Estructuras de Bambú

Hace bastante tiempo que el Bambú se sitúa en la agenda política de varias instituciones y entes nacionales. Y esto es así debido a los múltiples usos y fines económicos que el mismo conlleva. Es por ello que resulta interesante investigar e informarnos acerca de nuevos horizontes en el mundo de la construcción.

En esta nota vamos a comentar brevemente algunos aspectos relativos al bambú como especie y luego algunas referencias en cuanto al mismo como material de construcción. Se pretende introducir algunos conceptos a nivel ilustrativo dada la complejidad y extensión de los temas abarcados.

Por Mgter Ing. Ivan Edsberg de Ingenieros Edsberg & Asociados.

Características del Bambú

El termino Bambú (Bamboo) es una palabra genérica, pero abarca una familia de especias muy diversas:

También se le conoce en el Delta bonaerense como cañaverales, tacuaras o cañas y existen alrededor de 350 especies que de distribuyen casi a lo largo de toda América. En particular en la provincia de Buenos Aires existen especies autóctonas que vienen siendo estudiadas para fines de construcción y que socialmente ya se las conoce y están instaladas hace más de 100 años.

En la provincia de Misiones contamos con especies exóticas que no son invasoras debido a que crecen en matas y no se propagan de manera descontrolada. Este es el caso del Dendrocalamus asper, también conocido como “Bambú Gigante”. Esta especie, nativa del sureste de Asia, se ha adaptado muy bien a otras regiones como Brasil, Perú, Ecuador y Argentina. En la provincia de Misiones hay un plan de promoción de cultivo denominado “Plan Bambú Misiones”, liderado por el Ministerio de Ecología y Recursos Naturales Renovables. Por medio de este plan se proveen, a pequeños y medianos productores, los plantines necesarios para cubrir sectores de determinada unidad productiva y, además, se los acompaña con asesoramiento técnico, lo cual resulta indispensable para llevar adelante una producción sostenible a escala comercial.

En general son especies muy resistentes y su proliferación debe ser controlada. Como dato de color se sabe que las primeras especies en reaparecer luego de las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki fueron brotes de bambú. Varían de escasos centímetros de altura a especies que llegan a medir más de 30 metros de altura y 30 cm de diámetro y se la conoce por ser una de las plantas terrestres de crecimiento más rápido en el planeta.

Ejemplo de Guadua Chacoensis. Casi 13cm de diámetro exterior y 3cm de espesor de pared.

Los usos del bambú para construcción se enmarcan en lo que denominamos construcciones «sustentables». Debemos ser cautos al emplear este concepto de sustentabilidad y no usarlo simplemente con fines de marketing o económicos.

Al Bambú se lo conoce como «acero vegetal» dado que sus fibras tienen comprobada calidad superior que el acero ya que en algunos casos resisten lo mismo pero pesan menos y son aún más flexibles. Superando al acero inclusive en algunas de sus prestaciones. Claro está que sus características mecánicas superan a la madera también. Más adelante veremos ensayos que justifican estas afirmaciones.

Muestra de Bambú tomada de un lote proveniente de la provincia de Misiones

Al bambú se lo suele asociar con construcciones aborígenes y nada dista más de la realidad. El sinfín de productos y subproductos a partir del mismo demuestran lo útil del material, inclusive con fines comestibles. El brote de bambú es el vegetal con mayor contenido de proteínas conocido.

Es un problema cultural similar al que en principio enfrentaban las construcciones con madera. Afortunadamente en Argentina es una tendencia que va en aumento.

Una particularidad de esta especia es que no se deforesta, sino que se tala, manteniendo así bosques controlados para asegurar su extracción de manera continua.

El bambusal tiene muchos beneficios ambientales entre los cuales podemos mencionar:

– Regulación de los niveles de agua de la zona. Retienen grandes volúmenes de agua debido a que la planta misma lo almacena en su interior hueco.

– Captación de CO2

– Produce 40 veces más oxígenos que bosques convencionales como el pino taeda o elliotti

– Barrera natural contra vientos y plagas

– Fortalecedor de economías regionales por la fácil e inmediata manufactura. Al igual que con la madera aserrada con simples herramientas se pueden desarrollar productos de muy buena calidad y de múltiples usos cotidianos, entre los que se encuentran los asociados con la construcción.

