PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO PARA LA DETERMIN ACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICO MECÁNICAS DE LA GUADUA BRIGITTE MATILDE CASTRILLÓN VALDÉS DIEGO MAURICIO M ALAVER ZAPATA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍ A CIVIL Y AGRÍCOLA UNIDAD DE ESTRUCTURAS BOGOTÁ D.C 2004
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3 GUADUA COLOMBI ANA ............................................................................................. 16 3.1 POTENCIAL DE DESARROLLO ..................................................................................................... 16
3.2 VENTAJAS DEL TRÓPICO ..............................................................................................................16
4 MAR CO TEÓRI CO .......................................................................................................1 7 4.1 CLASIFICACIÓN TAXONÓMI CA ..................................................................................................17 4.2 MORFOLOGÍA GENERAL DE LA GUADUA ................................................................................18 4.2.1 R IZOMA ............................................................................................................................................. 19 4.2.2 T ALLO O CULMO ................................................................................................................................ 19 4.3 INFLORESCENCIA...........................................................................................................................21 4.4 FASES DE DESARROLLO DE LA GUADUA .................................................................................21 4.5 PARTES DE UNA GUADUA Y SU UTILIZACIÓN.......................................................................23 4.6 CORTE.................................................................................................................................................24 4.7 CURADO Y SECADO ........................................................................................................................24
4.8 TRATAMI ENTOS QUÍM ICOS (PRESERVACIÓN DE LA GUADUA) ....................................26
5 ANTECEDENTES .........................................................................................................28 5.1 NORMATIVIDA D EXISTENTE EN COLOMBI A ......................................................................... 28 5.2 PASADO Y PRESENTE DE LA GUADUA EN COLOMBIA ........................................................29 5.3 CENTROS DE INVESTIGACIÓN ................................................................................................... 31
7 JUSTIFI CACI ÓN DE LOS PROCEDI MI ENTOS DE EN SAYOS .......................................33 7.1 DETERMIN ACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD ............................................................. 33 7.2 RESISTENCIA A LA COMPR ESIÓN PARALELA A LA FIBRA ...............................................34 7.3 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA ......................................................36 7.4 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PERPENDI CULAR A LA FIBRA ........................................37 7.5 RESISTENCIA AL CORTE PARALELO A LA FIBR A .................................................................38 7.6 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN ....................................................................................................... 38
8.2.1 MONTAJE DE ENSAYO PARA FLEXIÓN...............................................................................................42 8.2.2 MONTAJE DE ENSAYO PARA COMPRESIÓN P ARALELA A LA FIBRA ................................................44 8.2.3 MONTAJE DE ENSAYO PARA CORTE P ARALELO A LA FIBRA. ..........................................................45 8.2.4 MONTAJE DE ENSAYO PARA TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA. .........................................46 8.2.5 MONTAJE DE ENSAYO PARA TRACCIÓN P ARALELA A LA FIBRA. ....................................................47 8.3 FALLAS ................................................................................................................................................ 48
9 PR OTOCOLOS DE ENSAYOS .......................................................................................52
9.1 DETERMIN ACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD EN PROBETAS DE GUADUA .......................52
9.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA DE CILINDROS DE GUADUA .......54
9.3 RESI STENCI A A LA TRACCI ÓN PARALELA A LA FIBRA DE GUADUA .........................................63
9.4 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIB RA DE CILINDROS DE GUADUA ....67
9.5 RESISTENCIA AL CORTE PARALELO A LA FI BRA DE CIL IND ROS DE GUADUA .........................73
9.6 ESFUERZO MÁXIM O A FLEX IÓN DE GUADUA............................................................................80
10 CON CLUSIONES Y RECOM ENDACIONES ...................................................................8 7 11 BI BL IOGRA FÍA ..........................................................................................................93
Debido al auge de la construcción con guadua en Colombia es necesario desarrollar una norma que
recomiende procedimientos de diseño, valores de resistencias (últimas o admisibles), módulos de
elasticidad, tipos de uniones y otros temas encaminados a desarrollar estructuras
sismorresistentes, funcionales y estéticas.
Lo anterior se hace obvio al observar construcciones en guadua en la zona cafetera debido a que
un buen porcentaje de las estructuras se caracterizan por tener las siguientes patologías:
1. Las construcciones no han sido desarrolladas con lógica estructural, observándose por lo
tanto un exagerado número de elementos y un sobrediseño por falta de conocimiento en
las propiedades físico mecánicas de la guadua.
2. No se tiene en cuenta la protección por diseño, permitiendo que el material sufra los
embates del ambiente (sol, lluvia, cambios de temperatura) disminuyendo por esta razón
su resistencia física.
3. No se ha tenido en cuenta los procesos constructivos (transporte, colocación, ensamble),de los elementos estructurales que puedan inducir cargas no previstas en el diseño
4. Se ha tratado de realizar uniones de la misma forma que la madera, induciendo
debilitamiento en el material
5. No se identifica el tipo de sistema estructural que se quiere desarrollar (Pórtico, muros de
carga, etc)
6. No se han tenido en cuento efectos torsionales en las construcciones (centro de masas no
coinciden con centro de rigidez)
7. Se quiere realizar todo en este material (saturación), olvidando la existencia de otros
materiales de construcción que puedan ser más eficaces en ciertos casos.
8. Las perforaciones hechas en la guadua para realizar uniones o para el proceso de
inmunización no tratan de evitar ser colocadas en una misma fila.
