53
Conectores de extremidades de bambú para
estructuras exploración de un sistema de incrustación
en la pared interna del tallo
rEsumEn
Este estudio busca fomentar el uso del bambú en el
sector de la construcción e innovar en el campo de las
uniones desarrollando nuevas alternativas de conecto-
res para la especie Guadua angustifolia. De forma to-
talmente distinta a las técnicas actuales, se explora las
posibilidades de conectarse a la parte interna del tallo
de bambú ejerciendo una fuerza mecánica en su pared,
y evitar cortes especiales, perforaciones y el uso de cola
o cemento. El resultado del estudio es una propuesta
de patente de un dispositivo para conectar las extremi-
dades de los bambúes con un sistema de expansión que
penetra adentro del tallo y permite regular la dimen-
sión de la pieza.
Palabras clave: construcción, bambú, uniones,
conector
aBstraCt
is study seeks to encourage the use of bamboo in
the construction sector and innovate in the eld of
unions by developing new alternatives for connectors
for the Guadua angustifolia species. In a completely
dierent way to the current techniques, we explore
the possibilities of connecting to the internal part of
the bamboo stem by exerting a mechanical force on its
wall, and avoiding special cuts, perforations and the
use of glue or cement. e result of the study is a patent
proposal for a device to connect the extremities of the
bamboos with an expansion system that penetrates
inside the stem and allows to regulate the dimension
of the piece.
Key words: construction, bamboo, unions, connector
Y B
F J
1
Universidad de San Martín de Porres,
Perú
ybarnetc@usmp.pe
Connectors of bamboo extremities for structures exploration of an
increase system in the internal wall of the stem
Recibido: setiembre 11 del 2018 | Revisado: noviembre 16 del 2018 | Aceptado: diciembre 20 del 2018
https://doi.org/10.24265/campus.2019.v24n27.05
| C | L, | V. XXIV | N. 27 | PP. - | - | | -
© Los autores. Este artículo es publicado por la Revista Campus de la Facultad de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad
de San Martín de Porres. Este artículo se distribuye en los términos de la Licencia Creative Commons Atribución No-comercial
– Compartir-Igual 4.0 Internacional (https://creativecommons.org/licenses/ CC-BY), que permite el uso no comercial,
distribución y reproducción en cualquier medio siempre que la obra original sea debidamente citada. Para uso comercial
contactar a: revistacampus@usmp.pe.
54
Introducción
Ventajas del uso estructural del bambú
en la construcción
El bambú no es un árbol, sino una gra-
mínea (familia Poaceae) que se puede asi-
milar a un pasto gigante. Está caracteriza-
do por la subfamilia de los Bambusoideae
que cuenta con más de 1600 especies al
-
rededor del mundo (Vorontsova, y otros,
2016) concentradas, principalmente,
en las zonas ecuatoriales y tropicales. La
tribu Bambuseae, con unas 800 especies
(Clark, 2006) es de particular interés para
el uso en la construcción. En las regiones
donde se encuentra existen usos milena
-
rios en la arquitectura tradicional, sacan-
do provecho de este recurso altamente re-
novable, reconocido como “eco-material”
(Morán Ubedia, 2014) y con excelentes
características físico-mecánicas.
Al ser un perl natural muy ligero
con una gran exibilidad, el bambú ha
probado ser un material idóneo para las
zonas con riesgo sísmico. Tanto en Co
-
lombia, como en el Perú o en Ecuador,
los recientes eventos sísmicos de gran
magnitud evidenciaron el buen com
-
portamiento estructural de las construc-
ciones en bambú, sobre todo cuando las
uniones son dúctiles (Kaminski, Truji
-
llo, & Lawrence, 2016).
En cada uno de esos países, se pro
-
mulgaron normas de construcción a-
nes que denen los métodos de diseño
estructural y las buenas prácticas cons
-
tructivas. Dentro de los bambúes “ame-
ricanos”, “sobresale la especie Guadua
angustifolia, seleccionada como una de
las 20 mejores del mundo por sus exce
-
lentes propiedades físico-mecánicas, su
gran tamaño (20-30m) y por su com
-
probada utilización en la industria de la
construcción” (Añazco, 2013).
UNAS LIMITACIONES ACTUALES
EN EL CAMPO DE LA CONSTRUC-
CIÓN
Pese a sus numerosas bondades, el
bambú sufre de múltiples limitaciones
para ser empleado, masivamente, como
técnica constructiva. Además de una ne
-
cesidad de difusión de buenas prácticas,
y de caracterización físico mecánicas de
numeras especies susceptibles de ser utili
-
zadas a nes estructurales, Janssen resalta
que una de las principales limitaciones ac
-
tuales radica en las uniones: “En madera o
acero sabemos, después de un siglo de inves
-
tigación, las propiedades de todos los tipos de
sujetadores (clavos, tornillos, pernos, etc.) y
con estos datos se pueden calcular los pará
-
metros para cualquier unión. Pero en bam-
bú, todavía tenemos que recorrer un largo
camino.”
(Janssen, 2000).
En la actualidad, las guías y códigos ela-
borados en unos pocos países del mundo
solo sustentan un uso bastante especíco
y limitado del bambú. Es importante re
-
calcar que el bambú, a pesar de sus cua-
lidades, es un material exigente cuyas ca-
racterísticas tienen que ser perfectamente
controladas cuando está asumiendo un
| C | V. XXIV | N. 27 | - | 2019 |
Y B - F J
Figura1. Auditorio de bambú Voces por el Cli-
ma (Barnet & Jabrane, 2017) – Lima, PERÚ -
Diseño:IVUC, USMP
55
papel estructural de primer orden. Por
su geometría cilíndrica y hueca, los tallos
de bambú son sujetos al aplastamiento y
ofrecen poca materia para los sujetadores.
Además, por ser un perl natural, ningún
tallo es totalmente recto, la distancia entre
los nudos varía, así como su sección (forma
irregular, diámetros y espesores variables).
