17 julio, 2024

Expandiendo los límites del bambú: un caso de estudio de ingeniería estructural

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En un mundo que se enfrenta a desafíos ambientales, arquitectos e ingenieros con visión de futuro se inclinan cada vez más hacia encontrar soluciones sostenibles. Mientras el acero y el concreto han dominado durante mucho tiempo la industria de la construcción, el bambú ahora está entrando en escena como una alternativa convincente. Gracias a su combinación potente de resistencia, flexibilidad y respeto al medioambiente, el bambú se está convirtiendo rápidamente en el material de referencia para aquellos interesados en traspasar los límites de la arquitectura sostenible.

En esta transformadora etapa del diseño sostenible, llega la serie de libros electrónicos «Bamboo Structures», sobre la que se basa este artículo. Actuando como una referencia en el campo, el primer volumen se centra en el proceso de diseño estructural detrás del Templo Luum, una obra maestra de la ingeniería en bambú. Esta guía no solo es un texto teórico, sino también un manual exhaustivo repleto de conocimientos del mundo real, investigaciones de vanguardia y experiencia práctica.

El bambú nos fascinó desde que lo vimos por la primera vez. Su estética, su forma extraordinaria, sus secretos y su gran potencial nos motivaron a acercarnos a él. Además, sólo pocos lo aplican para estructuras modernas.Esta investigación quiere participar en la búsqueda de encontrar nuevas formas para el uso del bambú porque creciendo rápido y siendo muy resistente, el bambú es muy competitivo con respecto a otros materiales. La idea principal de esa investigación es aplicar al bambú las técnicas modernas de estructuras livianas, espaciales y flexibles del acero o la madera.
Opinión

Las diferentes técnicas para el uso del bambú que han ido surgiendo a lo largo de los años, han ido propiciando el surgimiento de estructuras cada vez más sorprendentes y diferentes a las estructuras antiguas, lo que es otra característica a favor, ya que no todos los materiales poseen las características adecuadas para realizar estas construcciones.

El uso del bambú como material estructural está lejos de ser un fenómeno nuevo; tiene una rica historia que se remonta a miles de años atrás. A pesar de sus raíces antiguas, gran parte de este conocimiento tradicional ha sido subestimado a medida que el sector de la construcción moderno se centraba en materiales a base de minerales. Sin embargo, hoy en día el bambú está experimentando un resurgimiento global, sacando a la luz una armoniosa mezcla de sabiduría antigua con ingeniería moderna. Esta fusión no solo ofrece nuevas oportunidades para la arquitectura sostenible, sino que también se siente como una evolución inevitable y esperada de la industria de la construcción.

El Templo Luum: un ícono del diseño sostenible

Ubicado en los exuberantes paisajes de Tulum, México, el Templo Luum es más que una simple maravilla arquitectónica llamativa; representa un ejemplo pionero de lo que sucede cuando la sabiduría tradicional se encuentra con la ingeniería moderna. Diseñado para resistir vientos huracanados de 250 km/h y fuerzas sísmicas significativas, esta estructura encarna las posibilidades que surgen cuando aprovechamos las propiedades únicas del bambú como material estructural.

Expandiendo los límites del bambú: un caso de estudio de ingeniería estructural - Imagen 6 de 12

La visión arquitectónica fue conceptualizada por CO-LAB Design Office, llevada a la realidad por Architectura Mixta e inspirada en la icónica obra del legendario arquitecto Félix Candela. La ingeniería estuvo a cargo de Esteban Morales, quien describe el sistema estructural como cinco paraboloides hiperbólicos entrelazados realizados con arcos de bambú y vigas de bambú divididas.

La relación resistencia a la tracción-peso del bambú a menudo supera a la del acero, lo que lo hace no solo fuerte sino también liviano. La flexibilidad es otra ventaja: especialmente cuando se utiliza de forma separada, el bambú permite a los arquitectos crear formas orgánicas y fluidas que desafían las restricciones geométricas tradicionales, facilitando la adopción de enfoques estructurales innovadores que se basan en la rigidez de la forma y la biomimética. El rápido crecimiento del bambú y su capacidad para secuestrar carbono también lo posicionan como una alternativa ambientalmente superior a los materiales de construcción tradicionales, incluida la madera.

Expandiendo los límites del bambú: un caso de estudio de ingeniería estructural - Imagen 3 de 12

Por otro lado, trabajar con bambú también requiere un cuidado especial en ciertos aspectos. Debido a su naturaleza liviana, se debe prestar especial atención a los cimientos, el arriostramiento transversal y la rigidez estructural, que son esenciales para contrarrestar su vulnerabilidad a las fuerzas del viento. Aunque la baja resistencia al corte del bambú presenta un desafío, una comprensión adecuada de sus propiedades permite sistemas creativos para compensar esto, y un enfoque crítico en el tratamiento también es indispensable. Además, el material puede ser propenso a ataques de insectos y tiene una vida útil limitada, por lo que es importante incluir enfoques proactivos de «preservación mediante el diseño» como parte integral de cualquier construcción basada en bambú.

Expandiendo los límites del bambú: un caso de estudio de ingeniería estructural - Imagen 12 de 12

El Templo Luum abraza un equilibrio entre estas ventajas y desafíos. El diafragma del techo interconectado, por ejemplo, se realiza a través de capas cruzadas de esteras de bambú, un guiño moderno a las técnicas empíricas del pasado que brindan a la estructura una impresionante resistencia a las cargas laterales. Para tener en cuenta la flexibilidad y el movimiento natural del bambú, la estructura incorpora cimientos articulados y un anillo de compresión central. Este enfoque no solo captura las fortalezas intrínsecas del bambú, sino que también evita sus limitaciones, demostrando una forma de construir de manera sostenible e innovadora.

