Embed Size (px)
Citation preview
CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE BAMBU DE GRANDES CLAROS
Ing. Armando Moreno Sánchez
Oriente 146 No. 215
Colonia Moctezuma 2da Sección
Delegación Venustiano Carranza
C.P 15530
Palabras clave: Bambú, Cálculo, Estructura.
Resumen
Antes de empezar el proyecto estructural y tener al 100% el diseño arquitectónico, se deberá
analizar en el laboratorio el bambú a emplear. Antes de calcular una estructura hay que conocer
lo siguiente: El código Andino, Libros de texto de resistencia de materiales, El reglamento
Colombiano sismo resistente, Se procede a calcular las cargas de diseño, diseñar las conexiones,
la manera más adecuada de trasmitir cargas a la cimentación es por medio de perfiles metálicos.
Abstract
Before starting structural project the architectural design has to be completed 100%. The bamboo
selected has to be analyzed first. Some previous data has to be known before the calculating the
structure. The Andino Code, Manuals or books about material strengths, The Colombian
Regulation Book about earthquakes. After that, the design loads calculation has to be done as
well as the connections. The proper manner to transmit the loads toward the foundations is
through metal profiles.
Introducción
¿El bambú es en realidad el acero de la selva?
Según pruebas efectuadas en el laboratorio de resistencia de materiales de la UNAM el
comportamiento del bambú no es parecido ni al concreto ni al acero, tampoco a la madera, su
comportamiento se asemeja más al neopreno, esperamos que próximamente los ensayos
efectuados a diferentes tipos de bambú que crecen en México sean publicados por la UNAM y
los profesionistas que se están iniciando en el diseño de estructuras de bambú ya no tengan que
apoyarse en pruebas de laboratorio efectuadas en otros país.
La finalidad de esta ponencia es compartir las experiencias a nivel profesional en el diseño de
estructuras de bambú desde una pequeña estructura hasta estructuras de grandes dimensiones.
Metodología del cálculo estructural de un proyecto en bambú.
1.- Preliminares: Antes de empezar el proyecto estructural es primordial tener al 100% el diseño
arquitectónico (Figura 1), es importante que durante el diseño se cuente con la opinión del
estructurista con el fin de venir tomando en cuenta que la forma geométrica siga las reglas
básicas recomendadas en los manuales de diseño de estructuras.
Figura 1. Diseño arquitectónico (unidades en metros).
2.- Análisis en laboratorio: A la par que se trabaja el proyecto arquitectónico, se deberá analizar
en el laboratorio el bambú a emplear con el fin de obtener datos cómodo son: resistencia a la
compresión, resistencia a la flexión, al cortante, al aplastamiento, la resistencia al cortante
paralelo a la fibra, peso volumétrico, módulo de elasticidad, módulo de Poisson.
3.- Información: Antes de calcular una estructura hay que conocer lo siguiente:
El código Andino para diseño de madera
Libros de texto de resistencia de materiales
El reglamento Colombiano sismo resistente (aunque este es muy limitado a estructuras de
dos pisos)
Majear de manera profesional un programa de análisis de estructuras
Manejar los módulos de elemento finito teniendo experiencia en interpretar los datos de
salida de la corrida del análisis
Ser su mente cuidadoso cuando se le carguen las unidades al programa de cálculo ya que
nos va pedir megapascales newton por mm kilo libras y otros que si no estamos
familiarizados con las conversiones, podemos cometer errores muy importantes y
entonces nuestros resultados se van a reflejar a la hora que se construya la estructura
Por qué las estructuras suelen fallar, se nos agrietan, se flechan y vibran, es su manera de
decirnos que algo hicimos mal y la cara del cliente nos va decir lo demás, también debemos
conocer los reglamentos de construcción locales en sus normas técnicas complementarias así
como el manual de diseño por viento de la CFE (Figura 2).
Figura 2. Manual de diseño CFE.
4.- Cargas de diseño: Una vez que se cuentan con todo lo anteriormente mencionado se procede
a calcular las cargas de diseño que básicamente son cargas permanentes (es el peso propio de la
estructura, el reglamento nos indica los pesos volumétricos que le vamos a aplicar a la estructura)
y cargas accidentales (viento el sismo y el granizo la carga viva) estos valores los vamos a
obtener del reglamento de construcción vigente y sus Normas técnicas complementarias.
