Estudio del comportamiento sismo resistente en una estructura espacial de caña guadua sometida a carga lateral con inversión, utilizando una modificación de la conexión Simón Vélez

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL. FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL. ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO SISMO-RESISTENTE EN UNA ESTRUCTURA ESPACIAL DE CAÑA GUADUA SOMETIDA A CARGA LATERAL CON INVERSIÓN, UTILIZANDO UNA MODIFICACIÓN DE LA CONEXIÓN SIMÓN VÉLEZ.. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL MENCIÓN ESTRUCTURAS. JONATHAN JAIME HERRERA VACA [email protected] LUIS ANDRES VITERI AGUIRRE [email protected]. DIRECTOR: ING. MBA. GERMÁN VINICIO LUNA HERMOSA [email protected] CO-DIRECTOR: ING. JORGE RICARDO VINTIMILLA JARAMILLO M.Sc. [email protected]. Quito, Octubre 2018.

(2) ii. DECLARACIÓN. Nosotros, Jonathan Jaime Herrera Vaca y Luis Andres Viteri Aguirre, declaramos que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y que hemos consultado en las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La. Escuela. Politécnica. Nacional,. puede. hacer. uso. de. los. derechos. correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. __________________________ Jonathan Jaime Herrera Vaca. __________________________ Luis Andres Viteri Aguirre.

(3) iii. CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por los señores Jonathan Jaime Herrera Vaca y Luis Andres Viteri Aguirre, bajo mi supervisión.. _____________________________. ING. MBA. GERMÁN LUNA HERMOSA DIRECTOR DEL PROYECTO.

(4) iv. AGRADECIMIENTOS. A mis padres Jaime y Mirian por ser el mejor ejemplo de perseverancia y dedicación, a mis hermanos por ser mi apoyo en cada reto que me propongo. Gracias por enseñarme a ser mejor cada día.. A la Escuela Politécnica Nacional y a la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental por haber contribuido a mi formación profesional y personal. Al Centro de Investigación de la Vivienda (CIV), por haber facilitado los medios suficientes para el desarrollo de este proyecto y a su personal técnico Ing. Raúl B., Téc. Roberto D., Ing. Diego A., Ing. Cristian G., Ing. Edwin G., Ing. Gastón P., e Ing. Iván L., por su ayuda y guía durante este proceso.. Al director de la tesis Ing. German Luna y codirector Ing. Jorge Vintimilla, por la paciencia y el interés mostrado durante la tutoría de este trabajo.. A mis compañeros y amigos, que con su apoyo y consejo oportuno hicieron de la universidad una de las mejores etapas y lugares de mi vida.. Finalmente, un profundo agradecimiento a Lucho por aventurarse con migo en este reto y por el apoyo, dedicación y confianza que logramos al realizar nuestra tesis. ¡Gracias amigo! “No solo no hubiéramos sido nada sin ustedes, sino con toda la gente que estuvo a nuestro alrededor desde el comienzo; algunos siguen hasta hoy. ¡Gracias totales!" (Gustavo Cerati.20 sep. 2012).. Jonathan.

(5) v. AGRADECIMIENTOS. A mis padres Victor Viteri y Alexandra Aguirre, mis hermanos Alejandra e Israel por los consejos, su apoyo, su sacrificio y amor incondicional en cada paso de mi vida. A toda mi familia por todo su apoyo en especial a mi Abuelita Piedad y mi Tío Santiago Viteri que han sido como mis segundos padres. A Ani Elizabeth M. por tu amor, confianza y apoyo sobre todo en mis momentos más difíciles. A mi amigo y compañero Jonathan, y toda su familia por la ayuda y compromiso para la realización de nuestro objetivo, al Ingeniero German Luna y al Ingeniero Jorge Vintimilla por su tiempo, dedicación y compromiso para la dirección, desarrollo y conclusión del presente trabajo de titulación. A la Escuela Politécnica Nacional, la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental, y sus docentes por haber transmitido sus conocimientos y ser guía para nuestro aprendizaje. Al Laboratorio de Ensayo de Materiales Suelos y Rocas (LEMSUR) y Centro de Investigación de la Vivienda (CIV), a su personal técnico Ing. Raúl B., Téc. Roberto D., Ing. Diego A., Ing. Cristian G., Ing. Edwin G., Ing. Gastón P., e Ing. Iván L., por su ayuda y guía durante su desarrollo. A mis amigos y compañeros durante este proceso a los Kater, en especial a Stefanía M., y Katherine B., por su amistad en los más duros momentos, a toda la Banda, por su confianza y amistad de toda la vida. Luis Viteri Aguirre.

(6) vi. DEDICATORIA. Para Jaime y Mirian Creadores y mentores de mi ser.. Para Stalin y Alex Los mejores amigos.. Para M.A. El demonio en mi corazón.. Jonathan.

(7) vii. DEDICATORIA. A mis padres Victor Viteri y Alexandra Aguirre por ser el motivo para lograr esta meta importante en mi vida. Siendo este logro tanto de ellos como mío, los amo mucho.. A mis hermanos Alejandra e Israel por el apoyo y cariño en los buenos y malos momentos.. A mi Abuelita Piedad que siempre fue un pilar fundamental en vida académica y personal, e inspiración para seguir adelante.. Luis Viteri Aguirre.

