SISTEMA NACIONAL DE PROTECCIÓN CIVIL · Manual de diseño y construcción con el sistema....

1

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

BAMBULOSA® - SISTEMA CONSTRUCTIVO PREFABRICADO PARA LOSAS DE ENTREPISO

Y CUBIERTAS A PARTIR DE VIGUETAS DE BAMBÚ PRESFORZADAS

Mathieu Queiros1, Verónica María Correa Giraldo2, Claudia Lilián Luque Rodríguez.

RESUMEN

Se presenta la metodología y los principales hallazgos del desarrollo tecnológico de un sistema prefabricado

compuesto por viguetas presforzadas de bambú estructural (Guadua angustifolia), para losas de entrepiso y

cubiertas. El sistema Bambulosa® es uno de los componentes de un sistema constructivo para soluciones de

edificación sustentable de bajo costo. El desarrollo y las validaciones del producto se realizaron en un periodo

de tres años, gracias a la colaboración de un grupo de profesionales en varias disciplinas, tales como

ingeniería mecánica, diseño industrial, ingeniería ambiental, ingeniería industrial, arquitectura bioclimática,

construcción y otros aspectos generales aplicados al bambú. Así mismo, se contó con la colaboración de

diferentes Universidades y Centros de Investigación nacionales.

ABSTRACT

This paper presents the methodology and the main findings of the technology development of a prefabricated

system composed of structural bamboo (Guadua angustifolia) prestressed beam, for slabs and roofs.

Bambulosa® system is one of the components of a constructive system for low cost housing solutions. The

product development was carried out in three years, thanks to the collaboration of a transdisciplinary

professionals group, including areas of mechanical engineering, industrial design, environmental engineering,

industrial engineering, bioclimatic architecture, construction and other general aspects applied to bamboo.

Besides, different Universities and National Research Centers collaborated in the project.

INTRODUCCIÓN

De acuerdo con la Sociedad Hipotecaria Federal (SHF), el principal problema de la vivienda en México es el

rezago: existen casi 9 millones de hogares en condiciones de rezago habitacional ampliado, lo que representa

el 28.3% del total de hogares en el país y 34 millones de personas afectadas. Otro fenómeno muy presente en

México es el abandono de la vivienda debido a la condición de alejamiento de los servicios urbanos básicos y

a los altos costos que implica el sólo hecho de vivir en ellas, entre los países de la OCDE, México tiene una

de las tasas más altas con el 14,2% de viviendas deshabitadas lo que equivale a 5 millones de viviendas. El

costo de la vivienda es también uno de los mayores problemas, de acuerdo con la SHF sólo el 5,6% de los

hogares en rezago habitacional tendrán la capacidad económica para una solución de vivienda este año.

Entre los estados con mayor rezago habitacional, se encuentran Chiapas, Guerrero, Oaxaca, Puebla y

Veracruz, que suman el 39% del total de población en rezago en el país (ver tabla 1). De manera afortunada,

en estas zonas se dan las condiciones propicias para que crezcan de forma natural especies de bambú leñoso,

tales como Guadua angustifolia, Guadua aculeta, y Bambusa oldhamii, un recurso que puede contribuir a

generar soluciones sustentables para a los problemas de vivienda atrás mencionados.. El aprovechamiento

adecuado del bambú para la construcción de vivienda generaría una alternativa de bajo costo para contribuir a

la reducción al déficit habitacional. De acuerdo con estimaciones actuales derivadas de implementaciones de

bambú en construcción en México, se genera un ahorro económico de por lo menos un 20% con respecto a

1 Coordinador técnico de proyectos de innovación y desarrollo tecnológico, Kaltia Consultoría y Proyectos

S.A. de C.V., Hortensia No. 90, Col. Santa María la Ribera, C.P. 06400, Ciudad de México, Teléfono, (55)

5615-9617; [email protected] 2 Directora general, Kaltia Consultoría y Proyectos S.A. de C.V., Hortensia No. 90, Col. Santa María la

Ribera, C.P. 06400, Ciudad de México, Teléfono, (55) 5615-9617; [email protected]

XX Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Mérida, Yucatán 2016.

2

soluciones comerciales. Además, el aprovechamiento de este recurso de origen natural, fomentaría la creación

y el fortalecimiento de cadenas productivas enfocadas en el manejo y aprovechamiento tanto de plantaciones

como de bosques naturales de bambú, contribuyendo a la generación de nuevos empleos, la reducción de la

pobreza y el posicionamiento del bambú como alternativa a los materiales convencionales, que generan un

alto impacto ambiental.

Tabla 1 Características de los estados con mayor rezago habitacional

Estado Pobreza

extrema (%) Rezago

habitacional (%) Clima Presencia del bambú

Chiapas 31,8 9,15 Cálido húmedo

Es el estado más importante en cuanto a bambúes nativos.

Agromod S.A. de C.V. tiene la producción más grande de Guadua angustifolia de Latinoamérica.

Olmeca, Chusquea

Oaxaca 28,3 6,16 Cálido subhúmedo

Tiene el mayor número de especies endémicas pero escasas poblaciones.

Chusquea.

Guerrero 24,5 5,48 Cálido subhúmedo

Bambú silvestre sin manejo importante para su aprovechamiento.

Veracruz 17,2 13,40 Cálido subhúmedo

Huatusco: zona productora importante.

Bambuver A.C. produce y comercializa 13 especies y/o variedades de bambú; Guadua angustifolia y Bambusa oldhamii entre otros.