Al aplicar dichas cargas permanentes y accidentales (Figura 3 y 4) se deben afectar de un
coeficiente de seguridad que depende si nuestra estructura es del grupo A o B, con todo este
conjunto de cargas se elabora un modelo tridimensional utilizando nuestro programa de cálculo,
el cual nos va generar en la salida de datos los elementos mecánicos como son tensión,
compresión, torsión, desplazamientos, giros, cortante etc.
Figura 3. Accidentales (Viento) Figura 4. Accidentales (Viento)
Con estos elementos vamos a calcular los esfuerzos de trabajo a los que están sometidos los
diferentes elementos que forman la estructura y vamos a compáralos con los esfuerzos
permisibles obtenidos de nuestro análisis de laboratorio.
5.- Diseño de conexiones: El siguiente paso es diseñar las conexiones, aquí es muy importante el
trabajo porque precisamente las estructuras de barras fallan en las conexiones, esta debe ser una
parte fina del análisis ya que el trabajo del bambú en el cortante paralelo a la fibra es sumamente
bajo aproximadamente de 1.5 kg/cm 2 y las paredes del bambú tampoco son muy gruesas,
entonces hay que ser muy cuidadosos al checar unas conexiones extremas sobre todo las que
trabajan a la tensión (Figura 5), otro punto que debemos cuidar es la longitud de los miembros
que forman nuestra estructura no pasen de la longitud de pandeo porque si no vamos tener
problemas de deformaciones.
Figura 5. Cable a tensión.
6.- Cargas en cimentación: ¿De qué manera bajamos nuestras cargas a la cimentación?
Se ha hecho un uso indiscriminado de la conexión Vélez la cual consiste en rellenar un canuto de
mortero de cemento arena y se usa para hacer las veces de elemento conector entre la estructura y
la cimentación. Pero en ese aspecto es muy deficiente su trabajo mecánico ya que forma una
especie de articulación lo que origina redistribución de esfuerzos en la estructura, no hay
realmente transmisión de las columnas a la cimentación y la teoría nos dice que para que haya
una condición de empotramiento la conexión no debe girar, no debe de deformarse, no
desplazarse y esto no se logra con la conexión tipo Vélez.
La manera más adecuada seria bajar las cargas a la cimentación por medio de perfiles de acero
(Figura 6).
Figura 6. Soporte metálico construido a base de placa.
Conclusiones y comentarios
Con relación a las estructuras de bambú podemos comentar que es un material apropiado para
construir estructuras de grandes dimensiones, pero hay que terminar con varios paradigmas uno
de los cuales es que solo teniendo culmos arriba de los 10 cm de diámetro, 8 mm de espesor y de
bambú de características que iguales o se parezcan al bambú colombiano se puede construir obras
audaces y nos hemos olvidado de los culmos de 2 pulgadas de diámetro y espesores de pared de 3
a 4 mm.
En algún momento todos hemos visto cómo es que el cascaron de huevo trabajando como
membrana siendo muy delgado no lo podemos romper con toda la fuerza de nuestra mano, esto se
debe al trabajo en arco del cascaron, si llevamos este ejemplo tan simple a nuestras estructuras
podremos ser capaces de utilizar bambú con diámetros más pequeños en nuestras estructuras.
Un ejemplo más seria el método romano de la cadena para trazar arcos usado en la cúpula del
panteón de agripa, por último en concursos estudiantiles de diseño de puentes construidos con
palos de paleta pegados con pegamento blanco, se logró obtener en un cilindro simulando una
columna una resistencia a la compresión de 500 kg ensayado en los laboratorios del IPN México.
Como conclusión final podemos entender que con la ayuda de software, formulas, investigación,
ingeniería, apoyo del laboratorio de resistencia de materiales podemos hacer trabajar los
materiales al límite dentro de los parámetros de seguridad que nos piden los reglamentos de
construcción y sus normas técnicas complementarias de cada país.