(8) viii. CONTENIDO. DECLARACIÓN ..................................................................................................... ii CERTIFICACIÓN .................................................................................................. iii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................... iv AGRADECIMIENTOS ............................................................................................ v DEDICATORIA ..................................................................................................... vi DEDICATORIA .................................................................................................... vii CONTENIDO .......................................................................................................viii LISTADO DE FIGURAS .......................................................................................xiii LISTADO DE TABLAS ........................................................................................ xvi LISTADO DE IMAGENES .................................................................................... xx LISTADO DE FOTOGRAFIAS ............................................................................xxii RESUMEN ......................................................................................................... xxiii ABSTRACT ........................................................................................................xxiv PRESENTACIÓN ............................................................................................... xxv CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ......................................................................... 1. 1.1. GENERALIDADES .................................................................................... 1. 1.2. OBJETIVOS .............................................................................................. 2. 1.2.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................ 2. 1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................... 2. 1.3. ALCANCE ................................................................................................. 3. 1.4. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................... 3. 1.5. METODOLOGÍA ....................................................................................... 5. CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO ...................................................................... 7. 2.1. BAMBU ..................................................................................................... 7. 2.2. EL BAMBÚ PARA LA CONSTRUCCIÓN .................................................. 9. 2.3. LA CAÑA GUADUA ................................................................................ 11. 2.3.1. GENERALIDADES ........................................................................... 11. 2.3.2. CLASIFICACIÓN Y MORFOLOGÍA .................................................. 13.

(9) ix. 2.3.3. 2.3.3.1. UBICACIÓN DE LAS PLANTACIONES ..................................... 17. 2.3.3.2. PREPARACIÓN DEL SUELO .................................................... 18. 2.3.3.3. DISTANCIA DE LA PLANTACIÓN ............................................. 18. 2.3.3.4. TRAZADO DE LA PLANTACIÓN ............................................... 19. 2.3.3.5. PLANTACIÓN DE LA CAÑA GUADÚA ...................................... 19. 2.3.4. PRESERVACIÓN Y SECADO .......................................................... 20. 2.3.4.1. PRESERVACIÓN ....................................................................... 20. 2.3.4.2. SECADO .................................................................................... 24. 2.3.5. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS ........................................ 27. 2.3.5.1. PROPIEDADES FÍSICAS DE LA CAÑA GUADUA .................... 29. 2.3.5.2. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA CAÑA GUADÚA ............. 30. 2.3.6 2.4. CULTIVO .......................................................................................... 17. USO EN EL ECUADOR .................................................................... 33. UNIONES DE CAÑA GUADUA ............................................................... 36. 2.4.1. ENTALLADURAS ............................................................................. 38. 2.4.2. TIPOS DE UNIONES........................................................................ 40. 2.4.2.1. UNIONES EMPERNADAS ......................................................... 40. 2.4.2.2. UNIONES LONGITUDINALES ................................................... 43. 2.4.2.3. UNIONES AMARRADAS ........................................................... 45. 2.4.2.4. UNIONES ZUNCHADAS ............................................................ 46. 2.4.2.5. UNIONES DIAGONALES ........................................................... 47. 2.4.3. CONEXIÓN PROPUESTA................................................................ 48. 2.4.4. ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DE GAK ..................................... 48. 2.4.4.1. COLUMNAS ............................................................................... 48. 2.4.4.2. VIGAS ........................................................................................ 49. 2.4.4.3. ENTREPISO .............................................................................. 51. 2.4.4.4. CUBIERTA ................................................................................. 52. 2.4.4.5. PANEL ....................................................................................... 53. CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA ........................................................................ 55. 3.1. PREPARACIÓN PARA LOS ENSAYOS ................................................. 55. 3.1.1. PROPIEDADES FÍSICAS DE LA CAÑA GUADÚA ........................... 55. 3.1.2. CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA ESPACIAL ...................... 57.

(10) x. 3.2. MATERIALES Y EQUIPOS ..................................................................... 59. 3.3. CONFIGURACIÓN DE LA ESTRUCTURA ESPACIAL ........................... 68. 3.4. DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS ....................................................... 70. 3.4.1. ENSAYOS DE PROPIEDADES MECÁNICOS ................................. 70. 3.4.1.1. ENSAYOS A COMPRESIÓN ..................................................... 71. 3.4.1.2. ENSAYOS A TENSIÓN.............................................................. 74. 3.4.1.3. ENSAYOS A FLEXIÓN .............................................................. 77. 3.4.1.4. ENSAYOS A CORTE ................................................................. 80. 3.4.2. ENSAYO A CARGA LATERAL CON INVERSIÓN ............................ 82. 3.4.3. PROCESAMIENTO DE DATOS ....................................................... 86. 3.4.3.1. CURVA HISTERÉTICA .............................................................. 86. 3.4.3.2. ENVOLVENTE DE LA CURVA HISTERÉTICA .......................... 87. 3.4.3.3. ENERGÍA DISIPADA ................................................................. 88. 3.4.3.4. RIGIDEZ SECANTE ................................................................... 88. 3.4.3.5. DEGRADACIÓN DE LA RIGIDEZ .............................................. 89. 3.4.3.6. AMORTIGUAMIENTO VISCOSO EQUIVALENTE ..................... 89. 3.4.3.7. DUCTILIDAD ............................................................................. 90. 3.4.3.8 FACTOR DE REDUCCIÓN DE COMPORTAMIENTO SÍSMICO R ................................................................................................ 92 3.4.4. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO SISMO-RESISTENTE........... 92. 3.4.4.1. ANÁLISIS DE FUERZAS Y DERIVAS ........................................ 92. CAPÍTULO 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................... 96. 4.1. ENSAYO 1 .............................................................................................. 97. 4.1.1. CURVA HISTERÉTICA .................................................................... 97. 4.1.1.1. ENVOLVENTE DE LA CURVA HISTERÉTICA .......................... 98. 4.1.1.2. ENERGÍA DISIPADA ............................................................... 100. 4.1.1.3. RIGIDEZ SECANTE ................................................................. 101. 4.1.1.4. AMORTIGUAMIENTO VISCOSO EQUIVALENTE ................... 103. 4.1.2. DUCTILIDAD .................................................................................. 104. 4.1.3. ANÁLISIS DE DERIVAS ................................................................. 109. 4.1.4 COMPARACIÓN ENTRE RESULTADOS DEL LVDT A y LVDT B ....................................................................................................... 111 4.2. ENSAYO 2 ............................................................................................ 113.

