Bambu

1. Proyecto 1.1 Idea del proyecto La realización constructiva de la idea construir un pabellón con los recursos naturales fue ejecutada por el arquitecto colombiano Simón Vélez. La guadua es un pasto gigante que crece muy rápido y de forma muy densa en poco espacio. Los tallos de la variedad Guadua Angustifolia en Colombia se utilizan en primer línea como material de construcción para viviendas y son considerados como un recurso barato para la gente del campo. El arquitecto Simón Vélez en los últimos 15 años ha desarrollado la técnica de construir en guadua y también ha realizado una cantidad de obras impresionantes en este material. Gracias a la técnica de uniones de tallos de la guadua desarrollado por Simón Vélez, ha sido posible la introducción de la guadua al mundo de los materiales naturales de construcción. Una presentación detallada de la guadua se encuentra en el libro "Tropical Bamboo Bambusa Guadua". El pabellón de la Expo Hannover para la fundación ZERI había de diseñar abierto tanto al exterior como al interior y en su forma tenía que relacionarse a la naturaleza. La forma fundamental del pabellón representa un amplio y abierto sombrero sin entradas ni salidas que brinda una protección perfecta a los visitantes en caso de lluvia o de sol. 1.2 Estructura y geometría El techo monumental tiene diez ángulos (decágono) y su apariencia es casi redonda. El diámetro es aproximadamente de 40 metros incluidos los aleros que sobresalen del perímetro del segundo piso por 7 metros protegiendo la construcción estructural y sus visitantes contra la influencia del tiempo. La altura desde el nivel de primer piso hasta el inicio de la cubierta es de 7 metros y hasta la cumbrera alcanza los 14,5 metros. Él vació interior del pabellón tiene un diámetro anular aproximadamente de 16 metros. El diámetro exterior alcanza 26 metros (figura 2). Como parte de la cubierta se utilizó fibrocemento (ripio con fibras de bambú y cemento). La construcción

inferior está formada de la capa de mortero de 3 centímetros de espesor que trabaja con la otra capa de metal de extensión (malla electro soldada) puesta por debajo de ella para la repartición de las cargas a los cabrios. Los cabrios están situados radialmente en un círculo a cortas distancias entre sí. Diez (10) cerchas circulares de correas soportan los cabrios. En la cubierta tiene 40 cerchas de guadua delgada dispuestas radialmente con 9° de ángulo entre ellas las cargas se transmiten a las columnas interiores y exteriores. (figura 3 y 5) En la cumbrera las cerchas están conectadas por un anillo de acero de cumbrera y tirantes con diámetro de 16 centímetros. La unión resistente a la tracción en los puntos nodales de la cercha se logra mediante una varilla roscada embebida en mortero o con las planchas laterales de acero y pernos embebidos en mortero. Fuerzas grandes de tracción diferencial se transmiten por el tope. Cada segunda cercha no tiene soporte directo. La transmisión de las fuerzas en los apoyos se logra por las diagonales en combinación con los anillos transportando así las fuerzas a los pilones. Los pilones inclinados de la madera Aliso transmiten las cargas verticales del techo directamente a los fundamentos. En la altura de los cabeceros de los apoyos está formada una cercha circular con las guaduas más finas para la repartición de las cargas horizontales a toda la estructura. En los cabeceros de los apoyos y en la altura del nivel del piso se fijaron correas para apuntalarlo. Como material para las correas por razones de estática y estética se utilizó la parte inferior del rizoma de la guadua, vulgarmente dicho "el caimán". Esta parte de la guadua se caracteriza por la resistencia más fuerte. El nivel del piso está formado por varias capas (figura 4). Los tallos de las guaduas puestas en dirección radial y circular forman el armazón portante inferior. Esta estructura viene apoyada en los puntos nodales con los soportes de caimanes. Los apoyos interiores y exteriores están conectados por una cinta de acero de tracción para disminuir la flexión de los tallos de los apoyos. Sobre los tallos de la guadua están acostados los tallos de la madera arboloco con un tallo de forma de medio envoltura y están fijadas sobre ellos. Los tallos del bamboo chusque tienen un diámetro de

2-3 centímetros y están puestos juntos formando un encofrado para el piso de hormigón armado. El piso del hormigón armado tiene un espesor de tan solo 8 centímetros y sirve más bien para la repartición de las cargas como la plancha para las cargas verticales y el disco para las cargas horizontales. Los apoyos exteriores tienen fundamentos individuales. Considerando las pruebas que todavía hay que hacer en la construcción cuando esté lista, los fundamentos individuales se conectan con una viga de cimentación. os tallos de la guadua se debían seleccionar como los rollizos de la madera. Para la estructura portante, se acordó para los tallos un diámetro de 10 a 14 centímetros y espesor de la pared de 15 a 20 milímetros. Fueron entregados en algunos contenedores los tallos con el diámetro de 9 a 14 centímetros y con espesor de la pared de 9 a 25 milímetros. Los tallos de la guadua fueron post seleccionados y clasificados en Hannover en tres clases. Clase I concordaba con las dimensiones con las que fueron hechos los cálculos de la construcción. Los tallos de la clase II con el diámetro y el espesor de la pared menor las cuales fueron utilizadas en los elementos de la construcción sometidos a menos esfuerzos. Nuevamente se clasificó y seleccionó os tallos de la clase III los cuales se destinaron para uso exclusivo en construcciones provisionales. De cada entrega fueron escogidos por lo menos tres tallos de la guadua y enviados a la entidad para los ensayos de materiales a Stuttgart para asegurar la concordancia de éstos a través de los ensayos adicionales con los tallos de la guadua para los ensayos de elementos de la construcción.

