocidad, desintoxicando el mundo, la que aferra los suelos, que además fertiliza para que no se erosionen y se pierdan. Pasto maravilloso, Divina planta.
Ing. Germán Rubio-AyMG.
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» BAMBÚ: » Se trata de una planta gramínea como el arroz, el maíz y la caña de azúcar. Que a diferencia de estas convierte su lignina en una estructura dura como la madera, mucho más liviana y flexible.
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» Los Bambúes crecen en todos los continentes de forma silvestre a excepción de Europa, desde los 51º norte hasta los 47º sur. » Existen bambúes tropicales y subtropicales ocupando desde bosques de niebla con humedades superiores al 90% como la guadua angustifolia en el chocó colombiano hasta las zonas semiáridas en la India. Encontramos la mayoría en zonas calientes con humedad superior al 80%
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» Encontramos también bambúes en zonas secas y que superan los 4000m de altura sobre el nivel del mar, así como especies que sobreviven a temperaturas bajo cero en China y Japón. » Contamos con más de 1200 especies de bambúes reconocidas repartidas entre Asia y América. » Existen más de 37 millones de hectáreas cubiertas de bambú repartidas entre China(6), India(9) , sureste de Asia con cerca de 12 y América con más de 10 millones.
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BAMBÚES MÁS USADOS EN CONSTRUCCIÓN : •
Bambusa Altura entre 12 y 30m y diámetro entre 8 y 18cms
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Chusquea Altura entre 4 y 6m y diámetro entre 2 y 4cms
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Dendrocalamus Altura entre 20 y 25m y diámetro entre 18 y 20cms
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Gigantochloa Altura entre 13 y 16m y diámetro entre 10 y 15cms
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Guadua Altura entre 12 y 24m y diámetro entre 9y 18cms
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Phyllostachys Altura entre 5 y 21m y diámetro entre 2 y 17cms
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» La guadua es un Bambú, que puede alcanzar hasta 25 m de altura y diámetros de entre 10 y 20cms, con entrenudos que tienen paredes de hasta 2cms de espesor. » Familia de la póceas, subfamilia bambusoidae, subtribu guaduinae y género guadua. » Existen 26 especies reconocidas del género Guadua 11
» La guadua Angustifolia, tiene cinco variaciones, tipos biológicos:
Rayada-verde o amarilla Rayada negra Castilla Macana o cebolla – Angustifolia Cotuda
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Guadual tĂpico de angustifolia kunth
El bambĂş crece directamente desde el rizoma 13
La guadua crece hasta 21cms por día, logrando alcanzar en un mes el 80% de su altura máxima, la cual se completa en 5 meses más, alcanzando entre 15 y 30 m. La productividad es de entre 1200 y 1350 cañas por hectárea y año.
El proceso de lignificación tarda entre 4 y 6 años. Su contenido de humedad en crecimiento alcanza hasta el 80%, y luego va disminuyendo hasta el 20% a los 4 o 5 años
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Dentro del consumo mundial de madera, la construcción ocupa el segundo puesto después de la fabricación de papel. El alto costo en la elaboración de productos hechos con maderas finas por su mantenimiento, resiembra y costos ambientales en el caso de selvas primarias y bosques unidos al largo tiempo de maduración de estas materias primas pone en clara y alta ventaja a un material natural como el bambú/Guadua. • • • • •
Ocupa uno de los primeros lugares en altura y diámetro Se cosechan culmos de 4 a 6 años de edad. Se obtienen hasta 1400 culmos por hectárea cada año No hay que resembrar en varias generaciones Su disponibilidad para múltiples aplicaciones representan una alternativa rentable y eficiente.
