dom

19

may

2013

Puentes en Bambú

SISTEMAS ESTRUCTURALES DE PUENTES EN BAMBÚ EN COLOMBIA

 

  

 

Contenido  

1.     Introducción. 

2.     Sistemas estructurales. 

3.     Puentes en bambú en Colombia.

3.1.      Consideraciones sobre el diseño de puentes en bambú guadua..

3.2.      Documentación de un caso.. 

3.3.      Cronología de 6 ejemplos relevantes. 

3.4.      Sistemas estructurales utilizados. 

4.     Fuentes y bibliografía. 

 


 

1.    Introducción 

 

En Colombia, el uso del bambú en la construcción es usual gracias a las dimensiones de diámetro y longitud (específicamente guadua o tacuara), puede tener hasta 24 metros de largo y 12 cm de diámetro, que se reduce hasta 5 cm en el extremo superior, no es macizo y tiene tabiques cada 30 cm. Una característica de este material es su curvatura natural que se da en ocasiones por condiciones de sobre población en el cultivo. Otra característica es su alta resistencia físico mecánica, siendo alta la resistencia a tracción axial paralela a las fibras mas de 1000 kg/cm2. Y muy baja su resistencia ante esfuerzos perpendiculares en comparación con la madera.

Aunque no es propiamente una madera, la técnica constructiva está basada en ella y sus sistemas estructurales. Revisando los puentes en madera y los puentes en bambú construidos en Colombia, se encuentran antecedentes que sirven como ejercicio de estudio del diseño y la construcción en puentes en general. La evolución en el tiempo y ejemplos característicos de puentes en bambú- guadua en Colombia son analizados a continuación. Se resalta y documenta un caso correspondiente a un diseño del arquitecto Simón Vélez de Colombia.

2.    Sistemas estructurales 

 

Se han desarrollado varios sistemas estructurales para puentes en materiales como concreto, acero piedra y madera entre otros. Tomando como base la clasificación de dos referencias específicas Ritter y O´Connor[1] para madera podemos hablar entonces de 6 tipos de sistemas estructurales  vigas, reticulados, arcos, colgantes, placas y atirantados. Esta clasificación está dada por la disposición y modo de trabajo de los elementos de la estructura principal.

 

 

En el sistema de vigas el diseño puede tener dos variaciones de acuerdo a la necesidad. Un apoyo intermedio y voladizos hacia el centro de la luz.

 

Dentro del sistema de puentes reticulados se describen 9 diseños incluidos en el conjunto de puentes reticulados. Poste rey, reina, múltiple, Howe, Pratt, Arco, Largo, Celosía, Arco y cuerda.

 

 

La clasificación anterior es para la estructura principal, que transmite las cargas del tráfico a la estructura de soporte, esta última lleva las cargas a los apoyos. En los puentes se identifican al menos dos sistemas que se pueden combinar entre las diferentes tipologías. (Superstructure y substructure son los términos usados por Ritter) la estructura principal y la de soporte. En el caso de un sistema reticulado se pueden presentar tres casos, según donde se ubique la estructura principal, inferior medio o superior.

 

En las imágenes se puede diferenciar la estructura principal y la de soporte, en dos puentes en madera en Chile. En ambos casos la estructura de soporte es un arco de madera laminada. En un caso la estructura principal es la que tiene la pasarela o pavimento, es un arco de madera laminada. En el otro caso la estructura principal es una viga reticulada soportada por tensores desde el arco de la estructura de soporte. 

 

3.    Puentes en bambú en Colombia

 

3.1. Consideraciones sobre el diseño de puentes en bambú guadua.

 

 

La publicación en Colombia de las experiencias constructivas de los puentes en bambú guadua son pocas. Las construcciones han acudido al “prueba y error” para generar conocimientos básicos sobre el diseño de puentes en este material. Para esta tesina se revisó en revistas artículos referentes. Dentro de estos se encuentra el articulo de Carmiol [2] y Stamm[3] de los cuales se cita las siguiente consideración:

 

“Como el bambú es un material natural, sus cañas no pueden ser idénticas y, por lo tanto, el material se escoge y se separa en grupos de acuerdo a su diámetro y longitud. Por ejemplo, las cañas más gruesas y derechas se utilizan para los postes y diagonales a compresión mientras que las intermedias se dejan para las diagonales tensionadas y correas. Las que tienen alguna curvatura se aprovechan en los arcos y barandales, y las que tienen más de dos curvaturas se dejan para los pie de amigo o para los rieles del piso

Chorreado.”