1.3 Función

1.4 Procedimiento de vigilancia de la obra. Los materiales principales utilizados en la construcción del pabellón ZERI guadua angustifolia y la madera aliso no están reglamentados en Alemania como materiales de construcción. Ni siquiera en la patria de estos materiales de construcción, Colombia, existen reglamentos comprobados o normas técnicas que se podrían considerar en los ensayos de seguridad estándar. Tampoco existen los datos confiables de resistencias para las uniones de los tallos de la guadua en los puntos nodales con las piezas de acero y mortero inyectado. Por la geometría y las características especiales de la guadua únicamente se puede hacer una comprobación de estabilidad y de aptitud para el uso, por cálculo aproximado. Para demostrar la confiabilidad de la obra, la gerencia de

CENECAFE y ZERI hizo construir un prototipo supuestamente idéntico en Manizales/ Colombia. Dados diferentes parámetros de construcción, los valores característicos del material, su realización, no fue posible construir un edificio 100% idéntico en Hannover. Considerando la estabilidad y el hecho singular que la construcción en Manizales resistió con éxito las cargas puestas en ella durante los ensayos tampoco se puede determinar el nivel de estabilidad de la obra. En el marco del procedimiento para la consecución del permiso de construir se solicitó un permiso excepcional a la entidad superior alemana de vigilancia de obras. Para obtener este permiso excepcional se realizó las siguientes medidas: a) Ensayos previos en el prototipo en Manizales / Colombia para evaluar el nivel de la estabilidad b) Ensayos de elementos de construcción (bamboo guadua, madera aliso, uniones) para determinar los valores y características mecánicas. c) Cálculos de estática d) Comprobación experimental de la estabilidad y de aptitud para el uso en el pabellón construido en Hannover e) Garantía de calidad (selección previa de material en Colombia, vigilancia por una institución de ensayos de materiales, vigilancia de la construcción de la obra).

2. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Los principales materiales de construcción para la estructura del pabellón de ZERI son la Guadua Angustifolia, madera (Aliso), Acero de construcción y hormigón. La madera arboloco y la variedad del bamboo chusque tienen la importancia secundaria. Los materiales de construcción acero y hormigón es material reglamentados de construcción, pero para los demás materiales faltan todavía los conocimientos comprobados. Por esta razón se hicieron ensayos en la entidad para lso ensayos de materiales de construcción en Stuttgart/Alemania para determinar las siguientes características:

- características mecánicas de la Guadua Angustifolia (tabla 1) - características mecánicas de la madera Aliso (Alnus Acuminata) (Fig 7) - estabilidad de las uniones de los tallos de la guadua con el mortero inyectado y acero (figura 8) 2.1 Bamboo Guadua Angustifolia La planta del bamboo es un pasto gigante con un crecimiento muy rápido. En la literatura se encuentra enorme cantidad de las variedades del bamboo. Muchas veces está indicado que alrededor del mundo existen más de 500 diferentes variedades del bamboo. En Suramérica se utiliza la variedad Guadua Angustifolia como material de construcción para viviendas. Tabla I Valores característicos de la Guadua angustifolia Kunth ahumado específicamente de la zona cafetera Colombiano. Finca ..... Don Gabriel German Londoño Pereira Colombia. Instituto FMPH Dr.Aicher Stuttgart/Alemania Modulo de elasticidad (compresión || la fibra) = 18 400 N/mm2 Modulo de elasticidad (flexión) = 17 800 N/mm2 Modulo de elasticidad (tracción || la fibra) = 20 700 N/mm2 ßD (compresión || la fibra, _=10) = 56 N/mm2 ßd (compresión || la fibra, _=56) = 39 N/mm2 ßd (compresión || la fibra, _=86) = 27 N/mm2 ßb (flexión) = 74 N/mm2 ßT (cortante) = 4,3 N/mm2 ßz (cortante || la fibra) > 95 N/mm2 La guadua crece desde un sistema radial parecido a una red y alcanza en tan solo un año su plena altura de 20-25 metros. Después se madura. A partir del tercer año hasta los seis años se puede cosechar la guadua y utilizarla para construcciones. La forma natural de los tallos es ligeramente cónico. El diámetro del tallo y el espesor de la pared disminuyen hacia arriba. Para el pabellón de Hannover/Alemania se utilizaron los tallos de la guadua con un diámetro entre 10 y 14 centímetros y con un espesor de pared entre 11 y 20 milímetros.