Olmeca, Chusquea, Otatea Acuminata, Guadua aculeata.

Puebla 16,2 4,87 Templado subhúmedo

Cooperativas para el manejo de plantaciones de Guadua aculeata, Guadua angustifolia, Bambusa oldhamii y Phyllostachys en la zona norte del Estado (Cuetzalan, Hueytamalco, Teziutlán).

El uso del bambú para la construcción de viviendas no es un concepto nuevo, sin embargo, y a pesar de su

probada efectividad, los sistemas constructivos a partir del uso del bambú se han considerado como “no

adecuados” para la construcción de vivienda de acuerdo a las instituciones oficiales, probablemente debido a

que los sistemas tradicionales de construcción involucran procesos artesanales realizados in situ, por personas

con conocimientos empíricos obtenidos, muchas veces, a través de la tradición oral, lo que no es compatible

con los estándares actuales de vivienda, que exigen un diseño arquitectónico e ingenieril que garantice la

habitabilidad y la seguridad de la edificación, así como su factibilidad económica y constructiva a niveles

sociales. Para aprovechar los beneficios del bambú como material de construcción se hace necesaria la

creación de sistemas constructivos congruentes con el contexto normativo, tecnológico, ambiental y social

actual en el país.

En los últimos años, a la industria de la construcción se le ha atribuido impactos ambientales asociados al

cambio climático por la generación de gases efecto invernadero (GEI) en su cadena de valor y México no es

un escenario apartado. Según datos publicados por el Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático

(INECC), los GEI derivados de los procesos industriales se incrementaron en un 102,3% de 1990 a 2010. En

2010, las fuentes que más contribuyeron a las emisiones de CO2 fueron: la producción de cemento con el

47,5%, el uso de piedra caliza y dolomita con el 29,6% y la producción de acero con el 12,1%. Además, se

presentan problemas asociados con el reúso y/o reciclaje de los materiales de construcción. De no promoverse

3


acciones alineadas a mecanismos de desarrollo limpio y edificación sostenible, se estima que las viviendas

nuevas que se construirán en México durante la próxima década serán entre 5 a 10 millones y generarán más

de 70 millones de toneladas de emisiones de GEI para el año 2020, incumpliendo con las metas propuestas en

convenios internacionales de reducir el 20% de las emisiones de GEI del país.

Por lo anterior, la empresa Kaltia Consultoría y Proyectos S.A. de C.V., con el apoyo del Consejo Nacional de

Ciencia y Tecnología (CONACyT,), en alianza con varias universidades e institutos de investigación

mexicanos, así como con la colaboración de investigadores independientes, ha desarrollado un sistema

estructural prefabricado a partir de culmos de bambú para solucionar losas de entrepiso y cubiertas. Se trata

del sistema Bambulosa®, un sistema prefabricado a base de viguetas presforzadas de bambú y elementos de

acero, que sirve como soporte a una cubierta conformada por una o varias capas con funciones estructurales

y/o estéticas (diafragma resistente, acabados superior e inferior, etc.). El sistema fue concebido para usar

bambúes leñosos del género Guadua, adaptándose a la oferta actual en México, pero con la proyección para

producirse en cualquier país en dónde se produzca este género de bambú. En 2015 se realizó una solicitud de

patente ante el IMPI, y actualmente, se ha adelantado una gestión de registro de patente internacional, así

como obtención de marca registrada.

Figura 1 Vista isométrica y transversal del sistema Bambulosa®

DESARROLLO DEL PRODUCTO

El sistema Bambulosa® se desarrolló en un periodo de tres años, gracias a la conjunción de varias disciplinas

tales como: ingeniería mecánica, ingeniería ambiental, ingeniería industrial, arquitectura bioclimática y

construcción. En la Tabla 2, se muestra la secuencia de desarrollo tecnológico del sistema.

El desarrollo tecnológico de Bambulosa® fue cofinanciado por el Programa de Estímulos a la Investigación

(PEI), del CONACyT, el cual tiene por objetivo incentivar, a nivel nacional, la inversión de las empresas en

actividades y proyectos relacionados con la investigación, desarrollo tecnológico e innovación a través del

otorgamiento de estímulos complementarios, de tal forma que estos apoyos tengan el mayor impacto posible

sobre la competitividad de la economía nacional.

Tal como se presenta en la tabla 2, el proyecto para el desarrollo del producto, se llevó a cabo durante tres

fases (cada una de un año de duración), en los que en la primera fase (2013), se creó, mejoró y validó el

comportamiento mecánico de la viga presforzada, ya que con anterioridad se realizaron pruebas constructivas

del prototipo. En el año 2014, se desarrolló la validación del comportamiento mecánico del sistema de piso, el

estudio de cubiertas idóneas de acuerdo a criterios bioclimáticos, el inicio de la creación del paquete de

ingeniería y la redacción de la patente. En 2015, se realizaron validaciones complementarias, se trabajó en una

mejora en el proceso de secado para la disminución de las fisuras del bambú, se crearon manuales de

producción y de diseño estructural, y se realizó la medición de impactos ambientales a lo largo de la cadena

de valor del producto por medio de análisis del ciclo de vida.


4

Actualmente, el producto se encuentra en una etapa de introducción piloto al mercado nacional, y ya se han

identificado ciertas mejoras en los mecanismos de conexión con los elementos portantes. Así mismo, se

espera que en 2017 se logre iniciar con el proceso de obtención de certificaciones con el ONNCCE, para su

implementación masiva en el mercado de la edificación.