Durabilidad

En cuanto a la durabilidad natural del bambú se cuentan con las siguientes estimaciones:

– Piezas en contacto con humedad, suelo, etc. sin tratar. Entre 5 y 7 años.

– Piezas en ambientes secos e interiores sin tratar. Entre 10 y 12 años.

– Piezas tratadas en ambientes secos o interiores. Entre 20 y 30 años.

Es por ello que es de suma importancia pensar en trabajar con materiales tratados que no sean atacados por hongos e insectos.

Otro aspecto fundamental al igual que con la madera es alejar al material, desde el diseño, de la acción del agua:

Bambú como material de construcción

Para poder hacer uso del bambú en la construcción es importante entender el proceso productivo del mismo, pues este determina que usos serán posibles. Por ejemplo para lograr varas de excelente calidad el bosque donde se implantan las especies debe estar ordenado según patrones al igual que sucede con la madera de especies de arboles.

En la siguiente imagen se ve un bosque de bambú (bambusal) ordenado del cual se extraerán especies rectas y de calidad controlada:

Por ejemplo el cielo raso del aeropuerto internacional de Barajas (Madrid) esta hecho con bambú. Se observa un control estricto de calidad para poder llegar a uniformidad de secciones y colores:

Las primeras construcciones con bambú, como se muestra en la imagen siguiente, se realizaban con barro crudo y varas rectas o entrecruzadas. Muchos pueblos de origen asiáticos tienen esta costumbre milenaria mientras que en América latina su uso fue muy difundido en el Peru.

Su simplicidad en el armado y flexibilidad le permitieron cobrar protagonismo. A su vez son sistemas que disipan muy bien la energía y poseen bajo peso lo que los hizo aptos para el desarrollo de asentamientos en zonas de alta sismicidad.

Con estas técnicas como sostén se logran fachadas como las que se observan a continuación, muchas de ellas en pie aun hoy en día:

Según relevamientos realizados la importancia de este material llega a su adopción en edificios institucionales en toda America central. En países como Costa Rica se construyen ya 1500 viviendas al año, mientras que Colombia, Ecuador y Guatemala tienen índices al rededor de 400-600 viviendas al año.

Estudios de Arquitectura como Zuluaga Arquitectos en Colombia ya desarrollan proyectos de viviendas con estructuras mixtas en hormigón y bambú:

Aspectos estructurales

Como se mencionó más arriba a este material se lo conoce como el «acero vegetal». Y es que sus resistencia a compresión y a tracción es extremadamente buena, siempre aplicando los esfuerzos en el sentido longitudinal de las fibras vegetales. Sin embargo, el comportamiento a corte y flexión no es satisfactorio.

Pero esto puede ser aprovechado de manera eficiente si se diseñan estructuras aporticadas al igual que lo hacemos con las estructuras metálicas. Esto quiere decir que se deben proyectas cabreadas o vigas reticuladas con triangulaciones que formen planos rígidos. Y las cargas consideradas deben actuar, en la medida de lo posible, sobre nudos. Al igual que los apoyos de las estructuras formadas por barras y nudos deben estar apoyadas en nudos rígidos correctamente diseñados.

Naturalmente para este tipo de estructuras aplican los mismos conceptos de estabilidad que para cualquier material y debe prestarse especial cuidado al diseño de la construcción en su conjunto, proyectando y materializando los arriostramientos necesarios para la estabilidad del conjunto:

Para los arriostramientos es común utilizar barras lisas o nervuradas de acero a fin de garantizar planos rígidos de trabajo para cada dirección.

Notar en la siguiente imagen como se desarrollan estructuras de tracción/compresión inclusive con formas curvas, hecho que es más complejo de materializar en estructuras metálicas.

Como la resistencia a flexión y corte del bambú es baja es conveniente diseñar uniones articuladas. El motivo principal es que si se diseñasen empotradas muchos de los esfuerzos se deben resolver con elementos metálicos que requiere mayor atención.

Uniones – Algunos casos típicos

Algunos tipos de uniones simples que se pueden materializar:

Unión simple con gancho metálico: (siempre en conveniente rellenar las cavidades con algún grout cementicio) Este tipo de uniones simula a una articulación.