En la entidad para ensayos de materiales de construcciones de Stuttgart/Alemania se ensayaron los tallos enteros y se determinaron los valores promedios. (Tabla I) Los tallos de la guadua muestran un buen comportamiento de estabilidad en el ensayo de compresión. Las paredes no se doblan bruscamente y no abollan. En los ensayos de flexión la falla más frecuente era la rotura por cizallamento. Estas fallas fueron favorecidas por las fisuras del secado paralelas al eje del tallo. Por esta razón en las áreas de altas fuerzas de cizalladura los cañutos entre los nudos fueron rellenados con mortero inyectado. En el caso de la falla por cizalladura en el peor caso siempre queda la estabilidad restante de dos áreas de sección. Cuando no había las fisuras, la capacidad de la estabilidad de flexión alcanzaba aproximadamente 95 N/mm2 2.2 MADERA ALISO (ALNUS ACUMINATA) El árbol Aliso (Alnus Acuminata) se da en Suramérica en las alturas entre 2000 y 3000 metros sobre el nivel del mar. En el pabellón de Hannover se utilizaron troncos enteros de un diámetro de 17-22 centímetros. Como en Colombia no hay marcada estaciones del año, no están distinguibles los anillos anuales del árbol. En la entidad para los ensayos de construcciones se ensayaron muestras rollizas y escuadradas. Por causa de la revibración (torcedura) de la madera, se presentaron en las secciones de la muestra escuadrada los valores de resistencia equivalentes a la clase NHS7 en la clasificación alemana, se observó una ruptura brusca. En las secciones de rollizos la resistencia se aumentó considerablemente y también se demostró un buen comportamiento de la estabilidad. Para el dimensionamiento se podría reglamentarlo al igual que la madera de la clase NHS10 en la clasificación alemana (sin embargo sin el recargo para la sección de rollizo). 2.3 UNIONES Los puntos nodales y las uniones de tallos de la guadua se realiza con las piezas de acero y la inyección de mortero en los cañutos de la guadua (figura 8) las uniones se transmiten en primer línea las

fuerzas de la tracción. Se diferencia entre dos diferentes tipos de uniones: Tipo A Varillas roscadas embebidas en mortero Tipo B Planchas laterales de acero y pernos embebidos en mortero La estabilidad de las uniones se investigó en Bogotá / Colombia en la Universidad en el marco de una tesis. Sin embargo en ese trabajo no está mencionado el receptor del mortero y tampoco hay datos sobre el comportamiento de la deformación de las uniones bajo cargas. Los ensayos que se realizaron en la entidad alemana para los ensayos de materiales de construcción demostraron que ambos tipos de uniones tienen el comportamiento casi dúctil en la zona superior de las cargas. En la unión del tipo A (Varillas roscadas y 2 o 3 canutos rellenos de mortero) ni siquiera se notó un deslizamiento inicial. La falla se mostró por una rajadura del tallo de la guadua en el punto de la salida de la varilla. Con una abrazadera adecuada puesta al final del tallo se aumenta la estabilidad. En promedio se alcanzaron valores de la estabilidad de tracción de 70 KN (7 toneladas). La unión del Tipo B (planchas laterales de acero, perno y 2 o 3 cañutos rellenos de mortero) mostró un deslizamiento inicial de aproximadamente 1,5 mm. Pero también resultó resistiendo en un promedio a 140 KN (14 toneladas) La falla se manifestaba por el extremo ensanchamiento del agujero en la plancha de acero y por rajadura del tallo de la guadua.

3. PLANEAMIENTO DE LA ESTRUCTURA 3.1 SISTEMA A primera vista la estructura puede parecer un poco caótica y causa confusión por la gran cantidad de tallos. Pero al observarla detenidamente, se descubre lo sencilla y bien pensada estructura de la construcción. Los principales elementos portadores de las cargas verticales son las 40 cerchas puestas radialmente, las columnas interiores y exteriores y los tallos de la

guadua en el primer nivel que en los puntos nodales entre las columnas están apoyados por los cuadrales. Las columnas están conectadas con los tirantes de acero para la reducción del esfuerzo a flexión. Los cabrios y correas de la construcción del techo transmiten las cargas a las cerchas. El piso del hormigón armado en el primer nivel del pabellón tiene un efecto repartidor de las cargas transmitiéndolas junto con los elementos intermedios de refuerzo arboloco y chusque a la construcción inferior de la guadua. Las cargas horizontales del viento y de la estabilización se reparten a las columnas por la cercha anular en el nivel de la cabeza inferior y el piso del hormigón armado. La estructura porticada compuesta por los anillos de la guadua en el nivel del piso y de la cabeza inferior, las columnas y las correas transmiten las cargas horizontales a las fundaciones. La estructura portante del pabellón fue ideada según una estructura de barras. Para las barras que en la obra real están compuestas de varias barras de guadua y troncos de madera. Se colocó una superficie ideal y un momento ideal de inercia. Las barras de la cabeza inferior que está sometida al esfuerzo a compresión en la parte voladiza de la cercha, están compuestas de 8 barras. De estas 8 barras únicamente 2 están conectadas a prueba de presión en el punto de alero y el anillo con las columnas exteriores. Las 6 barras restantes están conectadas a las 2 barras sometidas a la fuerza de compresión mediante las varillas roscadas a una distancia de 1 metro entre sí y aumentan de esta forma la estabilidad de flexión estabilizando las barras de compresión. Una cercha de cizallarillas por las varillas roscadas entre las barras no fue construida. (No existe la palabra cizallarillas en español y la idea no es clara). Las columnas también están compuestas de varios troncos de madera, de los cuales solo dos alcanzan la fundación. Los demás troncos están conectados por las varillas roscadas aumentando la estabilidad a flexión de la columna. Para la determinación del efecto de aumento de la estabilidad del piso de hormigón armado, éste fue idealizado a un emparrillado de vigas y sobrepuesto con la estructura portante de la guadua. Las varas de la guadua son ligeramente cónicas. Como sección