Por todas esas razones, la estandarización
de piezas es compleja y construir con bam
-
bú requiere de un saber hacer elaborado en
el cual las uniones son un punto clave.
OBJETIVOS DEL ESTUDIO
Hoy en día los tiempos y el costo de
la mano de obra toman siempre más rele
-
vancia en la construcción, por lo cual las
técnicas necesitan ser cada vez más ágil.
Para sacar ventajas de todas las bondades
del bambú, el desafío es resolver unas limi
-
taciones que lo segregan a un uso artesa-
nal. El presente estudio está enmarcado en
el proyecto de I+D+i “Diseño de uniones
y componentes industrializados para
optimizar la construcción con bambú –
Guadua” cuyo principal objetivo es apor
-
tar soluciones técnicas concretas para au-
mentar la empleabilidad de la guadua sin
pasar por procesos complejos y costosos de
transformación. De forma especíca, este
estudio busca elaborar un nuevo método
de conexión de las extremidades de los ta
-
llos de bambú, ya que resultan ser un pun-
to crítico en el desarrollo de estructuras.
Métodos y materiales
El estudio se basa, principalmente, en
el desarrollo y evaluación de prototipos
en un proceso reiterativo de prueba-error
que permite descartar métodos y acercar-
se a soluciones viables. De forma general,
se siguió las siguientes etapas:
1. Vigilancia tecnológica para evaluar
las técnicas actuales y elaborar nuevas
estrategias de diseño y objetivos.
2. Diseño y fabricación de prototipos
previsionales (uso de impresión 3D)
con el n de realizar pruebas volumé-
tricas y ensayos funcionales.
3. Optimización de los prototipos y fa-
bricación de modelos de prueba.
4. Pruebas funcionales con medición de
tiempo.
5. Exploración del comportamiento es-
tructural del conector a través ensa-
yos de laboratorio. El principal inte-
rrogante de la solución planteada es
su nivel de cohesión con el bambú.
Por lo tanto, se realizaron principal-
mente ensayos a tracción.
Figura 2. Esquema de los ensayos a tracción.
1- Guadua angustifolia, 2-nudo del bam-
bú, 3-soporte jo, 4- tubo de acero lleno de
25mm de diámetro que perfora el tallo de
bambú, 5-conector de extremidad ensayado,
6- varilla roscada galvanizada de 12mm de
diámetro, 7-fuerza aplicada
El bambú utilizado para los ensayos es
de la especie Guadua angustifolia. Son ta
-
llos secos, pero no preservados. Se trató
de escoger tallos maduros, pero sin tener
| C | V. XXIV | N. 27 | - | 2019 |
C
56
garantías sobre su edad exacta. Diámetros
exteriores utilizados: entre 90 y 120 m. m.
Resultados y discusión
Vigilancia tecnológica para elaborar
estrategias de diseño
En el mundo, el proceso actual para
realizar uniones entre piezas de bambú
es, principalmente, artesanal. Se realizan
cortes especiales (boca de pescado, pico
de auta) que permiten el encaje entre
la forma cilíndrica e irregular de los ta-
llos de bambú con herramientas manua-
les (sierra, formón, martillo) o eléctricas
como la caladora, el taladro con cierra de
copa o la amoladora. Para jar la unión se
utilizan diversas técnicas, pero las princi-
pales son el uso de pernos pasantes, so-
gas, tarugos de madera o bambú.
Figura 4. Conexión convencional con pico
de auta
Figura 3. Unión perpendicular entre dos ta-
llos de bambú con pernos pasantes. Corte
Boca de pez. Sacado del Reglamento Nacio-
nal de Construcción del Perú (Ministerio de
Vivienda, Urbanismo y Construcción, 2012)
Para las uniones que reciben esfuerzos im-
portantes y son sujetas al aplastamiento
del tallo existe la técnica del relleno con
un mortero de los entrenudos expuestos.
Se realiza perforando el bambú con sierra
de copa y llenando manualmente con un
embudo el interior del entrenudo. Ob-
viamente, una vez efectuado este relleno,
esas uniones no son desmontables.
Figura 5. Relleno de canutos con cemento. Del
Manual de construcción “Construir con bambú”
(Morán Ubidia, 2015)
Si bien esas técnicas son versátiles y re-
quieren de conectores de bajo costo, de-
mandan un saber-hacer especial y bastan-
te tiempo. Para realizar una unión típica
entre dos bambúes sobre el mismo plano,
medimos que un especialista se demora
unos 21 minutos: cinco minutos para
escoger la caña con el buen dimensio-
namiento de entrenudos requerido, seis
minutos para realizar el corte especial en
boca de pescado o pico de auta (según
el ángulo deseado) y ocho minutos para
asegurar los dos bambúes entre sí con
un sistema de pernos pasantes. Según el
costo horario de carpinteros especialistas,
cada unión cuesta seis soles en mano de
obra. Los materiales utilizados (varilla
roscada con gancho, tuercas y arandelas,
repuestos) cuestan un aproximado de tres
soles. Por lo tanto, una unión tradicio-
nal cuesta un aproximado de nueve soles
(1$=3.3 soles). Por razones de resisten-
cia, esas uniones tienen que ser ubicadas
| C | V. XXIV | N. 27 | - | 2019 |
Y B - F J
57
a proximidad de los nudos del bambú,
lo que genera un desperdicio importan-
te que se puede estimar a un mínimo de
25% de los tallos, representando un so-
brecosto importante.
En varios partes del mundo, se han ela-
borado métodos alternativos para facilitar
la conexión de los extremos de los tallos
de bambú. A continuación, selecciona
-
mos unos ejemplos puestos en práctica
que consideramos representativos y de
interés:
Conexión con piezas de madera tor-
nada encoladas en la parte interna del
bambú
Conexión exterior con platinas metáli-
cas y pernos pasantes
Figura 6. Conexión con piezas de madera de
Villalobos (Arce-Villalobos, 1993
)
Se realiza unos cortes longitudinales
en la extremidad del tallo y se lija la par
-
te interna del bambú donde se va a in-
troducir un cilindro de madera tornada.