Tabla 2 Secuencia de desarrollo tecnológico del sistema Bambulosa®

Etapa I 2013

Desarrollo tecnológico y estudios del comportamiento estructural de la

viga presforzada

Etapa II 2014

Desarrollo tecnológico y estudios del sistema completo

Etapa III 2015

Estudios adicionales y conformación del paquete tecnológico

Desarrollo preliminar del prototipo

Diseño de prototipo del sistema completo y estudios de laboratorio

Estudios complementarios (resistencia al intemperismo, comportamiento ante el envejecimiento acelerado)

Desarrollo tecnológico del prototipo

Desarrollo de la primera fase del paquete de ingeniería

Programa de secado de bambú para disminución de fisuras

Estudios del comportamiento estructural del prototipo en laboratorio

Estudios bioclimática (tres zonas climáticas de México)

Manual de diseño y construcción con el sistema.

Implementación en caso piloto

Solicitud de patente Análisis de ciclo de vida

ESTUDIOS DEL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DEL SISTEMA

DISEÑO DE PROTOTIPO DE VIGUETA PRESFORZADA

La idea original del sistema Bambulosa® consiste en un sistema compuesto por un arreglo en paralelo de

elementos estructurales prefabricados (viguetas compuestas), las cuales pueden trabajar en conjunto con la

cubierta que soportan. En este trabajo solamente se hace referencia al trabajo en sección compuesta cuando la

cubierta es un firme de concreto. Las viguetas, se conforman por un tramo de culmo de bambú, una varilla

roscada al centro, dos varillas en los extremos las cuales soportan entre sí a un elemento de acero, con el

propósito de hacer trabajar los materiales bajo su capacidad máxima, el bambú a compresión y el acero a

tensión.

Figura 2 Primera idea del prototipo de vigueta compuesta para el sistema Bambulosa®

A partir de esta idea, se comenzó con el proceso de análisis y mejora del prototipo, para lo cual se

desarrollaron 20 alternativas, mediante las cuales se fue mejorando el comportamiento, hasta llegar a

prototipos óptimos, considerando rangos de claros a cubrir. Todas las alternativas fueron sometidas a ensayos

de flexión en cuatro puntos, en el laboratorio de estructuras de la UAM Azcapotzalco, los ensayos se

realizaron siguiendo las recomendaciones de la norma ISO 22156 para ensayos a flexión de elementos de

bambú. El proceso de mejora se realizó gracias al análisis de los resultados (carga máxima, deflexión a la

carga máxima, deflexión residual, curva carga vs deflexión, reporte fotográfico y video, análisis de fallas,

etc.), resultando prototipos óptimos para claros cortos (menores a 3,5 m) en forma triangular con peraltes de

10 cm y 20 cm y para claros largos (mayores a 3,5 m) en forma trapezoidal con peraltes de 30 cm y 40 cm.

Durante la optimización de los prototipos se logró aumentar 4 veces la resistencia y 5 veces la rigidez,

comparando con los resultados de ensayos de culmos simples de bambú sometidos a flexión, como se

presenta en la figura 3.

5


En las figuras 4, se presentan fotografías de las fallas estructurales típicas de las viguetas. A partir de dichas

fallas, se generaron modificaciones al prototipo, para mejorar su desempeño y minimizar la ocurrencia de

mecanismos de falla frágil, así como aquellos generados por fallas locales. En la figura 5, se muestra un

esquema del prototipo optimizado para resolver claros menores a 3.5 m.

Figura 3 Comparación de curvas de carga vs desplazamiento de algunas de las alternativas de prototipos de estudio de vigueta compuesta – Sistema Bambulosa®

Figuras 4 Ejemplos de tipos de falla observados en los ensayos de laboratorio

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 50 100 150 200

Car

ga (

kg)

Deflexión (mm)


6

Figura 5 Dibujos del prototipo optimizado para resolver claros cortos

La optimización del prototipo consistió en la generación de un mecanismo de presfuezo sobre el bambú, con

un mecanismo de control de la contraflecha inducida al culmo, de tal manera que el culmo es sometido a

compresión con una componente de flexión contraria a aquella inducida por las cargas de operación. Así

mismo, los elementos de acero, conforman la cuerda inferior y montenes de una configuración geométrica

tipo armadura, generando una forma estructural altamente eficiente. Las conexiones en los extremos siguen

las recomendaciones de la NSR-10, y además cumplen con una función constructiva, al servir como elemento

de conexión de las viguetas con la estructura principal.

De los ensayos de laboratorio se obtuvieron ecuaciones y tablas de diseño estructural. Las ecuaciones de

diseño se obtuvieron a través de un análisis estadístico de los resultados, a partir de regresiones lineales entre

los valores de carga máxima resistida por las viguetas obtenidos de los ensayos y características geométricas

de las viguetas ensayadas como por ejemplo el diámetro promedio del bambú, el espesor promedio del

bambú, el área de la sección transversal del bambú, etc., o una combinación de estas características. Las

mejores correlaciones se observaron para la regresión lineal entre la carga máxima y la suma del diámetro

promedio y del espesor promedio del bambú. Después de obtener la ecuación que maximizaba la correlación

de las variables analizadas a partir de la regresión lineal, esta fue modificada para ajustarla al percentil quinto

inferior con el objetivo de absorber la variabilidad de los resultados obtenidos debido al carácter natural del

bambú. Y finalmente, para obtener la ecuación de diseño estructural, se aplicó un factor de seguridad de 2, el

cual fue determinado siguiendo el criterio para la obtención de los esfuerzos permisibles de diseño para

elementos estructurales del título G de la Norma Sismo Resistente colombiana, en su versión 2010, así como

la norma ISO 22156 (Bamboo – Structural Desing).