 

Las publicaciones técnicas no son comunes aunque el material se estudia en los laboratorios de las Universidades. Resultado de los estudios se normalizan requisitos para el diseño y cálculo de estructuras en bambú guadua. Las normas sin embargo no se refieren a puentes. Se refieren a bahareque (técnica constructiva hetereogenea para muros) y casas de uno y dos pisos.

 

La norma NSR 10 Titulo G capitulo 12, establece los requisitos y procedimientos para el calculo de estructuras en guadua. Para citar algunos aspectos generales sobre las estructuras podemos citar textual.

 

deben ser diseñados, construidos y empalmados para resistir los esfuerzos producidos por las combinaciones de de las cargas de servicio y limitaciones de deflexión …

 

… El diseño estructural debe reflejar todas las posibles cargas actuantes sobre la estructura durante las etapas de construcción y servicio; además de las condiciones ambientales que puedan genera cambios en las suposiciones de diseño o que pueden afectar la integridad de otros componentes estructurales

 

… Los elementos se consideraran homogéneos y lineales para el cálculo de los esfuerzos

producidos por las cargas aplicadas…”

 

La misma norma establece los tipos de corte y distancias hasta el tabique. Los cuales son utilizados en el puente Bogotá. Estos tres cortes son, recto, boca, flauta y el esquema dado por la norma es asi

 

 

Para las uniones en general se pueden citar dos tipos de unión. Las uniones con abrazadera o Zunchos y las uniones pernadas.

  

 

Para el cálculo de las uniones se determinan esfuerzos admisibles basados en experimentación y normalizados. Los dos esfuerzos básicos son tracción paralela y perpendicular a la fibra y dirección de la fibra

 

 

  

Para la carga P con diámetro de 80 mm 7.2 KN y de 150 mm 10.03KN. Con tres pernos. Para la carga Q con diámetro de 80 mm 2.8 KN 5.2 y de 150 mm 5.2 KN. Con tres pernos.

 

Sobre el diseño la normativa es explicita en el tema de durabilidad en relación a los factores que la afecta “Cargas sobre ellas, Condiciones ambientales, cómo variaciones de humedad y cambios térmicos, a que estarán expuestas en su estado de servicio. Deformaciones y desplazamientos que afecten a la apariencia o al uso de la estructura, o causen perjuicio a las terminaciones o a los elementos no estructurales. Daños, incluyendo fisuración, que afecten negativamente a la apariencia, la durabilidad o funcionalidad de la estructura.”

 

Stamm quien construyó puentes en bambú, se refiere a la complejidad de la normalización basado en su experiencia práctica” Bambúes rectos casi no se encuentran y es una perdida de tiempo pedir un camión con guadua recta y diámetros uniformes. Pero si se puede pedir una gama de especificaciones con rangos  de curvatura, sobre madurez, rangos de diámetros y varias longitudes. La calidad de la selección depende del proveedor. En Colombia e Indonesia ya se puede escoger entre una media docena de empresas con buena capacidad y calidad de producción instalada” (cita de  Stamm 2009[4], página 21).

 

Las citas de los párrafos anteriores son las consideraciones especificas para el diseño, cálculo y construcción de puentes en bambú.

3.2. Documentación de un caso

 

En la literatura sobre bambú guadua en Colombia la referencia documental sobre los trabajos existentes no es muy amplia. Los ejemplos son siempre ejercicios de algunos  profesionales en busca de conocimientos sobre las técnicas y resultados de retos de innovación. En esta tesina se presenta el caso del puente peatonal en bambú guadua, como un caso para ilustración y descripción.

 

Ubicado en una de las avenidas más transitadas de Bogotá, (Cundinamarca), sobre la altura de la carrera 119 con la troncal de la Calle 80, se levanta este puente que pesa 130 toneladas y que conecta la alameda Florida Juan Amarillo con el parque La Florida, la avenida principal del sector y los barrios aledaños, a través de un trazado de 5,6 kilómetros que sirven como ciclorruta. Es el primer puente de guadua de la ciudad, cuenta

con bases de concreto, uniones de hierro y 3.000 cañas de guadua.

La obra, que fue diseñada por Simón Vélez y Marcelo Villegas, quien se encargó del montaje estructural, consiste en un viaducto de 45 metros de longitud y 3.0 de ancho, que resisten 36 toneladas y cuyo techo, elaborado en bambú y materiales sintéticos, garantiza una vida útil de 200 años para la estructura.”

 

Cita textual del articulo Puentes en Guadua: Pasos sobre Material Constructivo Eficiente En: Revista mm El mueble y la madera Bogotá Colombia, Edición 72 página 46-52

 

El puente tiene tres sistemas estructurales. El principal, (superstructure) en donde va la rodadura, el de soporte (substructure)y el de cubierta.