La adhesión entre el bambú y la madera
se realiza con cola, utilizando zunchos
metálicos para asegurar la presión. Lue
-
go, se utilizan conectores y técnicas em-
pleadas para la madera para realizar las
conexiones.
Figura 7. Conexión desarrollada por miem-
bros de Fundeguadua- Colombia
Se emplean platinas metálicas jadas a
los tallos de bambú con pernos pasantes.
Dichas platinas están diseñadas para ser
fácilmente ensambladas (sistema de arti-
culación).
Conexión con pieza metálica embebi-
da en concreto
Figura 8. Conexión desarrollada por Markus
Heinsdor. (Heinsdor, y otros, 2010)
Figura 9. Conexión desarrollada por Markus
Heinsdor. (Heinsdor, y otros, 2010)
| C | V. XXIV | N. 27 | - | 2019 |
C
58
Se embebe una pieza metálica dentro
del canuto con una mezcla de mortero.
Puede ser platinas, perles o varillas en
función al sistema de conexión deseado y
la complejidad de los encuentros.
Conexión con pieza metálica embebi-
da en concreto y extremidad cónica del
tallo
Como los ejemplos anteriores, existen
también métodos que emplean piezas
metálicas diseñadas y fabricadas de for-
ma especíca para responder a las ne-
cesidades de un diseño. Si bien pueden
presentar un buen desempeño estructu-
ral y facilitar la realización de uniones en
la obra, no son productos fabricados en
serie y resultan muy onerosos para com-
petir económicamente con el método
tradicional.
Estrategias de diseño del conector
• Funcionalidad
Como varias propuestas actuales, se
plantea que la extremidad del conector
sea una varilla roscada, ya que permite
acoplarse luego a toda una serie de co-
nectores. Además, se propone que esta
varilla pueda ser móvil (“enroscable”)
para regular ligeramente (mínimo 2cm)
la longitud de la pieza, lo que dará una
gran ventaja funcional versus los méto-
dos existentes.
• Sistema de montaje
El conector pretende ser muy práctico
y rápido de montar y eventualmente des-
montar. Por lo tanto, tiene que prescindir
de cualquier tipo de relleno de concreto o
colas. La idea es utilizar un sistema de ex-
pansión que se adhiere a la parte interna
del culmo de bambú y permita adaptarse
a las irregularidades de las secciones de
los bambúes. Como objetivo, se plantea
diseñar un conector para bambúes con
un diámetro exterior de 10cm a 12cm.
• Comportamiento estructural
Es difícil comparar el desempeño de
los métodos de uniones porque varios no
han sido ensayados en laboratorio. Sin
embargo, existen unos datos: por ejem-
plo, las varillas embebidas dentro de una
Figura 10. Proceso de fabricación de una
extremidad cónica. Fotografía obtenida de
la página www.bambutigre.it/strutture-in-
bambu
Figura 11. Conectores de Kool Bamboo, ob-
tenida de su blog http://koolbamboo.blogs-
pot.com
A la diferencia de la técnica anterior,
se realizan cortes longitudinales en la ex-
tremidad del tallo con el propósito de
crear una forma cónica asegurada por un
anillo de metal. Eso permite aumentar la
resistencia a la tracción de la unión, es-
tandarizar el tamaño del diámetro nal
de la pieza de bambú y ofrecer un acaba-
do interesante.
| C | V. XXIV | N. 27 | - | 2019 |
Y B - F J
59
mezcla de concreto resisten un promedio
de 1500 Kg (Vavylousakis, 2016). Con
bastante seguridad, podemos suponer
que el método con extremidad cónica
tendrá un mejor desempeño. El conector
planteado tendría que ofrecer una resis-
tencia similar a la propuesta con concreto
pero más dúctil, lo que corresponde me-
jor al comportamiento del bambú.
• Costos de fabricación
Para ser competitivo con los otros mé-
todos actuales, la estrategia es emplear
piezas disponibles en el mercado con la
menor cantidad posible de transforma-
ción, explorar métodos de fabricación
digital y procesos industriales de fabrica-
ción masiva.
Patente existente
Hasta el momento, el único método que
encontramos con un sistema de expan
-
sión es una patente china (文献, 2013),
que describe un conector de extremidad
de tallo de bambú compuesto de piezas
móviles que giran sobre un eje y presionan
la pared del bambú, empleando un cono
en forma de cuña situado en un mango
redondo, el cual está encapsulado en un
mango exterior atornillado al bambú.
No encontramos pruebas de uso de
esa invención y el dispositivo presenta
varias desventajas técnicas: 1.El tubo de
sección ja en el cual tienen que encajar
los bambúes limita el uso a tallos con un
diámetro determinado. 2. La necesidad
de realizar incisiones y perforaciones pre-
cisas en el bambú, lo que debilita la pieza
y diculta el trabajo. Se requiere pega-
mento. 3. No se puede regular la dimen-
sión de la pieza. 4. Resulta complejo y
costoso por ser compuesto de una docena
de piezas diferentes.
Diseño y evaluación funcional
de prototipos
Con el objetivo de simplicar el siste-
ma y poder adaptarse a una cierta varia-
ción de diámetros de bambú se diseñó un
conector basados en un taco “expansor”
(2) que comprime tres cuñas (3) sobre
la pared interna del bambú. Un disco de
compresión (1) transmite esas cargas, y a
la vez sirve de guía para el desplazamien-
to radial de las cuñas. Una varilla roscada
(4) atraviesa el conector y tuercas permi-
ten accionar el sistema de expansión. Un
zuncho (5) evita la deformación y rotura
del bambú.
Figura 12. Esquemas de la patente nº CN
203284890 - El “2” representa el bambú.
Las otras piezas son metálicas.