Se deben tener especiales recaudos a la hora de materializar este tipo de uniones dada la baja resistencia al aplastamiento que tienen las cañas de bambú:

También tienen baja resistencia al desgarramiento en puntos de debilidad como se observa en la siguiente imagen: (conviene apoyar sobre nudos)

En el siguiente caso se observan uniones a corte o cizallamiento, usando varillas roscadas como elemento resistente a cortante y macizando (grout) dicha cavidad de la caña para mejorar la rigidez del nudo y la durabilidad del elemento metálico:

Por otro lado, se pueden contar con uniones a tracción como se observan a continuación: en donde el macizado además sirve como elemento de soporte de la barra de acero. Se deben diseñar longitudes de empalmes, diámetros y macizados.

Componiendo lo anterior se pueden lograr uniones mucho más complejas de estructuras reticuladas:

Caracterización mecánica del bambú:

A titulo orientativo se presentan algunos resultados en ensayos elaborados en la Universidad de Tucumán. Donde se ensayaron 6 muestras en total de distintos espesores, 5 especies de Phyllostachys Aurea y 1 de Phyllostachys Viridis:

Las probetas que se ensayaron a compresión son:

Obteniéndose los siguientes resultados:

Obsérvese el coeficiente de seguridad de 10 debido a la naturaleza del material.

Mientras que para esfuerzos de tracción solo se estudiaron 3 especies:

Observar como para la probeta nro. 7 la tensión de rotura es de 1830 kg/cm2. Y son especies de ensayo que existen en nuestro medio. Para otras especies como la Bambusa las tensiones de rotura en tracción son del orden de 2050 – 3060 kg/cm2. Dando rigor científico al dicho de que el bambú es el «acero vegetal».

Lo valores alcanzados se acercan a los de otras especies de mayor porte, de uso frecuente para la construcción. Los valores que reportan ensayos en la especie Bambusa vulgaris son de 443 kg/cm2 para compresión y 1196 kg/cm2 para tracción en la parte media, o la Gigantoclhoa robusta con 511 kg/cm2 para compresión y 1854 kg/cm2 para tracción en tramo medio (Hidalgo 2013).

Incluso comparando con otras cañas utilizadas en nuestro país -como la Bambusa balcoa, la Dendrocalamus y la Bambusa tuldoides- experimentadas en la Universidad Nacional de Tucumán, y que alcanzan valores que van desde los 207 kg/cm2 a los 391 kg/cm2, el género Phyllostachys se presenta como una óptima alternativa para climas en los que no han podido adaptarse todavía algunos bambúes gigantes.

Ejemplo de calbulo: Columna compuesta de varas de bambú

Si por ejemplo tomamos la probeta nro.1 con las siguientes características:

Diámetro 52mm; espesor de pared 5mm; A=7.37cm²

Considerando su tensión admisible de 42 kg/cm²

Luces entre columnas de 4m y área tributaria de 16m².

Carga del paquete de cubierta de 60kg/m²

Ntotal = 16 m² * 60 kg/m² = 960 kg

Nmax/vara = 42 kg/cm² * 7.37 cm² = 310 kg

Columnas compuestas por 4 varas resuelven el problema de soportes para cargas moderadas a leves de cubierta y luces máxima de 4mts. No se consideran fenómenos de inestabilidad del equilibrio para mayor sencillez.

Complejo La Aripuca, una construcción con bambú en Misiones

Conclusiones

Si bien el bambú es un material apto para construcción y que presenta múltiples ventajas el objetivo de la nota no es tomarlo de manera aislada sino presentar a un material que en conjunto con otros puede ser ser gran ayuda. Optar por métodos mixtos de construcción y utilizar en cada caso el material que resulte mas adecuado.

Así como ocurre con la madera es probable que la mejor manera de incluirlo en proyectos sea en cubiertas o estructuras ligeras. Para luego comenzar a desarrollar la técnica y la ingeniería necesarias para incorporarlos en proyectos de mayor envergadura.

dada la importancia de construir con métodos sustentables, y debido a que este tipo de material existe en la provincia de Misiones, se invita a los profesionales a avanzar en este campo para desarrollarlo más en profundidad.