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Además de recurso económico, recurso ecológico Recurso natural renovable para recuperación de terrenos Captación de monóxido de carbono Minimización de CO2 ambiental generando 35% más de oxígeno Capta 4 veces más CO2 que un bosque de otras especies equivalente Fertilización de suelos produciendo hasta 100 toneladas de biomasa por hectárea en 6 años Reducción de la erosión del suelo gracias a su denso sistema de raíces Retención de agua; 30000 lts por hectárea
Regulación del caudal hídrico gracia a su retención en sus culmos Reducción de temperatura por efecto de la evaporación gracias a sus hojas
Purificación de aguas negras vertidas simplemente en su cultivo Contribución de verde al paisaje
Se requiere menos de la mitad de energía para producción por m3 que la madera
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Existen aproximadamente 1400 diferentes usos del bambĂş
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Corte del material: entre los 3 y los 5 a単os
Secado y curado: Culmos con ramas en reposo por 4 semanas y luego limpieza Y proceso de secado Secado artificial con aire, Con microondas, secado y curado Al calor, curado con tierra y curado Con humo
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• • • • • • • • • •
Limpieza de la superficie Protección por cal Preservación por inundación de entrenudos Preservación por inmersión Preservación por inyección Preservación por presión Blanquear la superficie Protección de la superficie Tratamiento contra el fuego Almacenamiento
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El material de la Guadua esta formado por una sustancia que mantiene las fibras unidas. Las fibras crecen axialmente y se consolidan en el extremo superior del tallo, como también en sus bordes externos. La masa de la Guadua está conformada por un 50% de celulosa y hasta 30% de lignina. Los tallos se afilan hacia arriba y el grueso de las paredes se adelgaza. La alta resistencia longitudinal de las paredes de los entrenudos, se debe a que las fibras están dispuestas en dirección paralelas. En los nudos las fibras se cruzan en todas las direcciones. Características mecánicas Las características mecánicas de la Guadua son afectadas por el clima, suelo, ubicación, edad, tiempo de cosecha, humedad, etc. También se presentan diferencias que se distribuyen sobre la longitud principal (cepa, basa y sobrebasa)y la sección transversal. La densidad de las fibras es muy variable en el espesor de la guadua. 22
Comportamiento mecánico La guadua tiene un valor alto de resistencia a la tracción paralelo a la fibra, menor resistencia a la compresión paralela a la fibra y a la flexión. Su módulo de elasticidad es relativamente bajo si se compara con el del acero, lo cual obliga en el diseño a controlar las deformaciones especialmente cuando se diseñan elementos largos a flexión.
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• Módulo
de elasticidad:
Tracción: Entre 2.000.000 y 4.500.000 psi – (140.000 a 310.000 kg/cm2) Compresión: Entre 2.000.000 y 2.800.000 psi – (140.000 a 200.000 kg/cm2) Flexión: Entre 1.500.000 y 3.100.000 psi – (105.000 a 220.000 kg/cm2)
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•
Resistencia:
Tracción: Entre 26.000 y 50.000 psi – (1.800 a 3.500 kg/cm2) Compresión: Entre 8.000 y 12.000 psi – (560 a 840 kg/cm2) Flexión: Entre 11.000 y 40.000 psi – (770 a 2.800 kg/cm2)
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Esfuerzo admisible para carga muerta mรกs carga viva mรกs carga de viento (CM+CV+W), 13.47 MPa
Valor promedio del mรณdulo de elasticidad de la guadua angustifolia 17,859.24 MPa, cepas 17,418.66 MPa , basas 18,130.87 MPa, sobrebasas 17,757.57 MPa.
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Entidades, institutos y Universidades dedicadas al estudio del bambú/Guadua 1. Universidad Nacional de Colombia 2. Universidad Industrial de Santander UIS 3. Pontificia Universidad Javeriana 4. Universidad Distrital Francisco José de Caldas 5. Universidad del Quindío 6. Universidad de los Andes 7. Centro de investigaciones del bambú CIBAM 8. FOREC (Fondo para la reconstrucción de la zona cafetera) 9. AIS (Asociación de Ingeniería sísmica) 10. SENA 11. Comité colombiano para la normalización del bambú – guadua CCNG 12. Sociedad Colombiana del Bambú Internacionalmente se encuentra la Red Internacional del Bambú (The international network on bamboo and rattan, INBAR), entidad que publicó las normas INBAR. ESTÁNDAR FOR DETERMINATION OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF BAMBOO. Instituto técnico HTW en Chur Suiza Laboratorio de prueba de materiales FMPA de Stuttgart,Alemania laboratorio de investigaciones de Clemson (Colegio de Carolina del Sur, EE.UU.) 27
A destacar Según Stöckel, la resistencia a tracción de las fibras que corren paralelamente al eje de la caña alcanza los 4000 kg/cm2. Para entender el orden de magnitud de esta cifra, recordemos que la madera para construcción no supera los 500 kg/cm2, el acero de obra Fe B38K resiste hasta 3750 kg/cm2 y las fibras de vidrio alcanzan los 7000 kg/cm2. La corteza del bambú tiene un alto contenido de silicio, lo cual le confiere interesantes propiedades de resistencia al fuego. Las primeras pruebas sobre su resistencia al fuego remontan a los años 80 del siglo pasado y fueron realizadas por el Institut für leichte Flächentragwerke de la Universidad de Stuttgart – Alemania donde se certificó que el bambú es un material combustible retardante de la llama. DIN 4102 En España cumple con las normas del nuevo CTE (Código Técnico de la Edificación) sus certificados de reacción al fuego según la norma UNE EN 13501 lo clasifican con categoría CflS1 y por lo tanto como material apto incluso para edificios públicos.