7


Figura 6 Gráfica representando resultados obtenidos de ensayos de laboratorio, una regresión lineal con su ecuación y su ajuste al percentil quinto inferior.

Tabla 3- Tabla de diseño para viguetas de peralte 10 cm y longitud de 2.50 m para el caso de una azotea con pendiente >5%

Las tablas de diseño se obtuvieron directamente a partir de las ecuaciones de diseño. Se realizaron estas tablas

con el objetivo de simplificar el proceso de diseño estructural con el sistema Bambulosa®. En estas tablas se

determina la suma del diámetro promedio y del espesor promedio del bambú necesaria, en función de las

cargas por metro cuadrado actuantes (incluyendo el peso propio del sistema) y de la separación entre viguetas.

Por fines prácticos, existen tablas para cada una de las condiciones de carga viva presentadas en la NTC sobre

Criterios y Acciones para el Diseño Estructural de las Edificaciones, del Reglamento de Construcciones del

Distrito Federal (2004).

Para el diseño del sistema Bambulosa®, es importante definir el claro que se necesita cubrir para elegir el

peralte de la vigueta óptimo; el uso del sistema (por ejemplo, azotea con pendiente >5%, entrepiso de


8

oficinas, entrepiso de casa, etc.) para determinar la carga viva a la cual estará sometido; las diferentes capas

que conformarán la cubierta del sistema (por ejemplo firme de concreto, tierra para azotea verde, acabado de

duelas de madera, etc.) para determinar la carga muerta a la cual estará sometido; y finalmente, es importante

definir que diámetro de bambú está disponible en el mercado. En México los diámetros comerciales que más

abundan están entre 8 cm y 10 cm, con un espesor promedio de aproximadamente 1 cm, sin embargo es

posible encontrar diámetros mayores y también existe la posibilidad de importar bambú de países como

Colombia o Ecuador, en dónde se encuentran culmos de bambú con diámetro promedio de hasta 14 cm y

espesor promedio de 2 cm. Importar bambú no es una opción adecuada en términos de impactos ambientales

y en los costos de producción, en el último caso, se llegan a duplicar los mismos.. Teniendo en cuenta estas

variables, solo resta definir la separación entre viguetas, la cual que se puede determinar muy fácilmente con

las tablas de diseño que se presentan en el manual de diseño estructural del producto Bambulosa®.

ENSAYOS DE LABORATORIO DEL SISTEMA COMPLETO

Con el objetivo de estudiar el sistema Bambulosa® completo, es decir el trabajo en conjunto de las viguetas

con el firme de concreto, se realizaron, con la colaboración del Instituto de Ecología sede Xalapa, ensayos de

flexión cuatro puntos a viguetas con un firme de concreto de 5 cm de espesor (reforzado con malla 6x6 –

10/10) y de 80 cm de ancho (espesor representativo de diseño).

Figura 7 Foto de un ensayo de una vigueta de longitud 2.50 m con un firme de concreto de 5 cm de espesor y de 80 cm de ancho.

Se realizaron ensayos a sistemas de 2.50 m y de 4.30 m de longitud, y se analizó el comportamiento en

sección compuesta, es decir, se comparó la carga máxima obtenida del ensayo, con la carga máxima obtenida

de la suma de la resistencia de una vigueta individual y la resistencia aislada a flexión del firme de concreto

(la suma de estas cargas resistentes, representa un comportamiento en sección compuesta nulo). En la Tabla 4

se puede observar este análisis para dos casos estudiados (sin relleno de mortero en el entrenudo central, y con

relleno de mortero en el entrenudo central), y se comprueba, que en ambos casos existe un trabajo en sección

compuesta del sistema Bambulosa® cuando se utiliza un firme de concreto como cubierta. Los resultados

muestran un incremento de la resistencia del 177% y 209%, respectivamente, comparado con la resistencia de

viguetas con la misma relación diámetro-espesor del culmo de bambú.

9


Tabla 4 Análisis de la resistencia en sección compuesta del sistema Bambulosa®

Código espécimen Diámetro +

espesor (cm)

Carga resistente

vigueta sola (kg)

Carga resistente

losa (kg)

Suma de las cargas

resistentes (kg)

Carga resistente del ensayo

(kg)

Aporte de la losa en la

resistencia (%)

fte-BL-1412-T13-04 11.80 1749.8 240 1989.8 2855.6 163

fte-BL-1412-T13-10

11.96 1788.1 240 2028.1 3704.2 207

fte-BL-1412-T13-23

12.28 1864.8 240 2104.8 3010.8 161

Promedio (entrenudo central

sin relleno de mortero)

12.01 1800.90 240 2040.90 3190.20 177

fte-BL-1412-T13-19

11.46 1668.3 240 1908.3 3587.1 215

fte-BL-1412-T13-25

12.23 1852.8 240 2092.8 3462.2 187

fte-BL-1412-T13-27

12.91 2015.8 240 2255.8 4498.5 223

Promedio

(entrenudo central con relleno de

mortero)