transversal para los tallos sometidos al esfuerzo de la fuerza normal se puso un diámetro mediano de 10-12 centímetros y un espesor de la pared de 15 milímetros. 3.2 CARGA Como se trata de un pabellón temporal que al finalizar la EXPO se va a desmontar, la suposición para la carga de nieve es reducida a 0,35 KN/m2. Para la determinación de la carga del viento se supuso la superficie cerrada de la proyección. En consideración del esfuerzo de torsión de toda la obra se supuso la carga resultante del viento excéntricamente. El nivel del piso se utiliza como oficinas y se dimensiona con una carga móvil de 2,0 KN/m2 3.3 LAS FUERZAS DEL CORTE El primer calculo se hizo con los valores característicos que se conocen del material. La determinación de las fuerzas del corte de la estructura portante se realizó utilizando la teoría de 2° grado. Como las correas únicamente están conectadas a prueba a compresión, se supuso que en el caso del esfuerzo a tracción ellas fallaban. En la segunda etapa de la construcción se utilizaron los valores característicos determinados por la entidad para los ensayos de materiales. 3.4 DIMENSIONAMIENTO El dimensionamiento de los elementos de la construcción se realizó con los valores de resistencia tomados de los documentos. Una primera orientación para la carga admisible da los ensayos de Atrops [2] y la tesis doctoral de IR. o A. Arce-Vallalobos [3]. La reducción de la resistencia a la presión dependiendo de la anchura se realizaba aproximadamente con los números w para NHS10 de la clasificación alemana de maderas. El resultado corresponde más o menos a los de Atrpos. Después de la finalización de los ensayos en la entidad para los ensayos de materiales en Stuttgart-Alemania fueron dimensionados los elementos de la construcción con los valores característicos de resistencia. En el marco del programa de ensayos se ensayó las barras de varios grados de esbeltez sometidas al esfuerzo de

compresión. Las cargas admisibles superan las cargas determinadas con el método mencionado antes. Para las resistencias a tracción y de cizallatura se resultaron valores característicos de resistencia menores de los indicados en la literatura. De esto se puede concluir que los valores característicos de la resistencia de la guadua fueron determinados por ensayos con las piezas cortas de la guadua. En cambio en la entidad para los ensayos de materiales de Stuttgart/Alemania fueron ensayados tallos enteros de la guadua. El dimensionamiento de las uniones también se realizo en dos etapas. En el primer paso fue determinada la cantidad de los cañutos a rellenar con el mortero. Para eso se utilizaron los valores característicos del dimensionamiento determinados en los ensayos colombianos. Al final éstos fueron ajustados con los valores característicos de Stuttgart. 3.5 PLANES DE EJECUCIÒN Para el pabellón construido en MANIZALES/ COLOMBIA después de la terminación de la obra fueron elaborados los planes del inventario. Estos planes sirvieron como la base para la elaboración de los planes ejecutivos para la construcción del pabellón en Hannover. Los complementos principales en el pabellón del Hannover fueron la cercha en el nivel de la cabeza inferior y los tirantes debajo del nivel del piso. Estos elementos fueron añadidos posteriormente a la obra en Manizales justo antes de iniciar los ensayos. Además fueron hechos unos pequeños complementos en los puntos de uniones. 3.6 HIPOTESIS HÌBRIDA Para él calculo del sistema del pabellón estáticamente indefinido de alto grado hay de tener conocimientos exactos de la geometría de la estructura y también de la rigidez. La suposición para las cargas variables y constantes en particular las cargas del viento se puede estimar con bastante precisión. Pero esto ya no es el caso cuando hay imperfecciones en el material y en las uniones: - Los ejes de los tallos son pretorcidos por naturaleza - Las secciones y los valores característicos del material varían considerablemente. - Las uniones de tallos son muy excéntricas, exigen

elaboración local artesanalmente y muestran un deslizamiento indefinido. Por estas razones en la comprobación por cálculos de la estabilidad se partió de una hipótesis híbrida y luego en las comprobaciones experimentales para los principales elementos portantes fueron demostradas la estabilidad y la aptitud para el uso. (ver párrafo 5 en el cuaderno 7/2000)