Además de lo anterior, el interés por desarrollar una normatividad de ensayos se expresa en
diferentes publicaciones desde hace 30 años, textualmente se cita a uno de los primeros
investigadores sobre el tema de la guadua colombiana Oscar Hidalgo donde hace constar en su
obra Bambú:
Sería el ideal tratar de establecer una serie de normas técnicas, basados en estudios experimentales que se realizaran sobre cada una de las diferentes especies de mayor uso en la construcción que permita al igual que la madera su aplicación técnica, particularmente como elemento estructural.
Diferentes investigaciones hechas en Colombia han querido aportar respecto al conocimiento de las
propiedades físico mecánicas de la guadua, pero debido a la falta de un documento guía para
reproducir ensayos, han tratado de seguir procedimientos de la ASTM, ICONTEC y COPANT para
maderas (VER ANEXO A), lo cual a sido difícil de reproducir por las diferencias anatómicas queexisten entre la madera y la guadua. Todas estas investigaciones han publicado sus resultados
sobre esfuerzos últimos a compresión, tensión y flexión, pero debido a que cada una de ellas ha
desarrollado los ensayos de forma distinta, no pueden ser comparados ni analizados
estadísticamente para definir unos esfuerzos de trabajo para el diseño de estructuras.
Además, investigaciones desarrolladas en países tropicales como Costa Rica, Salvador, Brasil,
Ecuador, Malasia, Indonesia, India y países como Japón y China han sufrido el mismo fenómeno
que el colombiano y en algunas publicaciones1 se asegura que las investigaciones realizadas solo
tienen alcance local, pues las características físicas y mecánicas dependen de las condicionesmedioambientales in situ, no contando con los mismos genotipos y fenotipos en cada una de estas
regiones y aun mas; ni siquiera en nuestro territorio colombiano se puede considerar la guadua
como un material homogéneo en cada uno de sus departamentos y en cada uno de sus guaduales,
ya que la guadua no es ni física ni geométricamente homogénea, cambiando en todas las
direcciones, tanto longitudinal como transversalmente.
1 Comportamiento de guadua angustifolia solicitada a momento flector PRIETO y SÁNCHEZ.
Estudio de elementos solicitados a compresión armados con dos o más guaduas URIBE, y DURAN
Colombia ha generado planes para su desarrollo que no se contextualizan con su entorno.
Guaduales que crecen a lo largo de los ríos son vistos como simple maleza, es tiempo de que se
observen las ventajas de vivir en el trópico y que la guadua tenga el mismo significado que en el
oriente asiático, símbolo de prosperidad. Este proyecto busca demostrar que Colombia posee unariqueza natural que ha sido despreciada, LA GUADUA, la cual revolucionara la ingeniería, logrando
un impacto benéfico para la población menos favorecida, por ser un material económicamente
sostenible e indudablemente sismorresistente.
3.2 VENTAJAS DEL TRÓPICO
La zona cafetera caracterizada por sus suelos fértiles, su temperatura entre 20 +/- 5 oC, su régimen
de lluvias y sus montañas bañadas por ríos y quebradas la hace una región fructífera, con un
ambiente ideal para la silvicultura.
En Colombia no solo en la región cafetera y Cundinamarca se encuentra guadua (Genero:
Angustifolia, Amplexifolia, Superba y Weberbaveris), también se encuentran guaduales en el Valle
del Cauca, en los Santanderes, en los llanos Orientales, en el Amazonas y cualquier otra región con
características climáticas y edáficas que permitan su crecimiento; por lo tanto Colombia puede ser
considerado como un productor innato de guadua de buena calidad.
(guadua con quillas aladas, bambusa no). Fue Kunth, quien clasificó la colección de plantas
americanas reunidas por Humbolth y Bonpland y publicó en Paris la sinopsis entre 1.822y 1.825” 2
“La especie guadua pertenece a las angiospermas o plantas con flores, consideradas bastantes
complejas a pesar de ser muy familiares; pertenece a una de las familias más antiguas e
importantes del reino vegetal “Las gramíneas” abundante en especie; se encuentra en todas las
latitudes y se considera familia cosmopolita, posee unos 500 géneros y 8.000 especies” 3
En Colombia existen cuatro especies del Género guadua:
• Angustifolia: Que se encuentra distribuida en gran parte de la región central Andina.
• Amplexifolia: que se localiza en los llanos orientales, parte norte de la Orinoquía y la costa
Atlántica.
• Superba y weberbaueri: Ubicadas en la Amazonía y corredor chocoano del Pacífico.
Una variedad, llamada guadua angustifolia variedad bicolor; presenta cinco formas o biotipos
denominados vulgarmente: cebolla, macana, rayada negra, cotuda y castilla.
El género guadua se considera el bambú más grande en cuanto a longitud y diámetro se refiere y
económicamente el más interesante de América Latina, donde se
encuentra ocupando áreas aledañas a ríos y quebradas y en los valles
entre montañas formando las asociaciones llamadas Guaduales”
4
.
Según el investigador McClure, entre los bambúes nativos del
hemisferio occidental, la Guadua angustifolia, es la más sobresaliente
en altura, propiedades mecánicas (resistencia y trabajabilidad),
durabilidad de sus tallos e importancia que sus tallos han dado a la
economía local de los lugares en donde se desarrolla.
4.2 MORFOLOGÍA GENERAL DE LA GUADUA
La estructura de la Guadua está basada en un sistema de ejes
2GIRALDO, H. Edgar Y SABOGAL, O. Aureliano. Una alternativa sostenible: La Guadua. Corporación Autónoma Regional del QuindíoC.R.Q., 1999, p. 31.3 Ibíd.4GIRALDO, H. Edgar Y SABOGAL, O. Aureliano. Una alternativa sostenible: La Guadua. Corporación Autónoma Regional del QuindíoC.R.Q., 1999, p. 31.