DISEÑO Y EVALUACIÓN
FUNCIONAL DE PROTOTIPOS
Con el objetivo de simplificar el sistema
y poder adaptarse a una cierta variación
de diámetros de bambú se diseñó un
conector basados en un taco “expansor”
(2) que comprime 3 cuñas (3) sobre la
pared interna del bambú. Un disco de
compresión (1) transmite esas cargas, y
a la vez sirve de guía para el
desplazamiento radial de las cuñas. Una
varilla roscada (4) atraviesa el conector
y tuercas permiten accionar el sistema
de expansión. Un zuncho (5) evita la
deformación y rotura del bambú.
Figura 13. Diseño preliminar del conector
El primer prototipo se fabricó con pieza
de madera. Con dos tipos de cuñas,
unas con dientes y otras con
recubrimiento de lija industrial.
Figura 14. Prototipo I: madera, hecho a
mano
Figura 15. Prototipo de cuña de madera con
dientes
Este primer prototipo demostró el buen
funcionamiento de la geometría general,
pero se detectó la necesidad de
solidarizar las piezas entre sí para el
montaje dentro del bambú y guiar el
desplazamiento de las piezas. Por lo
tanto, se añadió canales en forma de
cola de milano que conectan las piezas
en el siguiente prototipo que se fabricó
con impresora 3D ya que la complejidad
de los volúmenes hacía muy tediosa su
fabricación en madera. Se pudo
comprobar que las guías eran
elementos muy útiles para una efectiva
instalación en el bambú.
11cm
1
4
5
3
2
Figura 13. Diseño preliminar del conector
El primer prototipo se fabricó con
pieza de madera. Con dos tipos de cu-
3
| C | V. XXIV | N. 27 | - | 2019 |
C
60
ñas, unas con dientes y otras con recubri-
miento de lija industrial.
Figura 17. Prototipo II en bambú abierto
Posteriormente se han ido explorando
opciones para aumentar el nivel de fric-
ción entre el bambú y las piezas de plás-
tico. En un prototipo III, se incorporó
dientes en forma de pirámide capaz de
incrustarse en la parte interna blanda del
bambú.
DISEÑO Y EVALUACIÓN
FUNCIONAL DE PROTOTIPOS
Con el objetivo de simplificar el sistema
y poder adaptarse a una cierta variación
de diámetros de bambú se diseñó un
conector basados en un taco “expansor”
(2) que comprime 3 cuñas (3) sobre la
pared interna del bambú. Un disco de
compresión (1) transmite esas cargas, y
a la vez sirve de guía para el
desplazamiento radial de las cuñas. Una
varilla roscada (4) atraviesa el conector
y tuercas permiten accionar el sistema
de expansión. Un zuncho (5) evita la
deformación y rotura del bambú.
Figura 13. Diseño preliminar del conector
El primer prototipo se fabricó con pieza
de madera. Con dos tipos de cuñas,
unas con dientes y otras con
recubrimiento de lija industrial.
Figura 14. Prototipo I: madera, hecho a
mano
Figura 15. Prototipo de cuña de madera con
dientes
Este primer prototipo demostró el buen
funcionamiento de la geometría general,
pero se detectó la necesidad de
solidarizar las piezas entre sí para el
montaje dentro del bambú y guiar el
desplazamiento de las piezas. Por lo
tanto, se añadió canales en forma de
cola de milano que conectan las piezas
en el siguiente prototipo que se fabricó
con impresora 3D ya que la complejidad
de los volúmenes hacía muy tediosa su
fabricación en madera. Se pudo
comprobar que las guías eran
elementos muy útiles para una efectiva
instalación en el bambú.
11cm
1
4
5
3
2
DISEÑO Y EVALUACIÓN
FUNCIONAL DE PROTOTIPOS
Con el objetivo de simplificar el sistema
y poder adaptarse a una cierta variación
de diámetros de bambú se diseñó un
conector basados en un taco “expansor”
(2) que comprime 3 cuñas (3) sobre la
pared interna del bambú. Un disco de
compresión (1) transmite esas cargas, y
a la vez sirve de guía para el
desplazamiento radial de las cuñas. Una
varilla roscada (4) atraviesa el conector
y tuercas permiten accionar el sistema
de expansión. Un zuncho (5) evita la
deformación y rotura del bambú.
Figura 13. Diseño preliminar del conector
El primer prototipo se fabricó con pieza
de madera. Con dos tipos de cuñas,
unas con dientes y otras con
recubrimiento de lija industrial.
Figura 14. Prototipo I: madera, hecho a
mano
Figura 15. Prototipo de cuña de madera con
dientes
Este primer prototipo demostró el buen
funcionamiento de la geometría general,
pero se detectó la necesidad de
solidarizar las piezas entre sí para el
montaje dentro del bambú y guiar el
desplazamiento de las piezas. Por lo
tanto, se añadió canales en forma de
cola de milano que conectan las piezas
en el siguiente prototipo que se fabricó
con impresora 3D ya que la complejidad
de los volúmenes hacía muy tediosa su
fabricación en madera. Se pudo
comprobar que las guías eran
elementos muy útiles para una efectiva
instalación en el bambú.
11cm
1
4
5
3
2
Figura 15. Prototipo de cuña de madera con
dientes
Este primer prototipo demostró el
buen funcionamiento de la geometría
general, pero se detectó la necesidad de
solidarizar las piezas entre sí para el mon-
taje dentro del bambú y guiar el despla-
zamiento de las piezas. Por lo tanto, se
añadió canales en forma de cola de mila-
no que conectan las piezas en el siguiente
prototipo que se fabricó con impresora
3D ya que la complejidad de los volú-
menes hacía muy tediosa su fabricación
en madera. Se pudo comprobar que las
guías eran elementos muy útiles para una
efectiva instalación en el bambú.
Figura 14. Prototipo I: madera, hecho a
mano
3
Figura 16. Prototipo II instalado: Plástico con
impresora 3D, con guías tipo cola de milano
mejoradas
Figura 18. Prototipo III: Plástico con impre-
sora 3D, con cuñas con dientes
Este prototipo demostró un buen des-
empeño práctico en cuanto a su insta-
lación ya que la colocación de la unión
no supera cuatro minutos, incluyendo la
colocación de un zuncho. Para la colo-
cación de un segundo zuncho, se añade
2:30min.