4. EJECUCIÒN DE CONSTRUCCIÒN DE OBRA El pabellón de Manizales se construyó básicamente sin planos arquitectónicos, tan solo se requirió de 2 dibujos y algunas reuniones del arquitecto colombiano Simón Vélez (figura 9) con el maestro de la obra Pablo Atehortua para llevar a cabo la construcción de la obra. El pabellón en Hannover fue construido por los mismos 40 obreros que participaron en la construcción del pabellón en Manizales. La construcción en Hannover fue iniciada en febrero de 2000. Las dificultades en los detalles se superaron en el transcurso de la obra. A pesar que la guadua es un material natural que impide ser prefabricado de manera homogénea, los obreros colombianos demostraron su destreza artesanal en el trabajo y ajuste de los tallos de la guadua dándole calidad y precisión en cada uno de los detalles. (figura 10) El montaje del pabellón se inició con la estructura de cubierta. Primero se fabricaron los anillos de la cumbrera, aleros y correas. Éstos fueron fijados en los andamios y luego conectados por las vigas de correas de la cabeza superior. A continuación fueron fabricados los anillos interiores y exteriores en las cabeceras de las columnas de madera. Dos troncos portantes de madera rolliza soportan los anillos. Después de ajuste de los apoyos de madera fueron terminados los pies de los apoyos.

De esta manera los puntos geométricos angulares estaban completos. Las cerchas y correas en el nivel inferior de la cabeza fueron terminadas. Paralelamente fueron montadas las cerchas en el nivel del piso. A principios de abril se comenzó con la fabricación de la estructura inferior con las barras de arboloco y del chusque para el piso del hormigón armado. A mediados de abril fue colocada la capa de mortero en el techo y el hormigón en el nivel del piso. Los tallos de la guadua y de la madera fueron transportados de Colombia en un buque en varios contenedores. Para hacer la guadua resistente a los bichos, en Colombia le hicieron un tratamiento del ahumado con las propias resinas a la manera japonesa. Los rollizos de la madera fueron preseleccionados de acuerdo a la norma técnica alemana DIN 4074. En el lugar de construcción los rollizos escogidos al azar fueron ensayados por el ingeniero de ensayos y también por la entidad para los ensayos. Del material entregado fueron mandadas algunas muestras a la entidad para los ensayos de materiales en Stuttgart Alemania y allí se certificó la concordancia con los rollizos para los ensayos. Los tallos de la guadua se debían seleccionar como los rollizos de la madera. Para la estructura portante, se acordó para los tallos un diámetro de 10 a 14 centímetros y espesor de la pared de 15 a 20 milímetros. Fueron entregados en algunos contenedores los tallos con el diámetro de 9 a 14 centímetros y con espesor de la pared de 9 a 25 milímetros. Los tallos de la guadua fueron post seleccionados y clasificados en Hannover en tres clases. Clase I concordaba con las dimensiones con las que fueron hechos los cálculos de la construcción. Los tallos de la clase II con el diámetro y el espesor de la pared menor las cuales fueron utilizadas en los elementos de la construcción sometidos a menos esfuerzos. Nuevamente se clasificó y seleccionó os tallos de la clase III los cuales se destinaron para uso exclusivo en construcciones provisionales.

De cada entrega fueron escogidos por lo menos tres tallos de la guadua y enviados a la entidad para los ensayos de materiales a Stuttgart para asegurar la concordancia de éstos a través de los ensayos adicionales con los tallos de la guadua para los ensayos de elementos de la construcción.

5. Valoración experimental de estabilidad 5.1. Métodos de valoración y concepto de seguridad El método de comprobación por experimentos se puede describir con la figura 15. [11] En el ensayo de carga un elemento de la construcción viene sometido a los esfuerzos adicionales. La resistencia efectiva (incógnita) effRu se estima anteriormente por el estado real. Se mide las deformaciones. En el comienzo del ensayo de carga el flujo constante G1 ya está presente en su valor efectivo. Durante el ensayo de carga se añade las cargas externas extFziel, que resultan de la línea de orientación[11]. La suma de G1, Gd,j y Qd que representa la carga del ensayo no debe superar el límite del ensayo Flim. La parte de la carga externa extFziel se puede generar con círculo de fuerzas utilizando el aparato de carga móvil de acero (figura 16). Esta solución permite manejar altas cargas. Además es flexible y no hay que asegurarlo porque no hay piezas de carga que se podrían caer [12]. Las cargas del ensayo se genera con las prensas hidráulicas. 5.2 Requisitos, condiciones y experiencias. Los más importantes requisitos para la aplicación práctica son elementos de construcción como objetos de aplicación. Principialmente aptos para los ensayos Una flexible y bien manejable preparatoría de