(11) xi. 4.2.1. CURVA HISTERÉTICA .................................................................. 113. 4.2.1.1. ENVOLVENTE DE LA CURVA HISTERÉTICA ........................ 114. 4.2.1.2. ENERGÍA DISIPADA ............................................................... 115. 4.2.1.3. RIGIDEZ SECANTE ................................................................. 116. 4.2.1.4. AMORTIGUAMIENTO VISCOSO EQUIVALENTE ................... 117. 4.2.2. DUCTILIDAD .................................................................................. 118. 4.2.3. ANÁLISIS DE DERIVAS ................................................................. 121. 4.2.4 COMPARACIÓN ENTRE RESULTADOS DEL LVDT A y LVDT B ....................................................................................................... 122 4.3. ENSAYO 3 ............................................................................................ 125. 4.3.1. CURVA HISTERÉTICA .................................................................. 125. 4.3.1.1. ENVOLVENTE DE LA CURVA HISTERÉTICA ........................ 125. 4.3.1.2. ENERGÍA DISIPADA ............................................................... 126. 4.3.1.3. RIGIDEZ SECANTE ................................................................. 127. 4.3.1.4. AMORTIGUAMIENTO VISCOSO EQUIVALENTE ................... 129. 4.3.2. DUCTILIDAD .................................................................................. 130. 4.3.3. ANÁLISIS DE DERIVAS ................................................................. 132. 4.3.4 COMPARACIÓN ENTRE RESULTADOS DEL LVDT A y LVDT B ....................................................................................................... 134 4.4. ENSAYO 4 ............................................................................................ 136. 4.4.1. CURVA HISTERÉTICA .................................................................. 136. 4.4.1.1. ENVOLVENTE DE LA CURVA HISTERÉTICA ........................ 137. 4.4.1.2. ENERGÍA DISIPADA ............................................................... 138. 4.4.1.3. RIGIDEZ SECANTE ................................................................. 139. 4.4.1.4. AMORTIGUAMIENTO VISCOSO EQUIVALENTE ................... 140. 4.4.2. DUCTILIDAD .................................................................................. 141. 4.4.3. ANÁLISIS DE DERIVAS ................................................................. 144. 4.4.4 COMPARACIÓN ENTRE RESULTADOS DEL LVDT A y LVDT B ....................................................................................................... 146 4.5. ENSAYO 5 ............................................................................................ 148. 4.5.1. CURVA HISTERÉTICA .................................................................. 148. 4.5.1.1. ENVOLVENTE DE LA CURVA HISTERÉTICA ........................ 149. 4.5.1.2. ENERGÍA DISIPADA ............................................................... 150.

(12) xii. 4.5.1.3. RIGIDEZ SECANTE ................................................................. 151. 4.5.1.4. AMORTIGUAMIENTO VISCOSO EQUIVALENTE ................... 152. 4.5.2. DUCTILIDAD .................................................................................. 153. 4.5.3. ANÁLISIS DE DERIVAS ................................................................. 156. 4.5.4 COMPARACIÓN ENTRE RESULTADOS DEL LVDT A y LVDT B ....................................................................................................... 158 4.6. COMPARACIÓN ENTRE LOS 5 ENSAYOS ......................................... 158. 4.6.1. ENVOLVENTE DE LA CURVA HISTERÉTICA............................... 158. 4.6.2. ENERGÍA DISIPADA ...................................................................... 160. 4.6.3. RIGIDEZ SECANTE ....................................................................... 161. 4.6.4. AMORTIGUAMIENTO VISCOSO EQUIVALENTE ......................... 163. 4.6.5. DUCTILIDAD .................................................................................. 165. 4.6.6. ANÁLISIS DE DERIVAS ................................................................. 166. 4.7. ANÁLISIS VISUAL DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES ............ 169. 4.7.1. CARACTERIZACIÓN DE LA FALLA .............................................. 170. CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................ 172. 5.1. CONCLUSIONES ................................................................................. 172. 5.2. RECOMENDACIONES ......................................................................... 176. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 178 ANEXOS. . ............................................................................................... 185. ANEXO 1 CUADRO DE CONTENIDO DE HUMEDAD, DENSIDAD BÁSICA Y DENSIDAD SECA DE LA CAÑA GUADUA GaK ........................... 186 ANEXO 2 CARACTERISTICAS FÍSICAS DE LA CAÑA GUADUA GaK UTILIZADAS ................................................................................................... 189 ANEXO 3 CÁLCULO Y ENSAYOS DE MORTERO UTILIZADO .................... 192 ANEXO 4 DATOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS DURANTE LOS ENSAYOS MECÁNICOS ................................................................................ 195 ANEXO 5 DATOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS DURANTE EL ENSAYO A CARGA LATERAL ....................................................................... 212 ANEXO 6 FICHA TÉCNICA STRAIN GAUGES UTILIZADOS ....................... 262 ANEXO 7 FOTOGRAFIAS ............................................................................. 265.