El diámetro y el espesor de la pared del culmo disminuyen con la altura, caso contrario, la
densidad y la longitud entre nudos aumenta con ésta. Su forma es cilíndrica y esbelta y puede
alcanzar alturas promedio de 18 - 20 metros.
El tallo se origina en el ápice del rizoma y el proceso de desarrollo del tallo se da a partir de que
brota del suelo lo cual es la salida del rebrote ó cogollo. Lleva intrínseco la cantidad de nudos que
va a poseer y con el máximo diámetro que tendrá de por vida. El crecimiento se realiza por el
alargamiento o elongación de los entrenudos comenzando por el inferior y terminando por el
último superior con el cual termina el crecimiento del tallo. Posteriormente crecen las ramas de las
yemas en los nudos y sus hojas. Al alcanzar su desarrollo se inicia un proceso de sazonamiento ó
maduración, donde llega a su mejor grado de aprovechamiento, esto ocurre entre los 3 y 6 años.
Debido a su tejido delicado, el tallo está protegido con brácteas u hojas de forma triangular que lorecubren, las cuales se originan en cada uno de los nudos que se van formando. El crecimiento del
entrenudo se sabe cuando termina porque la bráctea o cubierta que protege al tallo se desprende
ligeramente del nudo inmediatamente inferior.
4.2.2.1 Yema
En el culmo, se ubica por encima de la línea nodal y en posición dística 5. Rompe su inactividad
cuando el culmo completa el crecimiento apical. En el caso de la guadua hay una sola yema pornudo.
4.2.2.2 Ramas
Se originan en la línea nodal, por encima de esta o sobre un promontorio. En el caso de la guadua
las ramas basales se modifican y llegan a transformarse en espinas. Las ramas apicales del culmo
tienen alto contenido de fibra y pueden aprovecharse en la fabricación del papel.
5 Se aplica a las hojas, flores y espigas dispuestas de modo que unas miran aun lado y otras al lado opuesto
Figura No. 2. Tipos de nudos, Yemas y ramificaciones: a) Yema solitaria cubierta en la base por un anillo; b) Yemas múltiples en el nudo; c) Rama solitaria en el nudo característico de Guadua; d) y e)Ramas espinosas características de Guadua Angustifolia
4.2.2.3 Hoja Caulinar
Es la que nace en cada nudo del culmo y tiene como función proteger la yema que da origen a lasramas y al follaje. Consta de dos partes: la vaina o parte basal y la lámina o parte distal, en el caso
de la guadua es continua.
4.2.2.4 Follaje
Es la estructura básica en el proceso de fotosíntesis, está constituido por vaina, lámina y ápices.
4.3 INFLORESCENCIA
La inflorescencia en los bambúes, tiene como unidad básica estructural
la espiguilla. La guadua tiene inflorescencia indeterminada que se
prolonga indefinidamente mediante producción progresiva de ramas.
Además tiene floración esporádica que es cuando todos los miembros
de una generación determinada, con un origen común, entran
gradualmente a la etapa reproductiva en diferentes tiempos o intervalos
regulares. Luego de esto, la planta se amarilla ligeramente pero emite
nuevos brotes; la planta no muere.
4.4 FASES DE DESARR OLLO DE LA GUADUA
La Guadua tiene fases de desarrollo básicas las cuales son:
Para llevar a cabo el corte en un guadual, es indispensable tener pleno y certero conocimiento de la
edad del mismo ya que, de acuerdo con la edad de la guadua, sus características y propiedades
tanto físicas como mecánicas cambian, incidiendo en forma decisiva y evidente en la resistencia y
utilización que se pueda realizar de la misma.
La edad adecuada para efectuar el corte, con objetivos de una futura utilización para la
construcción, se encuentra entre los 3 y 5 años. “Un tallo de edad entre los 3 y 5 años se reconoce
porque tiene ausencia de hoja caulinar, hay presencia de follaje y sobre el tallo hay presencia de
manchas de algas en buena cantidad” 6
El corte en el tallo de la guadua debe realizarse después del primer canuto (tabique) completoque sale de tierra, aproximadamente a una altura entre 15 y 30 centímetros sobre el nivel del
suelo, con la precaución de que quede sobre un nudo (donde termina el nudo), con el objetivo de
evitar que el agua se empoce, lo cual generaría posteriormente que comience a pudrirse el tallo,
afectando consecuentemente al rizoma. El corte debe procurar hacerse lo más limpio posible para
lo cual se usa machete o una sierra.
4.7 CURADO Y SECADO
6 MARTÍNEZ CÁCERES, Dixon Emmanuel. Puentes en do mayor ( Tesis de grado). En: Congreso Mundial de Bambú / Guadua. (1° :1992: Pereira). Memorias I Congreso Mundial de Bambú / Guadua. Pereira; 1992; p.173.
Foto No. 10. Corte en pocillo Foto No 9. Buen corte de la guadua
• Curado con humo: El método consiste en ahumar los tallos de guadua con la ayuda de una
hoguera hasta que queden cubiertas exteriormente de hollín, con el objetivo de que
alcancen una humedad del 10%.
4.8 TRATAMIENTOS QUÍMI COS (PRESERVACIÓN DE LA GUADUA)
El problema más grande que presentan las estructuras que tienen guadua es el de la preservación,
pues son muy susceptibles al ataque de insectos, la humedad y el sol. Para estos problemas hay
varios tipos de solución dependiendo de la utilización de la guadua o los agentes a los que se va a
ver expuesta.