12.20 1845.63 240 2085.63 3849.27 209

PRUEBAS DE CARGA VERTICAL PARA EL SISTEMA COMPLETO De acuerdo con las especificaciones establecidas en el RCDF, se realizó una prueba de carga vertical, para el

sistema de cubierta a base del panel de madera tipo sándwich. El área probada se presenta en la figura 8. Se

consideró un uso de habitación con las siguientes cargas de diseño:

Carga Viva Máxima= 170 Kg/m2

Carga Viva Instantánea=90 kg/m2

Carga Media= 70 Kg/m2

El procedimiento de carga realizado se describe a continuación:

Fase I: 0:00 hrs. Medición Inicial sin carga (Desplazamiento= 0mm)

Fase 2: Aplicación de Carga Media (70 Kg/m2) medición de deflexión inmediata y deflexión a 24

hrs. a las 24 hrs. la carga se retira, se registra recuperación inmediata y recuperación a 48 hrs.

Fase 3: Aplicación de Carga Viva Máxima (170 Kg/m2), medición de deflexión inmediata y

deflexión @ 20 min. después de aplicar la carga durante 2 hrs. hrs. a las 24 hrs. la carga se retira, se

registra recuperación inmediata y recuperación a 72 hrs.

Fase 4: Aplicación de Carga Viva Máxima e incrementos de 35 Kg/m2 @ 1hr hasta lograr la

deflexión permisible (10.7 mm) se miden las deflexiones para cada ciclo de carga aplicado y las

deflexiones a largo plazo (24hrs).


10

Se coloca la instrumentación con deformímetros análogos de 50 mm de carrera, uno de los deformímetros

registra los desplazamientos que existe en la Bambulosa y otro los desplazamientos que se generan en el

entrepiso para los distintos niveles de carga, como se presenta en la figura 9.

Cabe mencionar que los deformímetros se colocan con un desplazamiento inicial de 10 mm y se considera ese

desplazamiento como origen, esto para prevenir y con la intención de detectar desplazamientos o

recuperaciones del sistema, es decir por ejemplo, que el edificio después de una carga aplicada se recupere

más allá de su estado inicial.

Figura 8 Área de Aplicación de Carga.

Figura 9 Instrumentación de la losa con deformímetros análogos

11


Viguetas de Bambulosa®

Se presenta en la siguiente tabla un resumen de los desplazamientos obtenidos a las distintas cargas sometidas

y su recuperación inmediata y a largo plazo.

Tabla 5 Tabla de registro de deformaciones para la vigueta de Bambulosa® instrumentada

Prueba Vertical en vigueta de Bambulosa®

Deflexión Recuperación Recuperación %

Carga Inmediata 24 HRS Inmediata 24 Hrs Inmediata 24 Hrs

Kg/m2 mm mm mm mm % %

0 0 0 0 0 100 100

70 2.03 2.16 0.5 0.39 77% 82%

170 4.27 4.6 0.75 0.22 84% 95%

210 4.8 - - - - -

245 5.38 - - - - -

280 5.98 - - - - -

315 6.5 - - - - -

350 8.75 - - - - -

385 10.3 10.9 0.79 0.35 93% 97%

En la figura 10 observamos la curva representativa de los desplazamientos de acuerdo a los distintos niveles

de carga sometidos, los desplazamientos obtenidos son de la lectura inmediata a la colocación de la carga. En

Observaciones realizadas en el lapso de 1 hora después de aplicar la carga, el sistema intentaba reestablecerse

desplazándose 0.4 mm más en promedio, 24 Hrs después el sistema se había desplazado 0.6 mm más en

promedio de la lectura inmediata.

Figura 10 Deflexión medida vs carga aplicada para la vigueta de Bambulosa® instrumentada

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 2 4 6 8 10 12

Car

ga K

g/m

2

Deflexión (mm)


12

En cuanto a la recuperación el sistema de Bambulosa®, se midió un valor re recuperación inmediata del 77%

con respecto a la posición inicial y en el lapso de 24 hr alcanzó una recuperación de 82%. Para cargas

mayores, se puede observar que la recuperación del sistema es mayor al 90%.

El desplazamiento permisible del sistema de acuerdo al reglamento se obtenido como:

𝐿

240=

257

240= 1.07 𝑐𝑚

Dónde L: es la longitud del claro de la viga (257 cm).

Para llegar a este desplazamiento se tuvo que aplicar una carga de 385 kg/m2 en el área de estudio, con lo que

se logró un desplazamiento inmediato de 1.03 cm y un desplazamiento a largo plazo (24 Hrs) de 1.09 cm.

Una vez liberada la carga que se ocupa para el desplazamiento permitido se obtienen recuperaciones del 93%

de manera inmediata y 97% 24 hrs después de liberar la carga.

Cubierta del sistema Bambulosa® (skin stressed panel)

De manera similar se realiza el resumen de los desplazamientos obtenidos en entrepiso, y se observan los

desplazamientos para los distintos niveles de carga en la siguiente tabla.