(13) xiii. LISTADO DE FIGURAS. Figura 3.1: Diagrama Esfuerzo – Deformación, Ensayos a Compresión .............. 73 Figura 3.2: Diagrama Esfuerzo-Deformación de Ensayo a Tensión ..................... 76 Figura 3.3: Diagrama Carga – Deformación ......................................................... 79 Figura 3.4: Diagrama Ensayo a Corte paralelo a la fibra ...................................... 81 Figura 3.5: Patrón de Desplazamiento Cíclico ..................................................... 83 Figura 3.6: Historia de Carga, Δ= 58 mm ............................................................. 84 Figura 3.7: Historia de Carga, Δ= 238 mm ........................................................... 85 Figura 3.8: Diagrama Curva Histerética ............................................................... 86 Figura 3.9: Curva de Capacidad Envolvente de la Curva Histerética ................... 87 Figura 3.10: Curva de Capacidad Envolvente Promedio ...................................... 88 Figura 3.11: Espectro de Diseño .......................................................................... 94 Figura 4.1: Esquema de instrumentación de los ensayos, vista en planta. ........... 97 Figura 4.2: Curva Experimental del Ensayo 1 ...................................................... 98 Figura 4.3: Envolvente de la Curva de Histéresis, Ensayo 1 ................................ 99 Figura 4.4: Energía Disipada para el ciclo de carga 1 de la serie 3 en el Ensayo 1 ............................................................................................................ 100 Figura 4.5: Energía Disipada por serie de ciclos, Ensayo 1 ............................... 101 Figura 4.6: Rigidez Secante del ciclo de carga 1 de la Serie 3 en el Ensayo 1. ........................................................................................................... 101 Figura 4.7: Rigidez Secante por serie de ciclos, Ensayo 1 ................................. 102 Figura 4.8: Degradación de la Rigidez Secante por serie de ciclos, Ensayo 1......................................................................................................................... 103 Figura 4.9: Amortiguamiento Viscoso Equivalente por serie de ciclos, Ensayo 1 ............................................................................................................ 104 Figura 4.10: Curva Envolvente Experimental promedio, Ensayo 1 ..................... 105 Figura 4.11: Representación de la Ductilidad de Desplazamiento, Ensayo 1......................................................................................................................... 106 Figura 4.12: Curva Fuerza - Deriva, Ensayo 1 ................................................... 110.

(14) xiv. Figura 4.13: Curva Experimental del Ensayo 2 .................................................. 113 Figura 4.14: Envolvente de la Curva de Histéresis, Ensayo 2 ............................ 114 Figura 4.15: Energía Disipada por Serie de Ciclos, Ensayo 2 ............................ 115 Figura 4.16: Rigidez Secante por Serie de Ciclos, Ensayo 2.............................. 116 Figura 4.17: Degradación de la Rigidez Secante por Serie de Ciclos, Ensayo 2 ............................................................................................................ 117 Figura 4.18: Amortiguamiento Viscoso Equivalente por Serie de Ciclos, Ensayo 2 ............................................................................................................ 118 Figura 4.19: Curva Envolvente Experimental promedio, Ensayo 2 ..................... 119 Figura 4.20: Representación de la Ductilidad de Desplazamiento, Ensayo 2......................................................................................................................... 120 Figura 4.21: Curva Fuerza - Deriva, Ensayo 2 ................................................... 121 Figura 4.22: Curva Experimental del Ensayo 3 .................................................. 125 Figura 4.23: Envolvente de la Curva de Histéresis, Ensayo 3 ............................ 125 Figura 4.24: Energía Disipada por Serie de Ciclos, Ensayo 3 ............................ 127 Figura 4.25: Rigidez Secante por Serie de Ciclos, Ensayo 3.............................. 127 Figura 4.26: Degradación de la Rigidez Secante por Serie de Ciclos, Ensayo 3 ............................................................................................................ 128 Figura 4.27: Amortiguamiento Viscoso Equivalente por Serie de Ciclos, Ensayo 3 ............................................................................................................ 129 Figura 4.28: Curva Envolvente Experimental promedio, Ensayo 3 ..................... 130 Figura 4.29: Representación de la Ductilidad de Desplazamiento, Ensayo 3......................................................................................................................... 131 Figura 4.30: Curva Fuerza - Deriva, Ensayo 3 ................................................... 133 Figura 4.31: Curva Experimental del Ensayo 4 .................................................. 136 Figura 4.32: Envolvente de la Curva de Histéresis, Ensayo 4 ............................ 137 Figura 4.33: Energía Disipada por Serie de Ciclos, Ensayo 4 ............................ 138 Figura 4.34: Rigidez Secante por Serie de Ciclos, Ensayo 4.............................. 139 Figura 4.35: Degradación de la Rigidez Secante por Serie de Ciclos, Ensayo 4 ............................................................................................................ 140 Figura 4.36: Amortiguamiento Viscoso Equivalente por Serie de Ciclos, Ensayo 4 ............................................................................................................ 141.