Para preservar la guadua del ataque de insectos y hongos se trata con productos químicosinsecticidas y funguicidas. De acuerdo al medio de disolución de los preservantes se identifican dos
grupos diferentes: los Oleosolubles como creosota alquitranada, aceite de antraceno, soluciones
de cerosota, etc, y los Hidrosolubles que son sales disueltas en agua y entre sus ingredientes
activos están el cloruro de zinc, el dicromato de sodio, el bórax, el ácido bórico entre otros.
Para realizar la inmunización existen diferentes métodos como son el aprovechamiento de la
transpiración de las hojas, por inmersión, por el método Boucherie simple o por el método
Boucherie modificado.
• Método de la transpiración de las hojas: Una vez que se realiza el
corte, aprovechando el método del curado en la mata, se coloca el
tallo en posición vertical y se cambia la piedra por un recipiente
que contenga un preservativo (5% de DDT y talco), en el cual se
deja sumergido un extremo del tallo, dicho preservativo es
absorbido hacia arriba por la transpiración de las hojas; se
mantiene durante el tiempo de curado.
• Por inmersión: Como su nombre lo indica, se sumergen los tallos
cortados por un tiempo mayor a 12 horas, en un tanque con una
solución que contenga los productos químicos preservativos a ser
utilizados en el tratamiento. Para que la guadua quede totalmente
cubierta con el preservativo, se colocan piedras grandes en los extremos para que
permanezca sumergida.
• Método Boucherie simple (por gravedad): Consiste en llenar el entrenudo superior con
preservante, dejando el tallo en posición vertical hasta que el químico baje a lo largo de las
paredes, ya que por acción de la gravedad empuja y desplaza la sabia ocupando su lugar.
También uno de los extremos puede conectarse a un tubo de caucho que conduce el
preservativo de un tanque ubicado a una altura mayor, hacia el tallo de la guadua. Es un
método que puede demorarse varios días de acuerdo con las dimensiones del tallo, por lo
cual es poco usado a escala comercial.
• Método Boucherie modificado (por presión): Es similar al método simple, se diferenciaporque el tanque trabaja a presión. Este método es mucho más rápido (se requieren pocas
horas para culminar el proceso) y efectivo, pues hay una
mayor penetración y absorción del preservativo; además se
pueden tratar varias guaduas al tiempo.
• El uso de preservativos y productos químicos aplicados en
forma externa sobre la superficie de la guadua con brocha, no
es muy recomendable, debido a que no existe una adecuadapenetración hacia el interior del tallo, además se puede lavar
fácilmente con la lluvia si queda la guadua expuesta a la
OF STEEL CONSTRUCCION (AISC) traducido por la ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE FABRICANTES
DE ESTRUCTURAS METÁLICAS (FEDESTRUCTURAS).
Las normas de la AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM) que describen los
procedimientos de ensayos para materiales de construcción también fueron traducidos y
adaptados, formando parte de las normas ICONTEC en la actualidad.
A pesar de la existencia de los códigos nombrados, la naturaleza nos obliga a investigar más,
realizando entonces correcciones, modificaciones y ampliaciones de la normatividad existente para
tener como fin la protección de la vida humana.
Una enseñanza que nos dejó la naturaleza fue el terremoto ocurrido en el eje cafetero el 25 de
enero de 1999, donde las construcciones realizadas en bahareque encementado de madera y
guadua, y las construcciones en guadua soportaron la onda de energía sísmica con un buendesempeño. Después de este acontecimiento se intensificaron las investigaciones sobre guadua en
todo el país, cautivando a la comunidad científica alemana, italiana y holandesa.
Un caso importante fue el diseño y construcción de 80 viviendas de la urbanización Nueva ciudad
Milagro de Armenia en el año 2001, con base en la investigación: Sistema Normalizado en Guadua
y Madera 7 (Premio corona Colombia 1986; Premio Iberoamericano del Instituto Eduardo Torroja,
España 1990 y 1992; Mención de honor en la VI Bienal de Arquitectura en Quito 1991).
Posteriormente en el año 2001 la investigación titulada: Comportamiento de elementos y
ensambles construidos con bahareque de madera y guadua 8 sirvió como base para la redacción del
MANUAL DE CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE DE VIVIENDAS EN BAHAREQUE ENCEMENTADO
(AIS), el cual fue incluido en el capitulo E7 de la NSR-98 (decreto 52 de 2002). El manual se
presentó en Ravello (Italia) y fue recibido con mucho interés por considerarlo una evolución,
técnicamente rigurosa, de una cultura sísmica local.
5.2 PASADO Y PR ESENTE DE LA GUADUA EN COLOMBIA
En la actualidad se cuenta con un considerable numero de publicaciones desde el año 1966,
investigaciones que abarcan diferentes campos, como por ejemplo el área de la arquitectura, la
ingeniería agrícola y la ingeniería civil, pero lamentablemente no ha existido un ambiente de
7 Arquitectos Jaime Mogollón y Gustavo Díaz8 Mogollón; Prieto; Fabián Fecha: Mayo 2001
La humedad relativa (media) y la temperatura del ambiente no es una constante ni universal ni
local, que esta en función de la presión atmosférica, el brillo solar, la evaporación y otras variable
climáticas que influyen en los resultados de humedad haciendo necesario crear ambientes
controlados para estandarizar este ensayo, hecho que se recomienda investigar mas a fondo.
7.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA
Como se puede observar en el anexo 1 (Revisión bibliográfica sobre propiedades físico mecánicas
de la guadua desde el año 1971 hasta el 2004, Descripción) diferentes investigaciones han
solicitado a compresión probetas cilíndricas de altura igual a:
!" 2 veces el diámetro
!"