Tabla 6 Tabla de registro de deformaciones para la cubierta del sistema Bambulosa® instrumentada

Prueba Vertical en Entrepiso

Deflexión Recuperación Recuperación %

Carga Inmediata 24 HRS Inmediata 24 Hrs Inmediata 24 Hrs

Kg/m2 mm mm mm mm % %

0 0 0 0 0 100% 100%

70 2.7 2.825 0.53 0.49 81% 83%

170 5.67 5.95 0.5 0.68 92% 89%

210 5.75 - - - - -

245 7.62 - - - - -

280 8 - - - - -

315 8.4 - - - - -

350 9.9 - - - - -

385 13.3 14.23 2.4 1.7 83% 88%

Para las condiciones de carga establecidas en el RCDF, el entrepiso obtiene una recuperación del 81% de

manera inmediata y de 83% a largo plazo. Y para las condiciones de carga del desplazamiento permisible

(Permisible para la Bambulosa®) de 385 Kg/m2 se tienen recuperaciones del 83% inmediatos y 88% a largo

plazo.

13


Figura 11 Deflexión medida vs carga aplicada para la cubierta del sistema Bambulosa® instrumentada

IDENTIFICACIÓN DE IMPACTOS AMBIENTALES DEL PRODUCTO BAMBULOSA® POR

MEDIO DE ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA (ACV)

Se desarrolló un análisis de ciclo de vida al producto Bambulosa® con el fin de identificar, cuantificar y

evaluar los impactos ambientales potenciales, que pudiera generar el producto en su proceso de producción;

considerando, las etapas de generación de materia prima, fabricación del sistema y transporte a la obra, con lo

que se tiene un análisis de la cuna a la tumba (ISO 14040:2006). Se calcularon escenarios futuros para las

etapas de uso y mantenimiento, por un periodo de 60 años, al igual que para la disposición final del producto.

Cabe aclarar que las modelaciones fueron necesarias porque el sistema no posee registros de antigüedad y

comportamiento mayores a un periodo de 2.5 años, dada su reciente creación.

El estudio de ACV sigue la norma internacional ISO 14040:2006 e ISO 14044:2006, y sus equivalentes en

México son las NMX-SSA-14040-INMC-2008 y NMX-SSA-14044-INMC-2008. Este método es reconocido

a nivel mundial y es una herramienta importante para los fabricantes, ya que aporta información sobre el

desempeño ambiental del producto, e información clave para la formulación de planes y programas

ambientales, implementación de sistemas de ecoeficiencia, ecodiseño, eco-etiquetado y declaraciones

ambientales tipo III.

En un primer escenario, se modeló el producto para ser usado en interiores por sus acabados, que en

específico son: linaza, limón y trementina, un primer alquidálico anticorrosivo y un protector con efecto

fungicida para acabados y protección de madera; estos materiales se definieron después de realizar pruebas de

intemperismo durante 1 año, para identificar su comportamiento en el sistema. De igual manera se realizaron

las mismas pruebas para definir los acabados para exteriores y las cantidades usadas que se evaluaron fueron

las correspondientes a 60 años de uso y mantenimiento, que es la vida útil promedio atribuida a elementos

constructivos.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 2 4 6 8 10 12 14

Car

ga K

g/m

2

Deflexión (mm)

Deflexión Inmediata Entrepiso


14

El escenario calculado para el fin de vida útil del sistema Bambulosa®, está asociado a criterios de ciclo de

vida abierto, ya que las salidas del sistema son 0. Este término es usado cuando los componentes del producto

harán parte de otro producto, recuperando en un 90% el total de los materiales que hacen parte del sistema

original, para transformarse en nuevos productos, tomando en cuenta los transportes de los materiales a las

zonas de recuperación.

Figura 12 Evaluación del Impacto del Ciclo de Vida del sistema Bambulosa® con acabados para interiores

Los datos arrojados mostraron que durante el ciclo de vida del producto los impactos ambientales de mayor

peso son los atribuidos a las etapas de uso y mantenimiento del sistema, mientras que el uso de diversos

acabados como pinturas y aceites etc. El fin de vida útil y el trasporte son aspectos de mediana relevancia, los

cuales se espera sean mitigados mediante el uso de acabados sustentables, la generación de materias primas

cercanas a las áreas de construcción y una estrategia de recuperación, reúso y reciclaje del sistema de viga; es

importante resaltar que la barra mostrada de manera negativa se refiere a la fijación de carbono de la Guadua

angustifolia en su periodo de crecimiento, con un valor estimado de 112.92 kg de carbono, para un tramo de 6

m de longitud de culmo aprovechable (cepa, basa y sobrebasa), que es la medida en la que se compra la

materia prima (bambú) para fabricar viguetas del sistema Bambulosa®.

Según los resultados, el uso de Guadua angustifolia es conveniente en términos ambientales, por sus bajos

impactos en el proceso de extracción y sus beneficios en la captura de CO2 y fijación de carbono; pero se

considera que es sustentable siempre y cuando se respete la regla de aprovechamiento anual del 40% de las

plantas por hectárea, con el fin de asegurar que los procesos de rebrote y fijación de carbono sean continuos.

En la etapa de ciclo de vida correspondiente al uso y mantenimiento, es donde más se identifican los impactos

ambientales potenciales, originados por el uso de pinturas y selladores que producen compuestos orgánicos

volátiles (VOC). Finalmente, es de resaltar que la estructura, en su fin de vida útil, no puede ser demolida de

manera abrupta, el desensamble cuidadoso de las vigas daría oportunidad para reciclar un gran porcentaje de

15


sus componentes, como el acero y el mortero. En el caso del bambú, se pueden fabricar un sinfín de productos

usando el culmo desensamblado, como para producción de muebles, biomasa, pellets para producción de

energía, carbón, etc.

ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO BIOCLIMÁTICO

Desde el punto de vista de la bioclimática, se pretende que el sistema Bambulosa® proponga soluciones que

sean fáciles de implementar y económicas de tal manera que puedan adaptarse a las viviendas de todos los

niveles socioeconómicos, así como a cualquier otro tipo de edificación.

El objetivo del estudio se centró en verificar cuál de las cubiertas logra un aislamiento mayor respecto al

exterior y mantiene la temperatura interior lo más estable posible dentro de un rango de confort térmico

adecuado a cada clima. También se cumplieron otros objetivos que consideramos importantes en la reducción

de gases de efecto invernadero como son:

La implementación de estrategias bioclimáticas que por sí mismas significan una mejora en el

desempeño térmico de la edificación, como por ejemplo una orientación óptima y la implementación

de las estrategias correspondientes al mismo.

El uso de materiales locales para reducir el transporte de la materia prima.

El uso de materiales naturales sin ningún tipo de proceso industrial, lo que se logró especialmente en

los climas templado y cálido seco.

El uso de técnicas fácilmente aceptables por la población local o que sean materiales que ya son

utilizados por dicha población.

Para este estudio, se instalaron prototipos físicos e instrumentados, con diferentes variables de coberturas, en

tres diferentes zonas climáticas del país. Para esto, se trabajó con aliados de distintas universidades de las

ciudades de Los Mochis, México y Chetumal.

CLIMA TEMPLADO – Caso de estudio: Ciudad de México

En el caso del clima templado, las azoteas vegetadas obtuvieron los mejores resultados, las temperaturas

interiores durante todo el año tienen un rango de variación bastante menor al de las temperaturas exteriores, es

decir que el nivel de aislamiento es óptimo.

La opción de madera con adobe tuvo buen desempeño especialmente respecto a las temperaturas más frías,

manteniendo temperaturas siempre más altas que el exterior.

Las opciones de concreto armado sin aislar no se aconsejan, el concreto armado aislado con lana mineral

tampoco se aconseja. En ambos casos las temperaturas interiores llegan a tener un rango incluso mayor al de

las temperaturas exteriores en temperaturas altas.

CLIMA CÁLIDO SECO – Caso de estudio: Los Mochis, Sinaloa.

En el caso del clima seco, también fueron las azoteas vegetadas las que obtuvieron los mejores resultados, las

temperaturas interiores durante todo el año tienen un rango devariación menor al de las temperaturas

exteriores, es decir que el nivel de aislamiento es óptimo.

En este mismo clima, la opción de piedra jal sombreada es muy buena opción para la época cálida, las

temperaturas se mantienen dentro de un rango inferior al exterior lo que ayuda mucho a evitar el aire

acondicionado. Durante la época fría es posible que sea necesario evitar la sombra para permitir el

calentamiento pasivo de los ambientes interiores, esto dependerá de la orientación de la cubierta.


16

CLIMA CÁLIDO HÚMEDO – Caso de estudio: Chetumal

En el clima cálido húmedo la mejor opción fue la de la lámina de zinc protegida con hoja de palma pero es

importante acotar que en este caso no tenemos resultados determinantes en cuanto al material a utilizarse y

nuestra recomendación se limitaría a utilizar las estrategias bioclimáticas típicas para este clima como son, la

orientación, la ventilación constante y las dobles alturas para permitir que el aire fluya constantemente.

Finalmente, las recomendaciones de cubierta para los diferentes climas de México son las presentadas en la

tabla

Tabla 7 Resultados de evaluación de cubiertas para tres climas de México

OBRAS CONSTRUIDAS

CENTRO REGIONAL DEPORTIVO Y CULTURAL OCOTELULCO (Totolac, Tlaxcala)

El proyecto se localiza en el municipio de San Juan Totolaco en el estado de Tlaxcala. El sistema

Bambulosa® se instaló en un tapanco con un firme de concreto de 5 cm de espesor reforzado con malla

electro-soldada y en el techo con cubierta compuesta por láminas de poli-aluminio.

Figura 13 Fotografías de la implementación del sistema Bambulosa®, Tlaxcala.

17


CASA COMUNITARIA – CASA DE LOS TRES ADOBES (San Pedro Apóstol, Oaxaca)

Este proyecto se encuentra en el municipio de San Pedro Apóstol en el estado de Oaxaca. El sistema

Bambulosa® cubre un área de 30 m² con 17 viguetas compuestas presforzadas. Las viguetas se instalaron

mediante un empotramiento en un muro en un extremo y un apoyo libre a una viga en el otro y soportan un

firme de concreto de 5 cm de espesor reforzado con malla electro-soldada.

Figura 14 Fotografía de la implementación del sistema Bambulosa®, Oaxaca.

PABELLÓN DEL AGUA (Ciudad de México)

El proyecto arquitectónico correspondiente al Pabellón del agua contempla una estructura formada por marcos

de bambú de un nivel sobre los cuales se apoya el sistema Bambulosa®. Cuenta con un área en planta de 71

m² aproximadamente. Una parte del sistema soporta un techo verde y la otra parte soporta una lámina de

policarbonato.

Figura 15 Fotografías de la implementación del sistema Bambulosa®, Ciudad de México.