Figura 16. Prototipo II instalado: Plástico
con impresora 3D, con guías tipo cola de
milano mejoradas
Figura 17. Prototipo II en bambú abierto
Posteriormente se han ido explorando
opciones para aumentar el nivel de
fricción entre el bambú y las piezas de
plástico. En un prototipo III, se incorporó
dientes en forma de pirámide capaz de
incrustarse en la parte interna blanda
del bambú.
Figura 18. Prototipo III: Plástico con
impresora 3D, con cuñas con dientes
Este prototipo demostró un buen
desempeño práctico en cuanto a su
instalación ya que la colocación de la
unión no supera cuatro minutos,
incluyendo la colocación de un zuncho.
Para la colocación de un segundo
zuncho, se añade 2:30min.
Figura 19. Proceso de montaje del prototipo
de polietileno
En base a ese modelo, se fabricó un
modelo de polietileno esculpido con
1 Colocación zuncho:
150 segundos
2 Introducción conector:
10 segundos
3 Ajuste de la tuerca:
30 segundos
| C | V. XXIV | N. 27 | - | 2019 |
Y B - F J
61
Figura 14. Prototipo I: madera, hecho a
mano
3
Figura 16. Prototipo II instalado: Plástico
con impresora 3D, con guías tipo cola de
milano mejoradas
Figura 17. Prototipo II en bambú abierto
Posteriormente se han ido explorando
opciones para aumentar el nivel de
fricción entre el bambú y las piezas de
plástico. En un prototipo III, se incorporó
dientes en forma de pirámide capaz de
incrustarse en la parte interna blanda
del bambú.
Figura 18. Prototipo III: Plástico con
impresora 3D, con cuñas con dientes
Este prototipo demostró un buen
desempeño práctico en cuanto a su
instalación ya que la colocación de la
unión no supera cuatro minutos,
incluyendo la colocación de un zuncho.
Para la colocación de un segundo
zuncho, se añade 2:30min.
Figura 19. Proceso de montaje del prototipo
de polietileno
En base a ese modelo, se fabricó un
modelo de polietileno esculpido con
1 Colocación zuncho:
150 segundos
2 Introducción conector:
10 segundos
3 Ajuste de la tuerca:
30 segundos
Figura 19. Proceso de montaje del prototipo
de polietileno
En base a ese modelo, se fabricó un
modelo de polietileno esculpido con fre-
sadoras CNC, que constituye una repre-
sentación muy similar a lo que se con-
seguiría con un sistema de fabricación
industrial en base a inyección en moldes,
método que permitiría llegar a un costo
de producción accesible. Para el caso es-
pecíco del disco de compresión, se fa-
bricaron también prototipos en madera
densa con una fresadora CNC, con el
propósito de ofrecer alternativas de ma-
teriales y lenguaje arquitectónico.
Figura 20. Discos de compresión en madera
densa y polietileno
Ensayos de prototipos bajo esfuerzos
de tracción
Por las características del conector de-
sarrollado, la mayor incógnita es su com-
portamiento y resistencia cuando está so-
metido a tracción, ya que el esfuerzo de
compresión resulta ser una transmisión
sencilla de cargas de toda la supercie
de la sección del tallo de bambú hacia el
disco de compresión que a su vez trans-
mite las cargas a la arandela, el perno y
la varilla roscada. A cambio cuando está
sometida a tracción el sistema “expansor”
aplica un esfuerzo perpendicular a las -
bras hacia el exterior del tallo, lo que agu-
diza la incrustación de los dientes de las
cuñas dentro del bambú y provoca una
deformación del tallo.
Resultados del modelo con tres cuñas
Los primeros ensayos presentaron un
comportamiento no esperado a partir de
cargas superiores a 200kg: a medida que
se aumenta la fuerza de tracción, el “taco
expansor” ha ido bajando y desplazando
las cuñas hacia el exterior, provocando
una deformación de la sección del bam-
bú hacia una forma casi triangular, aun
con la colocación de dos zunchos metá-
licos. Esta importante deformación dio
la oportunidad al taco extensor chocar y
empujar el disco de compresión como se
nota en la siguiente foto. Lo que resultó
satisfactorio fue la adherencia de las cu-
ñas con el bambú, ya que no se despla-
zaron incluso después de la suración del
bambú.
| C | V. XXIV | N. 27 | - | 2019 |
C
62
Figura 21. Desplazamiento con una fuerza
aproximada de 400kg
Resultados del modelo con seis
cuñas
Para evitar la deformación triangular
evidenciada, se optó por fabricar nuevos
prototipos con seis cuñas. Las pruebas
realizadas demostraron un cambio
radical del comportamiento de la unión:
los desplazamientos empezaron
alrededor de 400kg de carga, y las
primeras fallas (fisura ligera) del bambú
surgieron superando una tracción de
650kg. Tales fisuras se produjeron
primero en el lugar de la grampa de los
zunchos. En los seis ensayos
realizados, el colapso de la unión
siempre ocurrió con una carga mayor a
1000 kg. La carga más elevada de
rotura final fue 1750 kg, que coincidió
con la rotura del zuncho más cercano de
la extremidad del bambú. El
desplazamiento a la rotura estuvo
comprendido entre 7mm y 20mm, lo que
es una variación grande.
Figura 22. Primera falla: fisura en el lugar
de la grampa del zuncho (carga ≥ 650kg)
Figura 23. Rotura final: fisuras múltiples del
bambú y apertura del zuncho en la zona de
la grampa (carga ≥ 1000kg)
Se probaron dos tipos de cuñas, unas
con 18x5 hiladas de dientes, y unas con
3x18 hiladas de dientes. El promedio de
resistencia de las probetas con más
dientes es un poco superior, pero se
necesitaría más ensayos para
Figura 21. Desplazamiento con una fuerza
aproximada de 400kg
Resultados del modelo con seis cuñas
Para evitar la deformación triangular
evidenciada, se optó por fabricar nuevos
prototipos con seis cuñas. Las pruebas
realizadas demostraron un cambio radi-
cal del comportamiento de la unión: los
desplazamientos empezaron alrededor de
400kg de carga, y las primeras fallas (su-
ra ligera) del bambú surgieron superan-
do una tracción de 650kg. Tales suras
se produjeron primero en el lugar de la
grampa de los zunchos. En los seis en-
sayos realizados, el colapso de la unión
siempre ocurrió con una carga mayor a
1000 kg. La carga más elevada de rotu-
ra nal fue 1750 kg, que coincidió con
la rotura del zuncho más cercano de la
extremidad del bambú. El desplazamien-
to a la rotura estuvo comprendido entre
7mm y 20mm, lo que es una variación
grande.