10 veces el espesor!" igual al diámetro
!" 10 -15 cm.
e incluso se han solicitado a compresión láminas sencillas de guadua. Cada una de estas
investigaciones han seguido diferentes metodologías (ver anexo A). Por ejemplo, los ensayos
realizados con probetas de altura igual a 10 veces el espesor se sustentaron en el informe 147
(Strenght test on Bamboo, 1956, India) del FOREST RESEARCH INSTITUTE el cual afirmaba lo
siguiente “La longitud de las probetas sometidas a compresión paralela a la fibra no debe ser mayor
de 10 veces el espesor, de lo contrario podrá producirse pandeo”. Lo curioso de esta afirmación es
que en el informe no se sustenta en resultados.
Sin embargo puede ser cierta la afirmación del INSTITUTO FORESTAL DE INVESTIGACIÓN DE LA
INDIA para otros géneros y subtribus de la subfamilia BAMBUSOIDEAE diferentes a la guadua
angustifolia Kunth.
En la investigación Estudio de elementos solicitados a compresión armados con dos o más guaduas
de Uribe Y Duran se ensayaron columnas individuales de guadua de diferentes longitudes ypresentaron sus resultados en la grafica: esfuerzo de compresión contra relación de esbeltez (RDE),
de donde se analiza que para una relación de esbeltez kl/r menor de 20 el tipo de falla será como
columna corta, claro está, que para definir este límite se requiere de un número mayor de ensayos
para afirmarlo con mayor seguridad, debido a la dispersión de los datos presentados.
La guadua es conocida actualmente como el ¨ acero vegetal ¨ debido a su alto desempeño a la
tracción paralela a la fibra.
Las probetas utilizadas para la determinación de la resistencia a la tracción han tratado de imitar las
pruebas realizadas en la madera (Ver: ANEXO A. Revisión bibliográfica sobre propiedades físico
mecánicas de la guadua desde el año 1971 hasta el 2004). Láminas de guadua simulando la forma
de corbatín que recomienda las normas COPANT han sido las probetas mas utilizadas. Pero la
forma de corbatín se rompe en el ensanchamiento por cortante paralelo a la fibra10. Por tal razón se
decide fabricar láminas de guadua de un ancho constante (cercano a 2.2 cm.).
Se debe comentar que en los experimentos iniciales realizados en este proyecto se presentódeslizamiento, haciéndose necesario el cambio de mordazas de la maquina (mordazas con canal
para varillas de acero, por mordazas planas) para evitar este efecto.
El efecto de deslizamiento esta constituido por la fricción entre las superficies de las mordazas con
las probetas y la fuerza normal que aplican las mordazas a los extremos de la lámina. Algunas
máquinas ofrecen la fuerza de agarre de las probetas en función de la carga aplicada, hecho que
involucra la posibilidad de deslizamiento a cargas bajas. Se recomienda utilizar en lo posible
máquinas con líneas de aceite que ofrezcan una presión inicial a las cuñas de soporte de lasmordazas para garantizar una fuerza normal inicial que prevenga el deslizamiento causado por la
tracción pero previniendo de una posible falla por compresión perpendicular a la fibra.
Para garantizar la falla por tracción se recomienda que la probeta posea nudo en el centro. La
probeta se debe ensayar por lo menos con un nudo debido a que la resistencia es menor. Las
fibras no tienen continuidad en estos puntos y algunas fibras continúan longitudinalmente a lo
largo del culmo mientras que otras pasan a constituir parte de los nudos (canutos).
Se recomienda que las probetas sean limpiadas de líquenes y cualquier otro material que puedan
contribuir a un posible deslizamiento.
10 Según información del proyecto Guadua curvada como elemento estructural de Patricia Gutiérrez y Raúl Forero, Universidad Nacional,2003
FOTO N° 13. Máquina utilizada para realizar los ensayosde compresión paralela a la fibra y corte paralelo a la fibra.
Es un equipo de marca SERVINTEGRAL Ltda. Concapacidad máxima de carga de 200 toneladas. Seencuentra ubicada en el laboratorio de Ensayos del IEI
FOTO N° 14 . Máquina utilizada para realizar losensayos de flexión, tracción paralela a la fibra ytracción perpendicular a la fibra. Es un Equipo dePrueba Universal N° 4-0102-KD3, marca AMSLER,tipo hidráulica. Tiene una capacidad máxima decarga de 30 toneladas. Velocidad de deformaciónvariable a tracción y compresión. Se encuentraubicada en el laboratorio de ensayos mecánicos delIEI.
FOTO N° 15. Deformímetro de vástago con recorrido de30 milímetros y división de escala de 10-2 milímetros.Utilizado para realizar las mediciones de deflexiones para
el ensayo de flexión.
FOTO N° 16. Extensómetro con capacidad demedir deformaciones con una aproximación de0.01 mm. Aparato utilizado en el ensayo de
tracción paralela a la fibra.
FOTO N° 17. Balanza mecánica. Utilizada para pesar lasmuestras a las cuales se les saca el contenido dehumedad.
FOTO N° 18. Horno. Utilizado para secado de laguadua a una temperatura aproximada de 110 °C.
FOTO N° 19 y N° 20. Mordazas planas. Se utilizaron en el ensayo de tracción paralela a la fibra, no permitían eldeslizamiento de las láminas de guadua.