(15) xv. Figura 4.37: Curva Envolvente Experimental promedio, Ensayo 4 ..................... 142 Figura 4.38: Representación de la Ductilidad de Desplazamiento, Ensayo 4......................................................................................................................... 143 Figura 4.39: Curva Fuerza - Deriva, Ensayo 4 ................................................... 145 Figura 4.40: Curva Experimental del Ensayo 5 .................................................. 148 Figura 4.41: Envolvente de la Curva de Histéresis, Ensayo 5 ............................ 149 Figura 4.42: Energía Disipada por Serie de Ciclos, Ensayo 5 ............................ 150 Figura 4.43: Rigidez Secante por Serie de Ciclos, Ensayo 5.............................. 151 Figura 4.44: Degradación de la Rigidez Secante por Serie de Ciclos, Ensayo 5 ............................................................................................................ 152 Figura 4.45: Amortiguamiento Viscoso Equivalente por Serie de Ciclos, Ensayo 5 ............................................................................................................ 153 Figura 4.46: Curva Envolvente Experimental promedio, Ensayo 5 ..................... 154 Figura 4.47: Representación de la Ductilidad de Desplazamiento, Ensayo 5......................................................................................................................... 155 Figura 4.48: Curva Fuerza - Deriva, Ensayo 5 ................................................... 157 Figura 4.49: Curvas Envolventes promedio para los 5 Ensayos ......................... 159 Figura 4.50: Curvas Envolvente Experimental.................................................... 160 Figura 4.51: Energía Disipada por Serie de Ciclos ............................................. 161 Figura 4.52: Rigidez Secante por Serie de Ciclos .............................................. 162 Figura 4.53: Degradación de la Rigidez Secante por Serie de Ciclos ................. 163 Figura 4.54: Amortiguamiento Viscoso Equivalente por Serie de Ciclos ............ 164 Figura 4.55: Representación de la Ductilidad de Desplazamiento ...................... 165 Figura 4.56: Curva Fuerza - Deriva .................................................................... 168.

(16) xvi. LISTADO DE TABLAS. Tabla 2.1: Plantaciones de Bambú por provincias en Ecuador año 2003. ............ 34 Tabla 2.2: Dimensiones mínimas de arandelas para uniones empernadas .......... 41 Tabla 3.1: Resumen Propiedades Físicas del material ......................................... 57 Tabla 3.2: Resumen características geométricas del material .............................. 59 Tabla 3.3: Resumen de Ensayo a Compresión de cilindros de mortero. .............. 61 Tabla 3.4: Información Actuador Dinámico utilizado ............................................. 63 Tabla 3.5: Características geométricas de las probetas para Ensayo de Compresión.......................................................................................................... 71 Tabla 3.6: Resumen Ensayos a Compresión ....................................................... 72 Tabla 3.7: Resumen Ensayos a Tensión .............................................................. 75 Tabla 3.8: Resumen Ensayo a Flexión ................................................................. 79 Tabla 3.9: Resumen Ensayo a Corte Paralelo a la fibra ....................................... 81 Tabla 3.10: Tabla Método C – Amplitud de Ciclos Primarios ................................ 83 Tabla 3.11: Amplitud de Ciclos para Δ= 58 mm ................................................... 84 Tabla 3.12: Amplitud de Ciclos para Δ= 238 mm.................................................. 85 Tabla 3.13: Parámetros de análisis para la Fuerza Sísmica ................................. 93 Tabla 4.1: Puntos de la Envolvente, Ensayo 1 ..................................................... 99 Tabla 4.2: Energía Disipada por el Ensayo 1 ..................................................... 100 Tabla 4.3: Degradación de la Rigidez Secante por serie de ciclos, Ensayo 1......................................................................................................................... 102 Tabla 4.4: Amortiguamiento Viscoso Equivalente por serie de ciclos, Ensayo 1 ............................................................................................................ 103 Tabla 4.5: Curva Envolvente Experimental promedio, Ensayo 1 ........................ 104 Tabla 4.6: Deriva Máxima por serie de ciclos, Ensayo 1 .................................... 109 Tabla 4.7: Resumen del análisis de Derivas Elástica e Inelástica, Ensayo 1......................................................................................................................... 110 Tabla 4.8: Comparación de desplazamientos del sistema estructural ................ 111.

(17) xvii. Tabla 4.9: Comparación de Energía Disipada y Absorbida del sistema estructural. ......................................................................................................... 111 Tabla 4.10: Comparación de la Rigidez Secante y el Amortiguamiento Viscoso Del Sistema Estructural ........................................................................ 112 Tabla 4.11: Comparación del Factor de Comportamiento Sísmico y la Resistencia a Corte del sistema estructural ....................................................... 112 Tabla 4.12: Puntos de la Envolvente, Ensayo 2 ................................................. 114 Tabla 4.13: Energía Disipada por el Ensayo 2 ................................................... 115 Tabla 4.14: Degradación de la Rigidez Secante por Serie de Ciclos, Ensayo 2 ............................................................................................................ 116 Tabla 4.15: Amortiguamiento Viscoso Equivalente por Serie de Ciclos, Ensayo 2 ............................................................................................................ 117 Tabla 4.16: Curva Envolvente Experimental promedio, Ensayo 2 ...................... 118 Tabla 4.17: Deriva Máxima por Serie de Ciclos, Ensayo 2 ................................. 121 Tabla 4.18: Resumen del análisis de Derivas Elástica e Inelástica, Ensayo 2......................................................................................................................... 122 Tabla 4.19: Comparación de Desplazamientos del sistema estructural .............. 123 Tabla 4.20: Comparación de Energía Disipada y Absorbida del sistema estructural .......................................................................................................... 123 Tabla 4.21: Comparación de la Rigidez Secante y el Amortiguamiento Viscoso del sistema estructural .......................................................................... 124 Tabla 4.22: Comparación del Factor de Comportamiento Sísmico y la Resistencia a Corte del sistema estructural ....................................................... 124 Tabla 4.23: Puntos de la Envolvente, Ensayo 3 ................................................. 126 Tabla 4.24: Energía Disipada por el Ensayo 3 ................................................... 126 Tabla 4.25: Degradación de la Rigidez Secante por Serie de Ciclos, Ensayo 3 ............................................................................................................ 128 Tabla 4.26: Amortiguamiento Viscoso Equivalente por Serie de Ciclos, Ensayo 3 ............................................................................................................ 129 Tabla 4.27: Curva Envolvente Experimental promedio, Ensayo 3 ...................... 130 Tabla 4.28: Deriva Máxima por Serie de Ciclos, Ensayo 3 ................................. 132.