 

  

El sistema de cubierta es un par de vigas inclinadas o “pares” que generan empujes laterales. Un elemento horizontal restringe los empujes (tirante). El sistema se asemeja al par y nudillo usado en la obra de Simón Velez y heredado de la arquitectura de la zona cafetera en Colombia.

                    

 

Las uniones de las vigas en la cubierta tienen los cortes establecidos en la norma para su funcionamiento (ver cortes y uniones NSR 10). El  corte en boca de pescado, genera más puntos de contacto entre los dos tubulares, comparado con un corte recto.

 

                                   

 

El  corte para la unión se hace  cerca del tabique del canuto que es la pared interna que amarra el conjunto de fibras que componen el elemento. Adicionalmente se pone un “zuncho” o abrazadera metálicas en la punta para restringir la deformación por pandeo. Los grupos de guaduas se amarran con cintas metálicas.

 

                    

Tanto la cubierta que es en teja de barro, como el piso aportan una carga alta al diseño, para reducirla se construye la pasarela en madera que tiene menos densidad que el concreto especificado originalmente.

 

                

 

 

En cada apoyo del puente las uniones de la superstructure o sea el arco inferior rematan rectas en una superficie de concreto. Las uniones de la cubierta en los extremos tienen forma cónica para ser articuladas y transmiten al apoyo el esfuerzo de compresión y tracción axial. Se utilizaron elementos metálicos insertos en la punta de cada elemento, para los dos casos

 

                   

 

Los dos arcos que conforman la estructura, se desarrollan en dos planos. Desde el punto más alto de la estructura en el centro del puente hasta el apoyo, no se conforma con los verticales un plano recto, lo que se forma es una superficie con curvatura. Este hecho cambia el trabajo estructural previsto generando tensiones internas entre los grupos de elementos o guaduas de cada arco.

 

                    

Para contra restar los esfuerzos perpendiculares y la torsión se refuerza parcialmente con platinas de acero y con concreto entre los grupos de guaduas.

                                   

 

 

En el puente se observa la unión característica de las estructuras de guadua desarrolladas por Simón Vélez. La perforación de 1 pulgada para inyectar el mortero que resiste parte de la  carga perpendicular a los elementos y además transmite a las paredes de la guadua los esfuerzos paralelo al eje de los elementos.

                                                                               

 

Las diagonales en la cubierta generan rigidez en el sistema. Los elementos diagonales como viguetas soporten una placa de cemento y arena o mortero sobre una malla metálica.

 

  

Las perforaciones pequeñas en cada canuto son para inyectar inmunizante que de otra forma no penetra efectivamente la zona interna del material. Las más grandes son para inyectar el mortero que aumenta la resistencia.

                

 

 

 

La longitud de los elementos transversales o vigas de la superficie de tránsito, estan previstos para el trabajo a flexión debida a la carga de uso. En el sentido longitudinal se conforma una plataforma de elementos que dan soporte a la superficie de uso. En los extremos se instalan diagonales en los apoyos que restringen ante una eventual carga por ejemplo a causa de impacto de un vehiculo, un sismo en dirección perpendicular al puente o similar.

3.3. Cronología de 6 ejemplos relevantes

 

En Colombia se han construido puentes en bambú no vehiculares con luces libres entre  apoyos de hasta 45 metros. En los últimos 10 años se destacan 3 diseñadores con más de 12 obras construidas. Se resaltan en el cuadro 6 casos desde 2001 hasta 2009 donde la característica principal es la utilización de elementos curvos, sistemas planares, básicamente dos arcos o dos retículas planas unidos por elementos rectos tal como el caso esudiado en el numral 3.2.

 

Las especies de bambú grandes, no se pueden deformar con calor a diferencia de las especies pequeñas. A partir de flexionar o pandear por compresión el bambú guadua se logra una curva rebajada, y la carga que se debe aplicar es alta, causando tensiones previas. Así que la curvatura de los elementos es natural, se da durante el crecimiento y es causada por plantaciones sobre pobladas donde se compite por la luz solar,

 

 

 

 

3.4. Sistemas estructurales utilizados

 

De los seis casos seleccionados se pueden tipificar tres sistemas estructurales usados para estos puentes en bambú, son estos, Arcos, Reticulados y Atirantados.