FOTO N° 21 y 22. Montaje de rieles (soporte y carga) y de probeta.1. Máquina. Ver descripción en la foto N° 16.2. Riel de soporte. Perfil en I de acero. Este se apoya sobre la base de la máquina. Sobre este riel van
colocados los apoyos de las probetas. Los apoyos se pueden trasladar longitudinalmente sobre elriel.
3. Riel de carga. Perfil en I de acero. Sobre este riel van colocados los dispositivos de carga. Losdispositivos se pueden trasladar longitudinalmente sobre el riel.
FOTO N° 23. Apoyo. Son dos platinas con un alma en madera.
Tienen forma circular en la parte superior para aumentar lasuperficie de contacto entre la probeta y el apoyo y reducir deesta manera el esfuerzo en el punto de apoyo. Se coloca unalámina de neopreno para que el elemento quede mejoracomodado en la superficie del apoyo.
FOTO N° 24. Dispositivo de carga. Losdispositivos de aplicación de carga estánfabricados en madera zapán y se pueden ajustaral diámetro de cada probeta.
FOTO N° 25. Amarre. Para ensayar loselementos cortos de guadua sin que estos fallaran
por aplastamiento se amarraron los extremos concuerdas de polipropileno y así ver la verdaderafalla de elementos cortos.
8.2.2 Montaj e de ensayo para Compresión Paralela a la Fibra
FOTO N° 26 y 27. Montaje de dispositivosde ensayos. Los anillos metálicos y eldeformímetro mecánico se colocan antes dellevar la probeta a la máquinaSERVINTEGRAL, apretando muy bien lostornillos. Se disponen dos láminas deneopreno en los extremos del elemento. Seensayaron probetas con longitudes iguales auna vez el diámetro y dos veces el diámetro.Se recomienda longitudes de dos veces eldiámetro para evitar que en algún momentola máquina llegue a tocar tanto los anilloscomo el deformímetro en la aplicación de lascargas. Se tomaron dos lecturas, una con elcelda de carga de Weathstone (en la parteizquierda de la foto de abajo) y con lamáquina Servintegral para su calibración.
8.2.3 Montaj e de ensayo para Corte Paralelo a la Fibra.
FOTO N° 28. Parte inferior del dispositivo deensayo para Corte paralelo a la fibra. Elementoelaborado en una lámina de acero de 1.5 cm deespesor. Las varillas que sobresalen se colocaronpara mantener las dos láminas colineales.
FOTO N° 29. Parte superior del dispositivo deensayo para Corte paralelo a la fibra. Elementoelaborado en una lámina de acero de 1.5 cm deespesor.
FOTO N° 30. Montaje de los dispositivos en la máquina SERVINTEGRAL. En este ensayo solo semide carga última y las características geométricas de la probeta. Se sabe que el elemento fallacuando la máquina deja de leer cargas.
8.2.4 Montaj e de ensayo para Tracción Perpendicular a la Fibra.
FOTO N° 31. Montaje del ensayo a Tracciónperpendicular a la fibra. La máquina utilizada esla AMSLER de la cual se puede ver ladescripción en páginas anteriores. En esteensayo se miden cargas últimas. Se ensayaronprobetas de 15cm de longitud.
FOTO N° 32. Vista lateral del montaje. Se puedeobservar tanto el mecanismo como los elementos
de madera. Estos elementos son semicilindros dediferentes diámetros que permiten la buenadistribución de la carga a aplicar.
FOTO N° 36. Ensayo a flexión. Falla por corte. Este tipo de falla fue lamás representativa en nuestros ensayos. La falla se presentó en elcentroide y con dirección del centro del elemento hacia fuera.
9.1 DETERMIN ACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD EN PROBETAS DE GUADUA
1. OBJETO1 .1 Este método cubre la determinación en el laboratorio del contenido de humedad
en probetas de guadua.
1 .2 El contenido de humedad del material se define como la relación, expresada enporcentaje, entre la masa de agua libre y la masa de las partículas sólidas dematerial.
2 . RESUMEN DEL MÉTODO
2 .1 Conocer el peso del material cuando está húmedo (espécimen de prueba) y elpeso de la muestra seca al horno durante 24 horas a 110°C aproximadamente. Elcontenido de humedad corresponde a un porcentaje del peso seco al horno.
3 . USO Y SIGNIF ICADO
3 .1 El contenido de humedad es una de las propiedades índices más significativas, quese emplea para establecer una correlación entre el comportamiento de la guadua ysus propiedades mecánicas.
4 . EQUIPO
4 .1 Horno, controlado termostáticamente, preferiblemente del tipo de corriente deaire y que mantenga una temperatura uniforme en toda la cámara de secado.
4 .2 Balanzas, con una división de escala de ± 0.1 g para muestras que tengan unpeso de 500 g o menos.
5 MUESTRAS
5 .1 Mantener las muestras en un lugar resguardado de la luz solar y del agua.
5 .2 La determinación del contenido de humedad, deberá hacerse, tan pronto comosea posible, después de hacerse los ensayos, si es el caso.
6 . ESPÉCIMEN DE ENSAYO
6 .1 Se tomarán las probetas ensayadas (cuando su longitud sea menor de 0.3 m) ó unsegmento del culmo (cuando sea posible se cortarán cilindros de longitud igual a 7cm.) que contenga parte del nudo y parte de las paredes del material.
7 . PROCEDIMIENTO
7 .1 Después que el material se haya secado a peso constante (24 horas a 110 oC),retirar la probeta del horno, permitir que el material disipe la energía calóricahasta que pueda ser manipulada sin riesgo, evitando que absorba humedad del
ambiente y pésese el material.
7 .2 Determínese el peso de la muestra seca al horno, usando la misma balanza queusó para determinar el peso húmedo.