cargas Técnica de medición en línea con la representación gráfica instantánea de los resultados de la medición en la pantalla para el reconocimiento seguro de la carga límite del ensayo. Personal del ensayo con mucha experiencia y conocimiento (técnica de la construcción,+técnica de medición+tratamiento de datos). Además hay que cumplir los siguientes requisitos generales: Ensayos previos ( de material y por cálculo) Planificación del programa de ensayos y de la técnica de ensayos incluyendo las medidas de seguridad. Definición de los criterios para el límite de cargas de ensayos y manejo técnico para la medición de estas cargas. Anotar detalladamente todos los ensayos. Después de la evaluación de los ensayos de carga, hay que representar los resultados en forma entendible para los obreros del pabellón. -El comprobante de la plausibilidad en la comparación en los resultados por cálculos y los por medición. El dato explicito de la carga (móvil) a utilizar Explicación para el uso futuro de las cargas admisibles determinadas por los ensayos. Descripción de las condiciones para su aplicación. Detalles para las medidas de la reparación y supervisión de la obra. De la experiencia del Instituto para la Estática Experimental del Politécnico de Bremen que ha realizado aproximadamente 180 proyectos, se puede observar las siguientes conclusiones cualitativas teniendo en cuenta la diferencia de los casos problemáticos de las obras reales[13]: 20% son sin esperanza (ruptura y construcción de nuevo o reparación convencional) 40% se puede hacer la comprobación con ensayos previos y cálculos adecuados. 20% muestran un resultado positivo técnicamente y económicamente. <1% se terminó negativamente por los graves errores de la construcción. 5.3 Ejemplos de aplicación

Tabla 2 muestra ejemplos realizados con una matriz. Se puede ver la universalidad de la aplicación técnica de los métodos experimentales. Los ensayos previos en el prototipo del pabellón en Manizales/Colombia y los ensayos principales en el pabellón de la EXPO hay que asignar a las casillas de la tabla 2 construcción sobre el nivel de la tierra _ garantía +estática híbrida. 5.4 Ensayos previos en el prototipo del pabellón en Manizales/Colombia Para estimar el nivel de la seguridad y para sacar las experiencias para los ensayos de carga en el pabellón de Hannover, primero fueron realizados los ensayos previos en el prototipo en Manizales/Colombia. La planificación y la ejecución de los ensayos de carga se hizo como parte del trámite para la consecución de la permisión de la construcción en colaboración con los proyectistas de la estructura y con la entidad de vigilancia de obras. Según la norma directiva para los ensayos de carga en la construcción maciza. Parte 1 construcción sobre el nivel del mar. [11]. A causa de la múltiple simetría e indeterminación estática de la obra fue posible examinar una prueba tomada al azar a partir de la totalidad de los principales elementos de la estructura. El volumen de las pruebas tomadas al azar y la selección de los elementos de la construcción se coordinó con la entidad para la vigilancia de obras y también eran casi idénticos para las dos obras en Manizales y en Hannover. (Figura 17). Por la gran cantidad de las imponderabilidades, por motivos de seguridad y gastos (compárese capítulo 4) fue considerable realizar los ensayos de carga en los elementos primarios portantes de la obra en una forma global. Techo voladizo (figura 17) Hay 40 piezas de brazos voladizos parecidos en la forma de la construcción. De éstos: Tipo A: 10 piezas en los ángulos del decágono del techo Tipo B: 10 piezas en las mitades del decágono del techo Tipo C: 20 piezas en los cuarto del decágono del techo

Los últimos no están soportados directamente por los tallos, sino indirectamente por las correas torcidas. De los brazos voladizos que están sometidos a los esfuerzos de su propio peso y a la carga de la nieve, se ensayaron las versiones B y C una vez respectivamente. El tipo A no está sometido a grandes esfuerzos gracias al efecto de la estructura plegada. Piso de la galería (figura 17). 20 piezas de cerchas idénticas que principalmente están sometidas a cargas verticales, se ensayaron una cercha con el propio peso y con la carga móvil. Pórtico (figura 17) en simetría rotativa En el plano horizontal están colocadas en simetría rotativa 20 piezas de pórticos de 2 tallos y 2 plantas. Ellos sirven para la transmisión de cargas en la dirección vertical y para el apuntalado horizontal . Gracias al efecto repartidor de las cargas del piso (galería) , al cono del techo, y a la cercha en el nivel de la cabeza inferior, fue suficiente ensayar la transmisión de cargas horizontales por el efecto de disco del piso de concreto armado. En este ensayo se sometió un nivel de pórtico a 2 cargas aisladas en la dirección casi horizontal en la altura del arrostramiento. El Procedimiento del ensayo y los equipos de medición Las cargas de los ensayos se improvisaron con un equipo de pesos consistente en: Adoquines como la masa para el ensayo del techo voladizo. (véase figura 18) Cable de tracción (maxF=6,5KN) para el techo voladizo 40 piezas de barriles de agua (maxQ=88KN)=> carga casi de superficie para la galería (figura 19) Aseguramiento para que no se caiga el piso (figura 20) Aparejo de cadena diferencial (2*maxF=50KN) para el pórtico Medición eléctrica de fuerzas Durante la realización del ensayo, la carga del ensayo fue continuamente aumentada hasta alcanzar la carga final. Paralelamente a esto fueron medidas geodeticamente las reacciones (deformaciones) y representadas gráficamente (figura 22)

Resultados de medición Los protocolos de las mediciones muestran un desarrollo uniforme de las curvas de fuerzas y deformaciones. Se pudo evitar graves errores de la medición. En todos los ensayos fue alcanzada la carga final sin ninguna particularidad visible. Los ensayos estacionarios en función del tiempo fueron interrumpidos después de como mínimo 15 minutos por la constancia de los datos de la medición. Los resultados de los ensayos muestran uniformemente una buena concordancia entre los ensayos de la carga y los cálculos de estática. Ellos demuestran que la estabilidad y la aptitud para el uso del pabellón ZERI para la EXPO 2000 en Hannover se puede alcanzar combinando los ensayos de los elementos de la construcción, ensayos de carga, cálculos estáticos y la alta calidad de la ejecución de la obra como se ha hecho en Manizales/Colombia.