Figura 21. Desplazamiento con una fuerza
aproximada de 400kg
Resultados del modelo con seis
cuñas
Para evitar la deformación triangular
evidenciada, se optó por fabricar nuevos
prototipos con seis cuñas. Las pruebas
realizadas demostraron un cambio
radical del comportamiento de la unión:
los desplazamientos empezaron
alrededor de 400kg de carga, y las
primeras fallas (fisura ligera) del bambú
surgieron superando una tracción de
650kg. Tales fisuras se produjeron
primero en el lugar de la grampa de los
zunchos. En los seis ensayos
realizados, el colapso de la unión
siempre ocurrió con una carga mayor a
1000 kg. La carga más elevada de
rotura final fue 1750 kg, que coincidió
con la rotura del zuncho más cercano de
la extremidad del bambú. El
desplazamiento a la rotura estuvo
comprendido entre 7mm y 20mm, lo que
es una variación grande.
Figura 22. Primera falla: fisura en el lugar
de la grampa del zuncho (carga ≥ 650kg)
Figura 23. Rotura final: fisuras múltiples del
bambú y apertura del zuncho en la zona de
la grampa (carga ≥ 1000kg)
Se probaron dos tipos de cuñas, unas
con 18x5 hiladas de dientes, y unas con
3x18 hiladas de dientes. El promedio de
resistencia de las probetas con más
dientes es un poco superior, pero se
necesitaría más ensayos para
Figura 21. Desplazamiento con una fuerza
aproximada de 400kg
Resultados del modelo con seis
cuñas
Para evitar la deformación triangular
evidenciada, se optó por fabricar nuevos
prototipos con seis cuñas. Las pruebas
realizadas demostraron un cambio
radical del comportamiento de la unión:
los desplazamientos empezaron
alrededor de 400kg de carga, y las
primeras fallas (fisura ligera) del bambú
surgieron superando una tracción de
650kg. Tales fisuras se produjeron
primero en el lugar de la grampa de los
zunchos. En los seis ensayos
realizados, el colapso de la unión
siempre ocurrió con una carga mayor a
1000 kg. La carga más elevada de
rotura final fue 1750 kg, que coincidió
con la rotura del zuncho más cercano de
la extremidad del bambú. El
desplazamiento a la rotura estuvo
comprendido entre 7mm y 20mm, lo que
es una variación grande.
Figura 22. Primera falla: fisura en el lugar
de la grampa del zuncho (carga ≥ 650kg)
Figura 23. Rotura final: fisuras múltiples del
bambú y apertura del zuncho en la zona de
la grampa (carga ≥ 1000kg)
Se probaron dos tipos de cuñas, unas
con 18x5 hiladas de dientes, y unas con
3x18 hiladas de dientes. El promedio de
resistencia de las probetas con más
dientes es un poco superior, pero se
necesitaría más ensayos para
Figura 22. Primera falla: sura en el lugar de
la grampa del zuncho (carga ≥ 650kg)
Figura 23. Rotura nal: suras múltiples del
bambú y apertura del zuncho en la zona de
la grampa (carga ≥ 1000kg)
Se probaron dos tipos de cuñas, unas
con 18x5 hiladas de dientes, y otras con
3x18 hiladas de dientes. El promedio de
resistencia de las probetas con más dien-
tes es un poco superior, pero se necesi-
taría más ensayos para realmente sacar
conclusiones detalladas al respecto.
Lo interesante es que, en ninguno de
los ensayos, se produjo un deslizamiento
de los dientes de plástico sobre el bambú,
lo que comprueba que un sistema mecá-
nico de incrustación en la parte interna
de la pared de bambú es un método via-
ble de conexión.
realmente sacar conclusiones
detalladas al respecto.
Lo interesante es que, en ninguno de los
ensayos, se produjo un deslizamiento
de los dientes de plástico sobre el
bambú, lo que comprueba que un
sistema mecánico de incrustación en la
parte interna de la pared de bambú es
un método viable de conexión.
Figura 24. Incrustaciones en el interior del
bambú después del ensayo a tracción.
Arriba: cuñas con 18x3 hiladas de dientes
Abajo: cuñas con 18x5 hiladas de dientes
Nivel de adaptabilidad a secciones
variables
Con esos últimos prototipos, solo se
consiguió que el conector se pueda
adaptar a una variabilidad de 1.5cm de
diámetro interior. Para tener más
amplitud de uso, se podría plantear
tener varios tamaños de “taco
expansor”, en función al diámetro del
bambú que se quiere utilizar.
Reflexión sobre los esfuerzos de
corte
En los casos de uniones que tienen que
resistir un esfuerzo de corte
perpendicular al tallo de bambú, este
conector podría resultar débil porque la
varilla roscada estaría sometida a un
esfuerzo de flexión y podría doblarse.
Ante este problema, se diseñó un disco
de compresión cónico que ingrese al
interior del bambú y pueda repartir este
tipo de carga hacia el tallo. Sería
necesario realizar ensayos al corte para
evaluar el comportamiento estructural
de la unión con la solución planteada.
Figura 25. Prototipo de conector con disco
de compresión cónico.
| C | V. XXIV | N. 27 | - | 2019 |
Y B - F J
63
realmente sacar conclusiones
detalladas al respecto.