8 . CÁLCULOS
8 .1 Calcúlese el contenido de agua de la muestra así:CH = ((P1-P2)/(P2)) x 100
Donde:
CH = Contenido de agua %P1= Peso del espécimen húmedo, g.P2= Peso del espécimen seco, g.
9 . INFORME
El informe debe incluir lo siguiente:- Identificación de la muestra- El contenido de humedad del espécimen, aproximado al 0.1% ó 1%- Indicación del método de secado si es diferente al de 24 horas en el horno a
110oC.
10 . CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS
Determination of physical and mechanical properties of bamboo INBAR.
Se hará una verificación de la calibración de la máquina de ensayo de acuerdo con
la Norma ASTM E-4-83a. "Ensayo normalizado para la verificación de la carga de
las máquinas de Ensayo".
División de escala.- La división de escala de la máquina de ensayo, determinada
con un elemento de calibración elástico, debe cumplir con los siguientes
requisitos:
a) El porcentaje de error de las cargas dentro del rango propuesto para la
máquina, no excederá del ± 1.0% de la carga indicada.
3.4.3 La máquina de ensayo debe estar equipada con dos bloques de carga, de acero
con caras endurecidas, uno de los cuales es un bloque con rótula el cual descansasobre la superficie superior de la muestra para obtener una distribución uniforme
de carga, y el otro un bloque sólido sobre el cual se colocará el espécimen.
Las superficies de los bloques que están en contacto con el espécimen deben
tener una dimensión al menos 3% mayor que el diámetro del espécimen
ensayado. El bloque inferior de carga debe cumplir los siguientes requisitos:
Las superficies superiores e inferiores deben ser paralelas una a la otra. El bloquedebe poder asegurarse a la platina de la máquina de ensayo.
El bloque de carga inferior debe tener al menos 25 mm (1") de espesor cuando
sea nuevo.
Nota2 : Si la máquina de ensayo está diseñada de tal forma que la misma
plataforma pueda mantenerse con su superficie en las condiciones especificadas,
no se requerirá un bloque inferior.
3.4.4 El bloque de carga con rótula debe cumplir los siguientes requisitos:
• El centro de la rótula debe coincidir con el de la superficie de la cara de carga
dentro de una tolerancia de ± 5% del radio de la rótula.
• La rótula debe ser diseñada de tal forma que el acero en el área de contacto
no sufra deformaciones permanentes debido al uso.
• Las superficies de la rótula deben mantenerse limpias y lubricadas con aceite
mineral, convencional. Después de entrar en contacto con el espécimen y de
aplicar una pequeña carga inicial, debe evitarse cualquier movimiento adicional
del bloque con rótula.
• La porción móvil del bloque de carga debe sostenerse lo más segura que sea
posible, pero el diseño debe ser tal que la cara de carga pueda girar
libremente e inclinarse al menos 4° en cualquier dirección.
3 .5 Indicador de Carga. La escala graduada del dial debe ser tal, que permita leer conuna división de escala del 1% de la carga total de la escala. La escala debe tener
una línea y un número que indique el cero (0). El puntero debe tener una longitud
tal, que alcance las marcas indicadoras. El espesor del extremo del puntero no
debe exceder la distancia libre entre las graduaciones más pequeñas. Cada dial
debe estar equipado con un dispositivo de ajuste al cero, accesible desde afuera,
y con un indicador apropiado para que en todo momento y hasta cuando sea
reiniciado, indique con una exactitud del 1%, la carga máxima aplicada al
espécimen.
Si la máquina de ensayos indica la carga en forma digital, el número debe ser
suficientemente grande para que sea legible, con un incremento numérico igual o
menor al 0.05% de la carga total de la escala y dentro del 1.0% de la carga
indicada en cualquier nivel dentro del rango de valores de carga dados.
4. MUESTRAS
4.1 Preparación de especímenes de la prueba. Se tomarán los especímenes de la parte inferior,
parte media y parte superior de cada culmo.
Estos especímenes se marcarán con las letras C, B y S respectivamente, las probetas se
deben limpiar de líquenes, musgos y sólidos adheridos al material, sin disminuir la capa
Las superficies superiores e inferiores deben ser paralelas( tolerancia de 3°) una a
la otra. El bloque debe poder asegurarse a la platina de la máquina de ensayo.
El bloque de carga inferior debe tener al menos 25 mm (1") de espesor cuando
sea nuevo.
3.2.4 El dispositivo de ensayo debe cumplir los siguientes requisitos:
El centro del dispositivo debe coincidir con el de la superficie de la cara de carga
dentro de una tolerancia de ± 5% del radio de la rótula.
El dispositivo de ensayo debe ser diseñado de tal forma que el acero en el área de
contacto no sufra deformaciones permanentes debido al uso
Las superficies de la rótula deben mantenerse limpias y lubricadas con aceite de
mineral, convencional. Después de entrar en contacto con el dispositivo y de
aplicar una pequeña carga inicial, debe evitarse cualquier movimiento adicional
del bloque con rótula.
3 .3 Indicador de Carga. La escala graduada del dial debe ser tal, que permita leer con
una división de escala del 1% de la carga total de la escala. La escala debe teneruna línea y un número que indique el cero (0). El puntero debe tener una longitud
tal, que alcance las marcas indicadoras. El espesor del extremo del puntero no
debe exceder la distancia libre entre las graduaciones más pequeñas. Cada dial
debe estar equipado con un dispositivo de ajuste al cero, accesible desde afuera,
y con un indicador apropiado para que en todo momento y hasta cuando sea
reiniciado, indique con una exactitud del 1%, la carga máxima aplicada al
espécimen.