(18) xviii. Tabla 4.29: Resumen del Análisis de Derivas Elástica e Inelástica, Ensayo 3......................................................................................................................... 133 Tabla 4.30: Comparación de Desplazamientos del Sistema Estructural ............. 134 Tabla 4.31: Comparación de Energía Disipada y Absorbida del sistema estructural .......................................................................................................... 134 Tabla 4.32: Comparación de la Rigidez Secante y el Amortiguamiento Viscoso del sistema estructural .......................................................................... 135 Tabla 4.33: Comparación del Factor de Comportamiento Sísmico y la Resistencia a Corte del sistema estructural ....................................................... 135 Tabla 4.34: Puntos de la Envolvente, Ensayo 4 ................................................. 137 Tabla 4.35: Energía Disipada por el Ensayo 4 ................................................... 138 Tabla 4.36: Degradación de la Rigidez Secante por Serie de Ciclos, Ensayo 4 ............................................................................................................ 139 Tabla 4.37: Amortiguamiento Viscoso Equivalente por Serie de Ciclos, Ensayo 4 ............................................................................................................ 140 Tabla 4.38: Curva Envolvente Experimental promedio, Ensayo 4 ...................... 141 Tabla 4.39: Deriva Máxima por Serie de Ciclos, Ensayo 4 ................................. 144 Tabla 4.40: Resumen del Análisis de Derivas Elástica e Inelástica, Ensayo 4......................................................................................................................... 145 Tabla 4.41: Comparación de Desplazamientos del sistema estructural .............. 146 Tabla 4.42: Comparación de Energía Disipada y Absorbida del sistema estructural .......................................................................................................... 146 Tabla 4.43: Comparación de la Rigidez Secante y el Amortiguamiento Viscoso del sistema estructural .......................................................................... 147 Tabla 4.44: Comparación del Factor de Comportamiento Sísmico y la Resistencia a Corte del sistema estructural ....................................................... 147 Tabla 4.45: Puntos de la Envolvente, Ensayo 5 ................................................. 149 Tabla 4.46: Energía Disipada por el Ensayo 5 ................................................... 150 Tabla 4.47: Degradación de la Rigidez Secante por Serie de Ciclos, ensayo 5 ............................................................................................................ 151 Tabla 4.48: Amortiguamiento Viscoso Equivalente por Serie de Ciclos, Ensayo 5 ............................................................................................................ 152.

(19) xix. Tabla 4.49: Curva Envolvente Experimental promedio, Ensayo 5 ...................... 153 Tabla 4.50: Deriva Máxima por Serie de Ciclos, Ensayo 5 ................................. 156 Tabla 4.51: Resumen del Análisis de Derivas Elástica e Inelástica, Ensayo 4......................................................................................................................... 157 Tabla 4.52: Curvas Envolventes promedio para los 5 Ensayos .......................... 158 Tabla 4.53: Energía Disipada ............................................................................. 160 Tabla 4.54: Degradación de la Rigidez Secante por Serie de Ciclos .................. 162 Tabla 4.55: Amortiguamiento Viscoso Equivalente por Serie de Ciclos .............. 164 Tabla 4.56: Deriva Máxima Elástica e Inelástica ................................................ 167 Tabla 4.57: Resumen del Análisis de Derivas Elástica e Inelástica .................... 168.

(20) xx. LISTADO DE IMAGENES Imagen 2.1: Especies de Bambú............................................................................ 7 Imagen 2.2: Disposición del Bambú en el Mundo................................................... 8 Imagen 2.3: Casa construida con paneles de Caña Guadúa, Guayaquil, Ecuador. .............................................................................................................. 10 Imagen 2.4: Casa de Bambú Sharma Springs. Green Village, Bali, Indonesia. ............................................................................................................ 10 Imagen 2.5: Caña Guadua Angustifolia Kunth (izquierda). Guadua (derecha). ............................................................................................................ 12 Imagen 2.6: Acopio de Caña Guadua Angustifolia Kunth ..................................... 13 Imagen 2.7: Constitución de la Caña Guadúa Angustifolia Kunth. ....................... 14 Imagen 2.8: Cultivo de Caña Guadúa Angustifolia Kunth en Santo Domingo de los Tsachilas. ................................................................................... 20 Imagen 2.9: Preservación por inmersión de la Caña Guadúa Angustifolia Kunth. .................................................................................................................. 22 Imagen 2.10: Preservación por inmersión de la Caña Guadúa Angustifolia Kunth. .................................................................................................................. 23 Imagen 2.11: Secado al ambiente de la Caña Guadúa Angustifolia Kunth. .......... 25 Imagen 2.12: Horno para secado de madera (Caña Guadúa Angustifolia Kunth). ................................................................................................................. 26 Imagen 2.13: Diseño de un secador solar para Caña Guadúa Angustifolia Kunth. .................................................................................................................. 27 Imagen 2.14: Elemento sometido a carga axial. ................................................... 31 Imagen 2.15: Elemento sometido a flexión ........................................................... 31 Imagen 2.16: Elemento sometido a tensión. ........................................................ 32 Imagen 2.17: Tabla comparativa de propiedades mecánicas de la Gak. .............. 33 Imagen 2.18: Vivienda de Caña Guadúa. ............................................................. 36 Imagen 2.19: Corte recto ..................................................................................... 39 Imagen 2.20: Boca de pescado ............................................................................ 39 Imagen 2.21: Pico de flauta .................................................................................. 39.