Lo interesante es que, en ninguno de los
ensayos, se produjo un deslizamiento
de los dientes de plástico sobre el
bambú, lo que comprueba que un
sistema mecánico de incrustación en la
parte interna de la pared de bambú es
un método viable de conexión.
Figura 24. Incrustaciones en el interior del
bambú después del ensayo a tracción.
Arriba: cuñas con 18x3 hiladas de dientes
Abajo: cuñas con 18x5 hiladas de dientes
Nivel de adaptabilidad a secciones
variables
Con esos últimos prototipos, solo se
consiguió que el conector se pueda
adaptar a una variabilidad de 1.5cm de
diámetro interior. Para tener más
amplitud de uso, se podría plantear
tener varios tamaños de “taco
expansor”, en función al diámetro del
bambú que se quiere utilizar.
Reflexión sobre los esfuerzos de
corte
En los casos de uniones que tienen que
resistir un esfuerzo de corte
perpendicular al tallo de bambú, este
conector podría resultar débil porque la
varilla roscada estaría sometida a un
esfuerzo de flexión y podría doblarse.
Ante este problema, se diseñó un disco
de compresión cónico que ingrese al
interior del bambú y pueda repartir este
tipo de carga hacia el tallo. Sería
necesario realizar ensayos al corte para
evaluar el comportamiento estructural
de la unión con la solución planteada.
Figura 25. Prototipo de conector con disco
de compresión cónico.
Figura 24. Incrustaciones en el interior
del bambú después del ensayo a tracción.
Arriba: cuñas con 18x3 hiladas de dientes
Abajo: cuñas con 18x5 hiladas de dientes
Nivel de adaptabilidad a secciones va-
riables
Con esos últimos prototipos, solo se
consiguió que el conector se pueda adap-
tar a una variabilidad de 1.5cm de diá-
metro interior. Para tener más amplitud
de uso, se podría plantear tener varios
tamaños de “taco expansor”, en función
al diámetro del bambú que se quiere uti-
lizar.
Reexión sobre los esfuerzos de corte
En los casos de uniones que tienen
que resistir un esfuerzo de corte perpen-
dicular al tallo de bambú, este conector
podría resultar débil porque la varilla
roscada estaría sometida a un esfuerzo de
exión y podría doblarse. Ante este pro-
blema, se diseñó un disco de compresión
cónico que ingrese al interior del bambú
y pueda repartir este tipo de carga hacia
el tallo. Sería necesario realizar ensayos
al corte para evaluar el comportamiento
estructural de la unión con la solución
planteada.
realmente sacar conclusiones
detalladas al respecto.
Lo interesante es que, en ninguno de los
ensayos, se produjo un deslizamiento
de los dientes de plástico sobre el
bambú, lo que comprueba que un
sistema mecánico de incrustación en la
parte interna de la pared de bambú es
un método viable de conexión.
Figura 24. Incrustaciones en el interior del
bambú después del ensayo a tracción.
Arriba: cuñas con 18x3 hiladas de dientes
Abajo: cuñas con 18x5 hiladas de dientes
Nivel de adaptabilidad a secciones
variables
Con esos últimos prototipos, solo se
consiguió que el conector se pueda
adaptar a una variabilidad de 1.5cm de
diámetro interior. Para tener más
amplitud de uso, se podría plantear
tener varios tamaños de “taco
expansor”, en función al diámetro del
bambú que se quiere utilizar.
Reflexión sobre los esfuerzos de
corte
En los casos de uniones que tienen que
resistir un esfuerzo de corte
perpendicular al tallo de bambú, este
conector podría resultar débil porque la
varilla roscada estaría sometida a un
esfuerzo de flexión y podría doblarse.
Ante este problema, se diseñó un disco
de compresión cónico que ingrese al
interior del bambú y pueda repartir este
tipo de carga hacia el tallo. Sería
necesario realizar ensayos al corte para
evaluar el comportamiento estructural
de la unión con la solución planteada.
Figura 25. Prototipo de conector con disco
de compresión cónico.
Figura 25. Prototipo de conector con dis-
co de compresión cónico.
Conclusiones
El estudio ha permitido comprobar
que es viable utilizar un método de in-
crustación mecánica en la parte interna de
la pared de bambú, ya que no se presentó
ningún deslizamiento, aun con fuerzas de
tracción superior a 1500 kg. Los ensayos
exploratorios del conector con sistema de
expansión han demostrado un compor-
tamiento estructural alentador. Trabaja
de forma idónea a compresión paralela
al tallo de bambú, pero presenta una de-
bilidad en cuanto a los desplazamientos
relativamente altos si el conector está so-
metido a una fuerza de tracción alta. Por
otro lado, se tendría que estudiar cuál es
su comportamiento para el corte perpen-
dicular al tallo de bambú.
El conector desarrollado presenta las
siguientes ventajas técnicas:
• Es de muy fácil uso y no requiere de
cortes especiales del bambú. Permi-
te a una persona no experta realizar
uniones entre bambúes con herra-
mientas manuales de uso simple: lla-
ve, zunchadora manual.
• No requiere de un nudo a proximi-
dad para realizar la unión, lo que per-
| C | V. XXIV | N. 27 | - | 2019 |
C
64
mite disminuir el tiempo de elección
del tallo y reducir los desperdicios de
bambú.
• No requiere del uso de mortero ya
que su sistema de expansión con los
zunchos evita el aplastamiento del ta-
llo. Eso evita trabajo, tiempos de se-
cado del mortero y reduce el peso de
la unión.
• Una vez asegurado el conector con el
bambú, el dispositivo permite regular
la dimensión de la pieza con una lla-
ve. Ofrece un juego de 2 a 3cm que
resulta muy importante para adaptar-
se a las irregularidades dimensionales
características de los tallos de bambú.
• La unión puede ser desarmada de for-
ma muy sencilla y rápida con un
a lla-
ve.
Esas ventajas han permitido presentar
un proyecto de patente en el Perú (pu-
blicado en la Gaceta Electrónica de Pro-
piedad Industrial de INDECOPI con el
número de expediente 1321-2017).