5.5 Ensayos generales en el pabellón en Hannover En el pabellón terminado en el terreno de la EXPO2000 en Hannover (figuras 23, 24, 25) los ensayos generales fueron hechos en Mayo 2000 analógicamente a los ensayos previos hechos en Manizales/Colombia (capítulo 5.4) Suposición de cargas y cargas finales del ensayo. Por el uso temporal del pabellón la suposición de cargas y los coeficientes parciales de seguridad para las cargas constantes y variables fueron coordinada con la vigilancia de obras. Las cargas finales del ensayo fueron determinadas por las respectivas cargas útiles multiplicadas con los coeficientes parciales de seguridad considerando las cargas constantes.

Techo voladizo Nudo de alero Carga final del ensayo F1=6,5KN Galería (nivel 1): Carga final del ensayo q2=4,0KN/m2 Apuntalado horizontal (pórtico) Carga final del ensayo F3=200KN Esta última carga por las razones técnicas no se pudo colocar en el prototipo del pabellón en Manizales. Por eso esta carga en Manizales fue reducida a la carga útil (viento) 2*F3=2*50KN Procedimiento del ensayo y el equipo de medición Para la colocación de la carga del ensayo fue utilizado un equipo de cargas consistente en: Techo voladizo: Barril de agua 4*650kg (carga muerta), lazos de carga y prensa hidráulica (figuras 26, 27) Galería: 2 pórticos de cargas sujetados por la parte de atrás con tirantes en las vigas del fundamento, prensas hidráulicas y Dywidag Tirantes, equipo para la dispersión de cargas en el suelo del piso (figuras 28, 29) Pórtico: Prensas hidráulicas y Dywidag tirantes, lazos de cargas (figuras 30, 31, 32) La medición de fuerzas fue realizada con el medidor de fuerzas continuo con una precisión => carga mostrada [KN] _ divergencia_0,1[KN] La medición de las deformaciones fue realizada con un medidor electrónico continuo de trayectos (trayecto minimal=10mm), con una resolución =>trayecto mostrado [MM] _ divergencia_0,01[MM]. Con ese medidor fue medida la dislocación relativamente al piso. Resultados de medición

En el proceso de la realización del ensayo, la carga del ensayo fue aumentada con una regla fija hasta alcanzar la carga final del ensayo. Contemporáneamente fueron medidas y representadas gráficamente las reacciones (dislocaciones). Las figuras 33 y 37 muestran el equipo móvil de medición y las imágenes originales de la pantalla de las curvas de dislocación de cargas del ensayo medidas en línea. Todos los ensayos tienen siguientes resultados en común: Las cargas finales de los ensayos fueron alcanzadas sin problemas Después de la primera colocación de cargas hasta alcanzar las cargas finales del ensayo y descarga sucesiva, se crearon dislocaciones permanentes que están basadas en las deformaciones de los puntos nodales (cizallamiento, paredes de agujero) Los ciclos sucesivos de carga con la carga útil reaccionaban elásticamente. Las dislocaciones medidas han justificado el cálculo estático por la Teoría del I grado, aunque el cálculo fue hecho por la teoría del II grado. 5.6 Comparación cálculo medición En la tabla 3 están confrontados los resultados de las mediciones en Manizales y en Hannover con los resultados de los cálculos de las deformaciones elásticas. Para tener una comparación de los resultados de los ensayos en Manizales, se hizo en los ensayos de cargas en Hannover una extrapolación al nivel de cargas. En los ensayos del techo voladizo y de la galería hubo buena concordancia entre el cálculo y el ensayo. Por el contrario en el ensayo del pórtico la construcción se comporta más inflexible de lo que se esperaba según el modelo del cálculo. Las reservas generales de la estabilidad de toda la estructura se pueden explicar de la siguiente manera: La construcción inferior de la cubierta del tejado consistente en una capa de 3 cm de mortero armado con un metal elástico causa el efecto del disco horizontal repartiendo las

cargas horizontales en el nivel del techo aumentando de otra parte la rigidez del cordón superior de tirantes. Los apoyos de la construcción consisten en un lío de troncos formando parte del sistema aporticado que transmite las cargas horizontales a los fundamentos. Los troncos respectivos están conectados con las varillas roscadas a una distancia de 1m. Por el enclavillado de los troncos con las varillas roscadas y por el cizallamiento entre ellos se forma una combinación flexible al cizallamiento aumentando la rigidez a flexión de los apoyos. Para obtener una estimación para la medición cuantitativa se hicieron respectivos cálculos.

