Uniones y elementos de conexión para estructuras con bambú: clasificación y desarrollo de un prototipo de conexión

Abstract

(English) Bamboo is a material of great importance in different civilizations of Asia and Latin America. Its use goes from the roots to the leaves, which are raw material to make edible products, furniture and construction material.

To the structural and environmental benefits of bamboo, it is added its aesthetic appearance and its low economic cost for cultivation. Recently, these qualities of the material have generated great interest in the building sector for its application in contemporary architecture, as well as for the development of different innovative materials based on it.

Due to its flexibility, the most common way of using it is the complete canes, either in facades, for finishes or in structures. To use them, it is necessary to make specific cuts in the bamboo and assemble the connections, being the latter elements that are hardly found on the market, so they must be adapted to existing connections for wood or must be created.

This thesis consists of two main objectives: the development of a classification for bamboo connections and the design and characterization of a new connection prototype.

In the first phase, the most representative union and connection techniques of bamboo structures, applied both in traditional and contemporary architecture, were collected, ordered and classified. To achieve this goal, several field visits were performed, to countries such as Colombia, Brazil and Malaysia. This in situ analysis was complemented with documentary support in order to extract technical and graphical information on the joints and connections most used in bamboo construction.

One of the most valuable systematizations carried out in this research was the classification of connections through the technology used for their development. In this sense, the connections were selected and arranged in three main categories: low tech, medium tech and high tech.

In the experimental phase of this thesis, the species Guadua angustifolia was used. First, its mechanical properties were evaluated, obtaining good results both in tensile (114 MPa) and compression (62.8 MPa) strength.

On the basis of previous work, the appropriate parameters were defined to create a new connection prototype that would meet the technical and design characteristics that a structure built with bamboo could demand. A series of variants of the prototype were manufactured to analyze its mechanical behavior and installation. Specifically, tensile tests were developed for four connection variants, whose tensile strength results range from 9 kN to 24 kN depending on the characteristics of each variant. These results are comparable to, or even better than, those obtained by other authors.

Finally, the architectural possibilities offered by the proposed connection were explored. The connection is versatile for designing linear, triangular and geodesic structures.

(Español) El bambú es un material de gran importancia en diferentes civilizaciones de Asia y Latinoamérica. Su aprovechamiento va desde las raíces hasta las hojas, las cuales son materia prima para elaborar productos comestibles, mobiliario y material para la construcción. A las bondades estructurales y medioambientales del bambú, se le une su aspecto estético y su bajo coste económico para su cultivo. Recientemente, estas cualidades del material han generado gran interés en el sector de la edificación para su aplicación en la arquitectura contemporánea, así como para el desarrollo de diferentes materiales innovadores basados en él. Debido a su flexibilidad, la forma más habitual de utilizarlo son las cañas completas, ya sea en fachadas, para acabados o en estructuras. Para emplearlas, es necesario realizar cortes específicos en el bambú y ensamblar las conexiones, elementos estos últimos que difícilmente se encuentran en el mercado, por lo que se deben adaptar a las conexiones ya existentes para madera o crearlas. Esta tesis consta de dos objetivos principales: desarrollar una clasificación de las conexiones que facilite el diseño arquitectónico con bambú y diseñar y caracterizar un nuevo tipo de conexión. En una primera fase se recopilaron, ordenaron y clasificaron las técnicas de unión y de conexión más representativas de las estructuras con bambú, aplicadas tanto en la arquitectura tradicional como en la contemporánea. Para lograr este objetivo, se realizaron visitas de campo en países como Colombia, Brasil y Malasia, entre otros. Este análisis in situ se complementó con apoyo documental con el fin de extraer información técnica y gráfica de las uniones y las conexiones más utilizadas en la construcción con bambú. Una de las sistematizaciones más valiosas que se llevaron a cabo en esta investigación fue la clasificación de conexiones mediante la tecnología empleada para su desarrollo. En este sentido, las conexiones se seleccionaron y se ordenaron en tres grandes categorías: low tech, medium tech y high tech. En la fase experimental de esta tesis se utilizó la especie Guadua angustifolia. En primer lugar, se evaluaron sus propiedades mecánicas, las cuales obtuvieron buenos resultados tanto a tracción (114 MPa) como a compresión (62,8 MPa). En base al trabajo previo, se definieron los parámetros adecuados para diseñar un nuevo prototipo de conexión que reuniera las características técnicas y de diseño que pudiera demandar una estructura construida con bambú. Se fabricaron una serie de variantes del prototipo para analizar su comportamiento mecánico y de puesta en obra. Concretamente se realizaron ensayos de tracción para cuatro variantes de conexión, cuyos resultados de la resistencia a tracción fueron desde los 9 kN hasta los 24 kN en función de las características de cada variante. Estos resultados son comparables, o incluso mejores a los obtenidos por otros autores. Por último se exploraron las posibilidades arquitectónicas que ofrece la conexión propuesta y se constató la versatilidad de la misma para diseñar estructuras lineales, triangulares y geodésicas.