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A destacar Su enorme estabilidad garantiza máxima capacidad de carga y una vida prolongada. Y nos presenta algunas sorpresas:
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El bambú alcanza una mayor resistencia a la tracción que el acero
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Es más duro que la madera de roble
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Crece entre 30 cm. y 1 metro por día
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Es claramente más elástico y liviano que otras maderas
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Está a la cabeza en materia ecológica (vuelve a crecer dentro de los 5 años)
Conductividad térmica : 0,04 Kcal / mhºC
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Generalidades en construcción Las ventajas : • • • • •
El bambú guadua está dotado de extraordinarias características físicas que permiten su empleo en todo tipo de miembros estructurales. Su forma circular y su sección hueca lo hacen un material liviano, fácil de transportar y de almacenar, lo que permite la construcción rápida de estructuras temporales o permanentes. En cada uno de los nudos del bambú hay un tabique o pared transversal que además de hacerlo más rígido y elástico evita su ruptura al curvarse; por esta característica es un material apropiado para construcciones anti-sísmicas. La constitución de las fibras de las paredes del bambú permite que pueda ser cortado transversal o longitudinalmente en piezas de cualquier longitud, empleando herramientas manuales sencillas como el machete. La superficie natural del bambú es lisa, limpia, de color atractivo y no requiere ser pintada, raspada o pulida.
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Generalidades en construcción Las ventajas : • • • • • •
Los bambúes no tienen corteza o partes que puedan considerarse como desperdicio por lo que su rendimiento es 3,5 veces mayor que la madera Además de usarse como elemento estructural el bambú puede usarse para otras funciones en la construcción. Tales como tuberías para el transporte de agua y en pequeñas secciones para drenaje. El bambú puede emplearse en combinación con todo tipo de materiales de construcción como elementos de refuerzo. Del bambú pueden obtenerse diversos materiales para enchapes tales como esteras, paneles contrachapados, etc. El bambú continua siendo el material de construcción de más bajo precio. Se producen 4 veces más toneladas por hectárea de bambú que de madera.
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Generalidades en construcción Las desventajas : • • • •
El bambú en contacto permanente con la humedad del suelo presenta pudrición y aumenta el ataque de termitas y otros insectos; por ello no deben utilizarse como cimiento por enterramiento a menos que se trate previamente. El bambú una vez cortado es atacado por insectos como Dinoderus minutus que construye grandes galerías en su pared debilitándolo. Por ello, una vez cortado debe someterse inmediatamente a tratamientos de curado y secado. El bambú al hacer llama es un material altamente combustible cuando está seco; por ello debe recubrirse con una sustancia o material a prueba de fuego. El bambú cuando envejece pierde su resistencia si no se trata apropiadamente.
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Generalidades en construcción Las desventajas : • • • •
El bambú no tiene diámetro igual en toda su longitud, tampoco es constante el espesor de la pared por lo que algunas veces presentan dificultades en la construcción. El bambú al secarse se contrae y se reduce su diámetro; esto tiene implicaciones en la construcción. Las uniones de miembros estructurales no pueden hacerse a base de empalmes, como en la madera, lo que implica dificultades como material de construcción. El bambú por su tendencia a rajarse no debe clavarse con puntillas o clavos que generalmente se emplean en la madera.
NOTA: Muchas de las desventajas anotadas anteriormente pueden ser superadas con la aplicación de preservantes apropiados, con un diseño estructural apropiado y siguiendo las normas apropiadas para la preparación y combinación con otros materiales de construcción.