6. Resumen Para la EXPO 2000 Hannover, por la organización ZERI fue construido un pabellón. Como material de la construcción para el pabellón fue utilizado el bambú (Guadua Angustifolia, Chusque), madera (Aliso, Arboloco), el concreto y; los pernos, placas y varillas roscadas de acero. La estabilidad y aptitud para el uso se comprobó por cálculos a base de los valores característicos conocidos de los materiales. Por las grandes imponderabilidades (valores característicos del material, diferencias en la geometría, excentridades, uniones, ejecución) eran necesarios comprobantes para los elementos generales de la estructura portante, conseguidos por experimentos. Estos experimentos fueron realizados en un prototipo en Manizales/Colombia y en el pabellón construido en Hannover. La terminación de la obra en el plazo previsto a base del uso de la comprobación híbrida de la estabilidad y la aptitud para el uso de esta obra espectacular en

todos los sentidos es un fruto de la colaboración ejemplar de todas las personas involucradas en la obra. El pabellón de la Guadua ha demostrado sin duda que la construcción con esta excelente material combina muy bien la técnica de la construcción, diseño, ecología y economía con la tecnología moderna. Sin embargo el pabellón será desmontado después de la terminación del EXPO 2000. En la obra participaron: Propietario de la obra ZERI Fundación11-13 Chemin des Anomones Suiza-1219 Ginebra Arquitecto Símon Vélez Carrera 29#9-54 Bogotá Colombia Coordinación del proyecto Masswerk Architektur Kollenrodstraße 58a 30159 Hannover Planeamiento de la estructura Sociedad de Ingenieros Speich-Hinkes-Lindemann Lange Laube 19 30159 Hannover Ingeniero de ensayos Estudio de Ingenieros König, Wemhauer, Kaufmann y Socios Grupenstrasse 2 30159 Hannover

Ensayos de Materiales Entidad para lso ensayos de materiales de construcción, Stuttgart Instituto Otto-Graf Pfaffenwaldring 4 70569 Stuttgart Valoración experimental de la seguridad de la estabilidad de la estructura Instituto para la estática experimental IFES Politécnico de Bremen Neustadtswall 30 28199 Bremen Ejecución de la obra Comite Departamental de Cafeteros de Caldas Cr.22#18-21 Manizales, Caldas, Colombia Empresa de Construcción Grundlach Am Holzgraben 1 30161 Hannover

Literatura [1] Villegas, M.: Tropical Bamboo-Bambusa Guadua, 2° Edición, Villegas Editores. Bogotá 1996, ISBN 958-9393-00-4 [2] Atrops, J. L.: Elastizitaet und Festigkeit von Bambusrohren. Der Bauingenieur 44(1969), Heft 6.

[3] Arce-Villalobos, O.A.: Fundaments of the design of bamboo structures, bouwstenen 24, Schriftenreihe der faculteit bouwkunde de Universidad Técnica de Eindhoven 1993. [4] Dunkelberg, K.: Bambus als Baustoff, Reportes del Instituto para las estructuras portantes livianas de superficie. (IL) Nr.31, Stuttgart 1985 [5]Janssen, J. J. A.: Building with bambhandbook, intermediate Technology Publications, London, 1995 [6] Janssen, J- J. A.: A series of articles onthe use of bamboo in building construction, Universidad de Eindhoven-Committee for international Cooperation Activities (CICA) 82.03, 3°edición 1985 [7] Heinri.: Bambus-Winterharte Gattungen fuer den norddeutschen Raum und seine Verwendung als Baumaterial. Schriftenreihe des FB Landespflege der FH Osnabrueck, Heft 6, Osnabrueck 1989 [8] Recht, C., Wetterwald, M. F., Simon, W.: Bambus, 2°edición, Editorial Eugen Ulmer, Stuttgart, 1994 [9] Baumschule Eberts: Bambus, Eigenverlag Baden-Baden. [10] NN: Grown your own House, Verlag Vitra Design Museum, Weil a. Rhein 2000, ISBN 3-931936-25-2. [11] NN: Richtlinie fuer Belastungsversuche an Massivbauwerken, Teil 1 Hochbau, Fassung Oktober 1999; DafStb-AA Pruefverfahren, UA "Betonkonstruktionen"(sale en el 2000) [12] Steffens, K. (Hrsg.): Experimentelle Tragsicherheitsbewertung in situ zum Zwecke der Substanzerhalung oder Umnutzung, Abschlussbericht des Kooperativen Forschungsprojektes EXTRA, Hochschule Bremen(1995), Eigenverlag [13] Steffens, K. (Hrsg.): Experimentelle Tragsicherheitsbewertung in situ. Der Prüfingenieur, Oktober 1998, S. 14-22. [14] Instituto para la estática experimental, IFES, Politécnico de Bremen: Reporte del ensayo Nr.9924, Valoración Experimental de la estabilidad del pabellón ZERI (no publicado) Parte I: Ensayos previos en el pabellón en Manizales/Colombia Parte II: Ensayos principales en el pabellón del EXPO 2000 en Hannover.

Aútores de este reporte: Ing. Josef Lindemann, Sociedad de Ingenieros SpeichHinkes-Lindemann. Lange Lauebe 19, 30159 Hannover Prof. Dr.-Ing. Klaus Steffens, Instituto para la estática

experimental IFES, Politécnico de Bremen, Neustadtswall 30, 28199 Bremen.