18

SALA COMUNITARIA PARA OHIDO A.C. (Atzompa, Oaxaca)

Este proyecto se localiza en el municipio de Atzompa en el estado de Oaxaca. En este proyecto se cubrió un

área de 60 m² con 25 viguetas compuestas. Las viguetas se instalaron empotradas en sus extremos a unas

vigas de concreto y soportan un firme de concreto de 5 cm de espesor reforzado con malla electro-soldada.

Figura 16 Fotografías de la implementación del sistema Bambulosa®, Oaxaca.

CONCLUSIONES

El sistema constructivo Bambulosa®, fue creado con el propósito de generar una solución sustentable de losas

de entrepiso y techos, con el mercado objetivo de la vivienda de bajo costo.

El aprovechamiento de un recurso natural renovable existente en México (Guadua angustifolia), genera una

alternativa viable en términos económicos, ambientales y sociales, para los estados con mayores índices de

pobreza y rezago habitacional, los cuales están produciendo o pueden producir bambú, en una escala factible

para detonar economías locales a través de la creación de cadenas productivas.

El presente trabajo, resume los principales hallazgos en la creación del sistema estructural, el cual parte de la

mejora del desempeño del bambú a flexión en índices de 4 a 8 veces, con respecto a la resistencia de un

culmo de bambú trabajando a flexión simple.

Los expermientos de resistencia del sistema completo, demuestran que las viguetas presforzadas en

combinación con la cubierta, trabajan en conjunto, generando un diafragma estructural de adecuado

desempeño.

Los análisis bioclimáticos descartan el uso de cubiertas para techo construidos a base de concreto, y

recomiendan las cubiertas vegetadas en los climas templados y secos.

19


AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al profesor José Juan Guerrero Correa, al Dr. Amador Terán Gilmore y a la

Universidad Autónoma Metropolitana (Unidad Azcapotzalco), así como al M.I. Víctor Rubén Ordoñez

Candelaria y al Laboratorio de Investigación y Certificación de productos Forestales (LINCE) del INECOL

(Instituto de Ecología), por el apoyo recibido para la realización los ensayos experimentales de estudio,

optimización y caracterización del comportamiento estructural del prototipo del sistema. Así mismo, sinceros

agradecimientos al equipo técnico del Laboratorio de Estructuras Grandes del Centro Nacional de Prevención

de Desastres (CENAPRED), por la cooperación en el desarrollo de parte de esta investigación, y en especial

al Dr. Oscar López Batis y al M.I. Moisés Contreras, por su apoyo técnico, logístico y humano.

También agradecen al M.I. Erney Díaz Méndez, por la coordinación, ejecución y el procesamiento de la

información y análisis de las pruenas de carga vertical del sistema; así como a la M.A. Carmen Valentina

Jordán Urioste y al M.I. Jorge Eduardo Aguilar Rojas, por la producción de parte de la información

presentada en este documento.

Este trabajo fue parcialmente financiado por el Programa de Estímulos a la Innovación del CONACyT.

REFERENCIAS

Ameth, E. (2014) “Conviene más alquilar que adquirir una vivienda a crédito.” Forbes México.

Recuperado de http://www.forbes.com.mx/conviene-mas-alquilar-que-adquirir-una-vivienda-credito/

Cortés, G. (2000) “Los bambúes nativos de México.” CONABIO. Biodiversitas 30. Recuperado de

http://www.biodiversidad.gob.mx/Biodiversitas/Articulos/biodiv30art3.pdf

Cruz A.N. y Correa V.M. (2016), “Construir con bambú: una alternativa sustentable para atender el

deficit de vivienda en México”, 3er congreso mexicano del bambú.

Dirección de estudios económicos de la vivienda. “Demanda de vivienda 2015.” México: SHF. Recuperado

de http://www.shf.gob.mx

Dirección de estudios económicos de la vivienda. “Rezago habitacional en México 2014.” México: SHF.

Recuperado de http://www.shf.gob.mx

Dirección General de Equipamiento Urbano y Vivienda “Elemento para una política nacional de vivienda”

1977. México: SAHOP.

INECC (2010), “Inventario Nacional de Emisiones de Gases de Efecto Invernadero 1990-2010”,

www.inecc.gob.mx.

Instituto Nacional de Estadística y Geografía. “Encuesta Intercensal 2015: síntesis metodológica y

conceptual.” México: INEGI

Kunz-Bolaños, I. e Romero-Vadillo, I. (2008) “Naturaleza y dimensión del rezago habitacional en

México.” Economía, Sociedad y Territorio, VIII.

http://www.biodiversidad.gob.mx/Biodiversitas/Articulos/biodiv30art3.pdf

http://www.shf.gob.mx/

http://www.inecc.gob.mx/


20

Nagasako, E. (s.f.) [entrevista] en González, J. (2007). “Vivienda verde, vivienda sustentable.”

Construcción y Tecnología en Concreto.

NSR-10 (2010), “Reglamento Colombiano de Construcción Sismoresistente, NSR-10. Título G -

Estructuras de Madera y Estructuras de Guadua”, Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica AIS,

Bogotá, Colombia.

OECD (2015) “Estudio de políticas urbanas de la OCDE: México 2015: Transformando la política

urbana y el financiamiento de la vivienda. Síntesis del estudio.” Biblioteca Virtual de la OCDE.

SISTEMA NACIONAL DE PROTECCIÓN CIVIL · Manual de diseño y construcción con el sistema....

Documents

Transcript of SISTEMA NACIONAL DE PROTECCIÓN CIVIL · Manual de diseño y construcción con el sistema....