(21) xxi. Imagen 2.22: Perno pasante ................................................................................ 41 Imagen 2.23: Vaciado de mortero ........................................................................ 42 Imagen 2.24: Esquema perno tensor ................................................................... 43 Imagen 2.25: Esquema diafragma interior ............................................................ 44 Imagen 2.26: Esquema unión longitudinal con piezas metálicas. ......................... 44 Imagen 2.27: Esquema unión longitudinal con dos culmos .................................. 44 Imagen 2.28: Esquema de amarre cuadrado ....................................................... 45 Imagen 2.29: Esquema amarre en aspa .............................................................. 46 Imagen 2.30: Esquema uniones zunchadas ......................................................... 46 Imagen 2.31: Unión diagonal simple .................................................................... 47 Imagen 2.32: Unión diagonal con bambú de apoyo ............................................. 47 Imagen 2.33: Columna compuesta y vigas transversales. .................................... 49 Imagen 2.34: Viga compuesta Tipo A .................................................................. 50 Imagen 2.35: Viga compuesta Tipo B .................................................................. 50 Imagen 2.36: Detalle de unión ............................................................................. 50 Imagen 2.37: Entrepiso de concreto ..................................................................... 51 Imagen 2.38: Entrepiso entablado........................................................................ 52 Imagen 2.39: Panel con elementos de caña guadua ............................................ 53 Imagen 2.40: Detalle unión de la solera. .............................................................. 54 Imagen 2.41: Detalle unión del panel ................................................................... 54 Imagen 3.1: Esquema del perno en gancho J (acotación en mm) ........................ 60 Imagen 3.2: Configuración Strain Gauges ............................................................ 65 Imagen 3.3: Implantación del anclaje, Vista en Planta ......................................... 67 Imagen 3.4: Esquema de las placas, Vista en Planta ........................................... 68 Imagen 3.5: Esquema placas vista frontal y lateral .............................................. 68 Imagen 3.6: Diseño arquitectónico de la estructura .............................................. 69 Imagen 3.7: Conexión Viga – Columna ................................................................ 69 Imagen 3.8: Esquema de probeta para Ensayo a Tensión ................................... 74 Imagen 3.9: Esquema Ensayo a Flexión .............................................................. 78 Imagen 3.10: Esquema ensayo a Corte paralelo a la fibra ................................... 81 Imagen 3.11: Diagrama Rigidez Secante ............................................................. 89 Imagen 3.12: Definición gráfica de Energía Absorbida y Energía Disipada .......... 90 Imagen 3.13: Límites permisibles de las derivas de piso. ..................................... 95.

(22) xxii. LISTADO DE FOTOGRAFIAS. Fotografía 2.1: Artesanías de Caña Guadúa. ....................................................... 36 Fotografía 3.1: Clasificación (a) y cortes de la caña (b) ........................................ 58 Fotografía 3.2: Módulos (a) y ensamble de las estructuras (b) ............................. 58 Fotografía 3.3: Caña Guadúa Angustifolia Kunth utilizada en el proyecto ............ 60 Fotografía 3.4: Pernos en gancho J utilizados en las estructuras ......................... 61 Fotografía 3.5: Realización de mortero ................................................................ 62 Fotografía 3.6: Herramientas manuales utilizadas ............................................... 62 Fotografía 3.7: Material utilizado en proceso de Contenido de Humedad ............ 63 Fotografía 3.8: Actuador Dinámico y Bomba Hidráulica ....................................... 64 Fotografía 3.9: Dispositivo LVDT.......................................................................... 64 Fotografía 3.10: Dispositivo Strain Gauges .......................................................... 65 Fotografía 3.11: Bases de anclaje para el ensayo ................................................ 66 Fotografía 3.12: Placas para aplicación de carga ................................................. 67 Fotografía 3.13: Ensayo a Compresión ................................................................ 73 Fotografía 3.14: Ensayo a Tensión ...................................................................... 76 Fotografía 3.15: Probeta antes y después del ensayo.......................................... 77 Fotografía 3.16: Ensayo a Flexión........................................................................ 79 Fotografía 3.17: Ensayo a Corte .......................................................................... 82 Fotografía 4.1: Separación Viga – Columna (Ensayo 4) ..................................... 169 Fotografía 4.2: Fisura producida en la columna, (Ensayo 2) .............................. 170 Fotografía 4.3: Falla a Corte, post-ensayo ......................................................... 171.