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Generalidades en construcci贸n
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Generalidades en construcci贸n
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Generalidades en construcci贸n
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Elementos básicos
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Esterillas Latas Latillas Cintas
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Guadua laminada
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Herramientas
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Herramientas
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Herramientas
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Tipos de Uniones
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Tipos de Uniones
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Tipos de Uniones
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Tipos de Uniones
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Tipos de Uniones
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Tipos de Uniones
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Tipos de Uniones
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Tipos de Uniones
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Tipos de Uniones
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Elemento y sistemas posibles
Columnas 51
Elemento y sistemas posibles
Columnas 52
Elemento y sistemas posibles
Vigas y cerchas 53
Elemento y sistemas posibles
Vigas y cerchas 54
Elemento y sistemas posibles
P贸rticos 55
Elemento y sistemas posibles
P贸rticos 56
Elemento y sistemas posibles
Arcos 57
Elemento y sistemas posibles
Forjados y techos 58
Elemento y sistemas posibles
Forjados y techos 59
Elemento y sistemas posibles
Forjados y techos 60
Elemento y sistemas posibles
Paredes, puertas y ventanas 61
Elemento y sistemas posibles
Paredes, puertas y ventanas 62
Elemento y sistemas posibles
Barandillas y escaleras 63
Elemento y sistemas posibles
Barandillas y escaleras 64
Elemento y sistemas posibles
Puentes 65
Elemento y sistemas posibles
Puentes 66
Elemento y sistemas posibles
Puentes 67
Elemento y sistemas posibles
Puentes 68
Elemento y sistemas posibles
Puentes 69
Refuerzos del BambĂş
Mortero 70
Refuerzos del Bamb煤
Hormig贸n 71
Refuerzos del Bamb煤
Hormig贸n 72
Refuerzos del BambĂş madera
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Refuerzos del BambĂş madera
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Refuerzos del Bamb煤 Combinaci贸n de materiales
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Refuerzos del Bambú
Bambú y barro
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Refuerzos del BambĂş
Muros tendinosos
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Refuerzos del BambĂş
Muros tendinosos
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Bibliografía • • • • • • • • • • • • • • •
Manual de construcción sismo resistente de viviendas en bahareque en cementado. Asociación Colombiana de ingeniería sísmica . Dagilis T., 1999: Bamboo Comosite Materials for Low Cost Housing, Ontario, Canadá. Gersham G., 2001: UNIDO Report BAMTECH, Accra-Ghana, Proyect No. Giraldo E. & Sabogal A., 1999: Una Alternativa Sostenible, La Gu adua, CRQ. El Bassam, N., 2001: Producing Biofuels from Bamboo, INBAR, Sichuan, China. Inbar, Conferencias coleccionadas en: Bamboo, People, Environment edition 1,2,3 y 4 . HIDALGO L, Osear. (1974) Bambú, su cultivo y aplicaciones. Estudios Técnicos Colombianos Ltda. Cali, Colombia. 1974. (1978) "Nuevas técnicas de Construcción con Bambú" Edit. Estudios Técnicos Colombianos Ltda. Universidad Nacional de Colombia. Bogotá 1978. (1992) "Tecnologías desarrolladas en Colombia en el campo de la Construcción de Vivienda de Bambú". Ponencia presentada en el Seminario "El Bambú, Arquitectura, Ambiente y Comunidad". Caracas, Octubre 1992. (sin fecha) "Manual de Construcción con Bam bú" Universidad Nal. de Colombia. Centro de Investigación de Bambú y Madera. CIBAM Editores Estudios Técnicos Colombianos, Ltda. Bogotá, Col. Manual de construcción con bambú-Gernot Minke 2010 Arte y mañas de la guadua- Ing. Germán Rubio Luna Pequeño manual del Bambú- Prof. Félix E. Díaz . investigador
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Bibliografía Agradecimientos especiales a la Arquitecta Carolina Zuluaga y a su empresa Zuarq Arquitectos, así como al arquitecto Andrés Zuleta por su valiosa y decidida colaboración En la difusión de la cultura del Bambú Guadua como material de construcción y sus Técnicas. www.zuarq.co Bogotá Colombia
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