Figura 26. Una de las figuras del proyecto
de patente donde se muestra una vista
isométrica del dispositivo conector colocado
en el tallo de bambú (8) parcialmente
abierto para visualizar la interacción entre la
invención y la pared interna del tallo de
bambú (8). Se aprecia cómo las cuñas de
fijación (5) se incrustan en la pared interna
del tallo del bambú y se ven la varilla
roscada (3) con las tuercas (6), arandela
(7), el disco de compresión (2) y el taco
extensor (4).
En importante recalcar que, para ser
competitivo, este conector tiene que
producirse en serie con el proceso de
inyección de plástico. Sería interesante
evaluar la posibilidad de utilizar plástico
reciclado.
RECONOCIMIENTOS
Se agradece al Ing. Industrial Rafael
Figueroa, por sus aportes en el diseño y
fabricación de prototipos, y al Arq. Víctor
Barraza, por su apoyo en la fabricación
y ensayos de prototipos.
REFERENCIAS
Añazco, M. (2013). ESTUDIO DE
VULNERABILIDAD DEL BAMBÚ (Guadua
angustifolia) AL CAMBIO CLIMÁTICO en la
costa del Ecuador y norte Perú. Quito: INBAR.
Arce-Villalobos, O. A. (1993). Fundamentals of
the design of bamboo structures. Eindhoven:
technische Universiteit Eindhoven.
Barnet, Y., & Jabrane, F. (2017). Diseño de
proyectos con bambú en Lima como
estrategia de difusión de un método
constructivo alternativo y sostenible.
Campus N°23, 85-104.
Clark, L. (2006). Bamboo biodiversity. Obtenido
de
http://www.eeob.iastate.edu/research/ba
mboo/index.html
Heinsdorff, M., Baumert, C., Baur, M., Garrecht,
H., Kahn-Ackermann, M., Knapp, G., . . . Von
Vegesack, A. (2010). Design with Nature -
The bamboo architecture. Munich: Hirmer.
Janssen, J. J. (2000). Designing and Building with
Bamboo,. Beijing, Republica Polpualr de
China: International Network for Bamboo
and Rattan.
Kaminski, S., Trujillo, D. J., & Lawrence, A.
(2016). Structural use of bamboo: Part 1:
Introduction to bamboo. The Structural
Engineer, 40-43.
Ministerio de Vivienda, Urbanismo y
Construcción. (2012). E100 Bambú.
Reglamento Nacional de Edificaciones. Lima,
Perú.
Morán Ubedia, J. (2014). DE LOS “MATERIALES
CONVENCIONALES” A LOS “ECO
MATERIALES". Primer congreso
Internacional Innovaciones con bambú.
Guayaquil.
Morán Ubidia, J. (2015). Construir con bambú
Figura 26. Una de las guras del proyecto de
patente donde se muestra una vista isométrica
del dispositivo conector colocado en el tallo
de bambú (8) parcialmente abierto para vi-
sualizar la interacción entre la invención y la
pared interna del tallo de bambú (8). Se apre-
cia cómo las cuñas de jación (5) se incrustan
en la pared interna del tallo del bambú y se
ven la varilla roscada (3) con las tuercas (6),
arandela (7), el disco de compresión (2) y el
taco extensor (4).
En importante recalcar que, para ser
competitivo, este conector tiene que pro
-
ducirse en serie con el proceso de inyección
de plástico. Sería interesante evaluar la po
-
sibilidad de utilizar plástico reciclado.
Reconocimientos
Se agradece al Ing. Industrial Rafael Figueroa, por sus aportes en el diseño y fabricación
de prototipos, y al Arq. Víctor Barraza, por su apoyo en la fabricación y ensayos de
prototipos.
rEfErEnCias
Añazco, M. (2013). Estudio de vulnera-
bilidad del bambú (Guadua angus-
tifolia) al cambio climático en la cos-
ta del Ecuador y norte Perú. Quito:
INBAR.
Arce-Villalobos, O. A. (1993). Funda-
mentals of the design of bamboo
structures. Eindhoven: technische
Universiteit Eindhoven.
Barnet, Y., & Jabrane, F. (2017). Diseño
de proyectos con bambú en Lima
como estrategia de difusión de un
método constructivo alternativo y
sostenible. Campus N°23, 85-104.
Clark, L. (2006). Bamboo biodiversity.
Obtenido de http://www.eeob.
iastate.edu/research/bamboo/in-
dex.html
| C | V. XXIV | N. 27 | - | 2019 |
Y B - F J
65
Heinsdor, M., Baumert, C., Baur, M.,
Garrecht, H., Kahn-Ackermann,
M., Knapp, G., Von Vegesack,
A. (2010). Design with Nature -
e bamboo architecture. Munich:
Hirmer.
Janssen, J. J. (2000). Designing and Build-
ing with Bamboo,. Beijing, Republi-
ca Polpualr de China: International
Network for Bamboo and Rattan.
Kaminski, S., Trujillo, D. J., & Law-
rence, A. (2016). Structural use of
bamboo: Part 1: Introduction to
bamboo. e Structural Engineer,
40-43.
Ministerio de Vivienda, Urbanismo y
Construcción. (2012). E100 Bam-
bú. Reglamento Nacional de Edica-
ciones. Lima, Perú.
Morán, J. (2014). De los “Mate- riales
convencionales” a los “Ecomateri
-
ales”. Primer congreso Internacional
Innovaciones con bambú. Guaya
-
quil.
Morán, J. (2015). Construir con bambú
“caña de Guayaquil”. Lima, Perú:
Red Internacional de Bambú y
Ratán.
Vavylousakis, I. (2016). Research into
Bamboo connections for seismic load
-
ings. Coventry: Coventry University.
Vorontsova, M., Clark, L., Dranseld, J.,
Govaerts, R., Wilkinson, T., & Bak
-
er, W. (2016). World Atlas of Bam-
boos and Rattans. Beijing: INBAR.
文献, 民. 杨. (2013). Patente nº CN
203284890. China.
| C | V. XXIV | N. 27 | - | 2019 |
C
66