El Proceso de Ingeniería

Una característica destacada del proyecto del Templo Luum fue su exitosa integración de conceptos de ingeniería de bambú actualizados con un marco arquitectónico atemporal. En lugar de seguir simplemente procedimientos estándar, el equipo de ingeniería se aventuró en nuevos territorios al desarrollar métodos personalizados, siempre respetando estándares reconocidos internacionalmente. Este enfoque inventivo navegó hábilmente a través del complejo marco regulatorio de México que rodea la construcción de bambú y también sentó un sólido precedente para futuros proyectos de bambú.

El flujo de trabajo técnico del proyecto fue facilitado por un sólido conjunto de herramientas de software. El proceso de diseño estructural comenzó con AutoCAD 3D, donde se modeló la geometría de la estructura y se compatibilizó para los siguientes pasos. Posteriormente, se llevó a cabo el análisis estructural utilizando el software especializado de análisis estructural SAP2000 v.14.

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La estructura se dividió en tres tipos principales de elementos para orientar el proceso de diseño:

  1. Arcos, que se extienden en los bordes de la estructura y radialmente desde el centro.
  2. Vigas, que se extienden en capas y conectan los arcos principales en varias capas.
  3. Diafragma del techo, conformado por la superficie rígida resultante de varias capas de triangulación de vigas y tejido dividido debajo del techo.

Dado que el proyecto se encuentra en una región propensa a vientos huracanados y actividades sísmicas, la estrategia de ingeniería enfatizó la rigidez de la forma, la triangulación y un diafragma resistente. Estos elementos fueron seleccionados específicamente para contrarrestar las fuerzas laterales que podrían comprometer la estructura. En consecuencia, cada componente de la estructura estaba interconectado y diseñado para funcionar de manera cohesionada, garantizando la resistencia contra algunas de las fuerzas más extremas de la naturaleza.

En cuanto a las magnitudes de carga, las considerables cargas sísmicas y las cargas de viento huracanado de 250 km/h gobernaron el diseño. Estas se combinaron con cargas muertas (peso de la estructura y el techo) y cargas vivas para obtener las fuerzas internas de diseño para cada elemento de la estructura. Para esto, se empleó el método de esfuerzo admisible, cumpliendo con el enfoque más adecuado para el diseño estructural de bambú. Luego, las cargas se multiplicaron por el coeficiente de carga prescrito para cada una de las combinaciones de carga requeridas según los códigos estructurales específicos del bambú. Por último, se consideraron las fuerzas internas máximas encontradas en los elementos de arco, viga y diafragma del techo para el diseño final de los elementos estructurales.

Expandiendo los límites del bambú: un caso de estudio de ingeniería estructural - Imagen 5 de 12

Equipados con conocimientos estructurales, como las fuerzas internas que actúan en la estructura para cada combinación de carga, los componentes estructurales se diseñaron en base a los códigos de construcción específicos del bambú, como el NSR-10 (Colombia) y el ISO 22156 (Internacional). Luego, se emplearon softwares especializados como WoodWorks® Connections, SFS Timber Work y APF Wood Joint para el diseño de los elementos de conexión entre los componentes estructurales.

En la parte superior de la estructura, los arcos principales convergen, interconectados por un anillo central de compresión de acero. Esta característica de diseño asegura que la punta de cada arco converja hacia un punto centralizado, recordando los brazos radiantes de una estrella. Haciendo un paralelismo con las alas de los aviones, que se flexionan y rebotan hasta cierto punto durante el vuelo para evitar fallas estructurales, las estructuras de bambú adoptan un principio de ingeniería similar. Para garantizar que los componentes de bambú puedan flexionarse y adaptarse durante eventos adversos como tormentas o terremotos sin fracturarse, el anillo de compresión central incorpora conexiones articuladas robustas, como se ilustra en las siguientes imágenes.

Expandiendo los límites del bambú: un caso de estudio de ingeniería estructural - Imagen 7 de 12

En este proyecto, se realizó un análisis detallado para determinar las conexiones mecánicas en la base. Diseñadas de manera articulada, similar al anillo de compresión central, las conexiones entre los arcos de bambú y la base permiten el movimiento de rotación. Esta estrategia de diseño garantiza que los elementos de bambú no sufran fuerzas excesivas de corte y flexión, que no son sus puntos fuertes. En cambio, el bambú experimenta principalmente fuerzas de tensión y compresión paralelas a sus fibras.

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Como hemos visto, el bambú no es sólo un recurso rápidamente renovable: es un material estructural con el potencial de cambiar el panorama de la arquitectura sostenible en las próximas décadas. Desde sus raíces históricas hasta sus aplicaciones modernas, el bambú demuestra que cuando la tradición se une a la innovación, ocurre la magia.

Liberando el potencial de las estructuras de bambú 

Para aquellos que realmente quieren ser pioneros en la próxima ola de construcción ecológica y comprender los aspectos prácticos del uso del bambú como material estructural, la serie de libros electrónicos «Bamboo Structures» puede ser una guía esencial. Esta publicación reciente profundiza en metodologías, detalles de diseño y aplicaciones de referencia, y sirve como un recurso invaluable tanto para principiantes como para expertos en el campo. Desarrollado sobre la base de los métodos de cálculo estructural utilizados para el proyecto del Templo Luum, este primer volumen aborda una brecha de recursos tan esperada y ofrece una visión clara del diseño estructural de bambú para una audiencia más amplia.

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