 

Los puentes Bogotá y Guandong diseñados por Velez, tienen tres estructuras, la principal que recibe las cargas del tráfico, la de soporte transmite a los apoyos la carga y la de cubierta que se apoya en el arco. El puente Manabí diseñado por Rojas tiene las mismas tres estructuras en dos tramos que anulan los empujes  horizontales de los arcos en un extremo. Los tres diseños aprovechan la curva natural del material para formar arcos con forma de catenaria y llevar las cargas a los apoyos donde son soportados por estructuras en concreto.

 

Los puentes Pasto y Pereira diseñados por Stamm son reticulados planos tipo Howe y Burr  respectivamente. (según la clasificación de Ritter1). Y el puente Cúcuta es una combinación de sistema  arco para la estructura principal y sistema atirantado para la estructura de soporte y cubierta.

 

4.    Fuentes y bibliografía

 

 

Dibujos y fotografías elaboración propia para esta tesina por Walter Barreto

 

STAMM, Jörg 2009 SEVEN CONCEPTS TO BUILD A BAMBOO BRIDGE Thailand, 29 de Abril de 2009

 

RITTER, Michael A. 1990. Timber Bridges: Design, Construction, Inspection, and Maintenance. 944 p.

 

O’CONNOR, Colin . 2000 . Bridge Loads, Taylor and Francis group

 

Villegas Marcelo. 2003, GUADUA, Arquitectura y diseño Villegas editores Bogotá Colombia 2001. ISBN 958-81 56 05 X. 206 p.

 

DIAZ Duque, Fernán A. 2012 Puentes  y  parques  temáticos en guadua. Conferencia en Diplomado Sistemas constructivos en madera Universidad del Bio Bio Concepción Chile

 

SALINAS Barrera, Angela. 2011. Tipologías de puentes de madera, viales y peatonales 2011. Conferencia En Diplomado Cálculo y diseño de estructuras en madera. Universidad del Bio Bio Concepción Chile

 

SALAS Delgado, Eduardo. 2012. La era del bambú, Simón Vélez: Premio Príncipe Claus-2009 y La Arquitectura de Bahareque en Colombia: Patrimonio de la Humanidad Editorial Académica Española, ISBN-13: 978-3-8454-9192-9. 336 P.

 

Puentes en Guadua: Pasos sobre Material Constructivo Eficiente En: Revista mm El mueble y la madera Bogotá Colombia, Edición 72 Julio Agosto 2011 página 46-52   

 

Carmiol Umaña, Virginia. Bambú Guadua, en puentes peatonales Tecnología en Marcha, Vol. 23, N.° 1, Enero-Marzo 2010, P. 29-38

 

Stamm, J. Guía para la construcción de puentes en Guadua. Proyecto UTP-GTZ. Pereira, Colombia, 2001.

 



[1] Ritter, Michael A. 1990. Timber Bridges: Design, Construction, Inspection, and Maintenance. 944 p. O’Connor, Colin . 2000 . Bridge Loads, Taylor and Francis group

 

[2] Carmiol Umaña, Virginia. Bambú Guadua, en puentes peatonales Tecnología en Marcha, Vol. 23, N.° 1, Enero-Marzo 2010, P. 29-38

 

 

[3] Stamm, J. Guía para la construcción de puentes en Guadua. Proyecto UTP-GTZ. Pereira, Colombia, 2001.

 

[4] Siete Conceptos para hacer un Puente en Bambú. Thailand, 29 de Abril de 2009.

 

[5] VILLEGAS Marcelo. 2003, GUADUA, Arquitectura y diseño. Villegas editores Bogotá Colombia 2001. ISBN 958-81 56 05 X. página 13

 

[6] DIAZ Duque, Fernán A. 2012 Puentes  y  parques  temáticos en guadua. Conferencia Diplomado Sistemas constructivos en madera Universidad del Bio Bio

 

[7] Ecobamboo,2009 Memorias Curso de Capacitación en Construcción con Guadua en 1 al 3 diciembre 2009. Cali Colombia. 1 CD

[8] SALAS Delgado, Eduardo. 2012. La era del bambú, Simón Vélez: Premio Príncipe Claus-2009 y La Arquitectura de Bahareque en Colombia: Patrimonio de la Humanidad Editorial Académica Española, ISBN-13:978-3-8454-9192-9. 336 P.

[9] Ecobamboo,2009 Ibid

 

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Comentarios: 1

  • #1

    bladimir (domingo, 14 julio 2013 11:26)

    buenas tardes hagame el favor de orintarme unas diseño de puentes peatonal es para poder trabajar, aqui en el municipio de espinal me sale un contrato para hacer. el celular es 3114687769espero contar con ustedes su colaboraciondios te vendigas

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