Si la máquina de ensayos indica la carga en forma digital, el número debe ser
suficientemente grande para que sea legible, con un incremento numérico igual o
menor al 0.05% de la carga total de la escala y dentro del 1.0% de la carga
indicada en cualquier nivel dentro del rango de valores de carga dados.
En Colombia existe en la actualidad las normas sismorresistentes NSR 98 que controlan los
parámetros de diseño, métodos de análisis, métodos de construcción y otros temas encaminados a
garantizar la calidad en las estructuras construidas con materiales que tiene en cuenta la norma
dentro de los cuales no se ha incluido alguno materiales tradicionales como lo es la guadua
La velocidad de aplicación de la carga es un factor determinante en la obtención de datos precisosde resistencia máxima. En los protocolos de ensayos se tienen en cuenta las velocidades de
aplicación de la carga.
• HUMEDAD
La temperatura del horno para encontrar el contenido de humedad es de aproximadamente 110 oCen un periodo de 24 horas.
El contenido de humedad es un parámetro físico que debe determinarse para establecer una
correlación entre el comportamiento de la guadua y sus propiedades mecánicas
Cada vez que se realice un ensayo para determinar las propiedades mecánicas de la guadua se
recomienda determinar el contenido de humedad del material.
Las probetas para determinar el contenido de humedad deben estar constituidas por un porcentaje
de pared del culmo y un porcentaje del nudo para determinar una humedad promedio debido a que
la planta acumula una proporción de líquidos en la zona de los nudos.
Para determinar el contenido de humedad deben limpiarse las probetas de hongos, líquenes y
sólidos que pueden estar adheridos a las paredes de la guadua, debido a que se pueden quemar
modificando de esta forma los pesos reales de agua y sólidos.
Para el desarrollo de este ensayo simplemente se reprodujo el ensayo diseñado por la norma
INBAR Determination of physical and mechanical properties of bamboo. Salvo que en este proyecto
se especifica con claridad las dimensiones del dispositivo de ensayo y su montaje
Para los ensayos de corte paralelo a la fibra se recomienda utilizar probetas de guadua con una
longitud de dos veces el diámetro exterior (2D) por facilidad de manejo.
Las guías del dispositivo que tienen la función de asegurar la verticalidad y no traslapo de los platos
de corte se cambiaron de ¼ de pulgada a 3/8 de pulgada debido a la falta de rigidez que ofrecían.
Se debe seguir estudiando este y todos los dispositivos aquí consignados.
• COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA
El protocolo de ensayo recomendado asegura:
!" La falla de las probetas por aplastamiento.
!" Falla frágil caracterizada por un sonido agudo que puede ser emitido.
!"
El uso de deformímetros mecánicos sin que corran el riesgo de ser dañados.Gráficas de esfuerzo contra deformación unitaria caracterizadas por una zona inicial de
acomodamiento (considerables deformaciones respecto a cargas bajas), una segunda zona elástica
y una ultima zona plástica hasta llegar a la falla.
Para los ensayos de compresión paralela a la fibra se recomienda utilizar probetas de guadua con
una longitud de dos veces el diámetro exterior (2D) por facilidad de manejo.
Se ha tratado de calcular el modulo de elasticidad a compresión paralela a la fibra de la guadua
utilizando deformímetros mecánicos (no se han utilizado deformímetros eléctricos debido a su
costo). Para tal fin, se ha calculado la deformación del material igual al acortamiento de la luz entre
platos de la maquina. Estos procedimientos no han tenido en cuenta el efecto de confinamiento
que generan los platos de carga, por lo cual no muestran el verdadero comportamiento del
material. Para evitar las anteriores complicaciones se recomienda utilizar anillos de soporte para el
deformímetro mecánico, apoyándose en la probeta evitando medir la deformación cerca a los
Basados en los resultados de las investigaciones de la Universidad Nacional y otros centros de
investigación se pueden hacer recomendaciones de gran importancia a organismos oficiales
(ICONTEC, AIS, SENA, IDU) que de alguna forma están relacionadas con la planeación y/o
evaluación de estructuras para vivienda y puentes construidos en guadua.
Para futuras investigaciones se recomienda tomar una cantidad mayor de muestras de cada
longitud y de cada corte en particular, que permita realizar un análisis estadístico completo.
Se aconseja realizar ensayos con temperaturas, mayores y menores a 100C y durante tiempos
diferentes para garantizar que la muestra mantenga peso constante y que no se incinere.
La humedad relativa (media) y la temperatura del ambiente no es una constante ni universal ni
local, que está en función de la presión atmosférica, el brillo solar, la evaporación y otras variable
climáticas que influyen en los resultados de humedad haciendo necesario crear ambientes
controlados para estandarizar este ensayo, hecho que se recomienda investigar mas a fondo.
De acuerdo a la experiencia es necesario desarrollar un proceso de secado que permita mantenerun peso constante en las probetas. Se recomienda realizar investigaciones constituidas en someter
las probetas a diferentes temperaturas y diferentes periodos de tiempo para establecer una
metodología de ensayo mejorada.
En el proceso de corte de los cilindros existe la probabilidad de generar:
!" Grietas en los extremos de la probeta
!"
Caras no paralelas!" Caras no planas
En dado caso se recomienda eliminar la muestra para el ensayo por posibilitar la falla a compresión
o inducir otro tipo de falla distinta a la de compresión paralela a la fibra.
GONZÁLEZ C., Eugenia. Resistencia a la flexión de la guadua angustifolia Kunth a escala natural.Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín. 2000.
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