(23) xxiii. RESUMEN En el presente trabajo de titulación se realiza un estudio técnico experimental sobre el comportamiento sismo-resistente de una estructura espacial de caña guadua que emplea una conexión diferente a las encontradas en la norma para la unión de los elementos estructurales, con el fin de generar conocimientos que no existen respecto a la utilización del material en la práctica constructiva.. Previo a la realización de los ensayos se investigó, recopilo y se analizó información relacionada respecto a definiciones, características y propiedades físico-mecánicas acerca del material con el fin de adquirir conocimientos que nos ayuden a plantear la configuración tanto de la estructura, como de la conexión planteada.. Se realizó los ensayos a través de carga lateral cíclica cuasi-estática en las estructuras espaciales de caña guadua angustifolia kunth, con el propósito de analizar el comportamiento sismo-resistente de la estructura en base a la conexión planteada y poder obtener una tendencia de comportamiento para este tipo de estructuras ante presencia de sismos.. A partir de la curva histerética experimental obtenida después del ensayo, se determinaron parámetros que establecen el comportamiento sismo resistente del sistema; entre los parámetros analizados se encuentra: energía disipada, rigidez secante, degradación de la resistencia, amortiguamiento viscoso y ductilidad.. De las curvas de capacidad experimental promedio se obtuvo una tendencia para el comportamiento de este tipo de estructuras y se analizó los requerimientos de diseño sismo-resistente planteados en la Norma Ecuatoriana de Peligro Sísmico NEC-SE-DS y poder concluir el comportamiento final de la estructural. Palabras clave: Guadúa Angustifolia Kunth, Comportamiento Sismo-resistente, Curva de Histéresis, Curva de Capacidad..

(24) xxiv. ABSTRACT In the present titling work an experimental technical study is carried out on the seismo-resistant behavior of a guadúa cane spatial structure that uses a connection different from those found in the norm for the union of structural elements, in order to generate knowledge that does not exist regarding the use of the material in the constructive practice.. Before carrying out the tests, were researched, compiled and analyzed information related to definitions, characteristics and physical-mechanical properties of the material in order to acquire knowledge that will help us to consider the configuration of both the structure and the connection raised.. The tests were carried out through quasi-static cyclic lateral loading in guadúa cane spatial structure Angustifolia kunth, with the purpose of analyzing the seismic-resistant behavior of the structure based on the proposed connection and to obtain a behavior trend for this type of structures in the presence of earthquakes.. From the experimental hysteretic curve obtained after the test, were determined parameters that establish the resistant seismic behavior of the system; Among the parameters analyzed are: dissipated energy, secant stiffness, resistance degradation, viscous deadening and ductility.. From the curves of average experimental capacity a tendency was obtained a trend of this type of structures and analyzed the earthquake-resistant design requirements of the Ecuadorian Seismic Hazard Standard NEC-SE-DS, to conclude the final behavior of the structural.. Keywords: Guadúa Angustifolia Kunth, seismic-resistant behavior, Hysteresis curve, Capacity curve..

(25) xxv. PRESENTACIÓN El presente trabajo de titulación se compone de cinco capítulos; los primeros cuatro orientados al desarrollo del estudio técnico experimental de una estructura espacial de caña guadúa, y un quinto capítulo conformado por conclusiones y recomendaciones en base al estudio realizado; estos capítulos se detallan a continuación:. En el Capítulo I, se muestra la parte introductoria de la tesis, objetivos, el alcance del estudio, la justificación por la cual se realizó el estudio, y la metodología que se empleó para la elaboración del actual trabajo de titulación.. En el Capítulo 2, se detalla el marco teórico, donde se presenta definiciones acerca del bambú, y su uso en la construcción. También se define la caña guadúa, su clasificación, cultivo, preservación, propiedades mecánicas, uso en Ecuador y los tipos de uniones que existen dentro de la construcción.. En el Capítulo 3, se exhibe la metodología que se aplicó durante el estudio, empezando con la preparación del material y los resultados obtenidos de sus propiedades físico-mecánicas previo a los ensayos a carga cíclica; entre las propiedades presentadas se encuentran: contenido de humedad, densidad del material y peso específico, así como también resultados de ensayos a flexión, tensión, compresión y corte paralela a la fibra, conjuntamente la configuración estructural del sistema con el detallamiento de los ensayos a carga lateral cíclica realizados con los parámetros a ser estudiados.. En el Capítulo 4, se determina los diferentes parámetros relacionados. a los. resultados obtenidos durante los cinco ensayos a la curva histerética obtenida.. En el Capítulo 5, se presentan conclusiones y recomendaciones a partir del procesamiento de los resultados obtenidos en los ensayos..

(26) xxvi. Finalmente, se presenta la bibliografía tomada de referencia y apoyo para el estudio, así como los anexos que complementan la información y los resultados presentados..

(27) 1. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.1 GENERALIDADES El bambú es un material usado desde la antigüedad, y actualmente su contribución crece en importancia, aumentando la comodidad y el bienestar del ser humano (Nolivos Valiente & Yacelga Díaz, 2010). El bambú es conocido como la planta de mil usos, esta maravillosa y majestuosa planta es versátil, flexible y de gran dureza, apta para ser utilizada en diversos campos tales como construcción, jardinería, pesca, artesanía, muebles, utensilios, así como el ser fuente comestible y otros usos inimaginables. Como cultivo, el bambú hace una importante contribución al medio ambiente por su capacidad de retener agua en sí misma y en el subsuelo. (Carranza Armendáriz & Taco Álvarez, 2011).. En el campo de la construcción existen internacionalmente muchos aportes, investigaciones, normas y aplicaciones de la caña guadua. En su aplicación a la conformación de estructuras soportantes, las conexiones son un tema fundamental para garantizar un comportamiento estructural favorable.. En Latinoamérica existen diversos estudios sobre conexiones utilizadas en estructuras de caña guadua, tales como: Estudio de conexiones en guadua solicitadas a momento flector (Camacho Reyes & Páez Ramos, 2002), Estudio de conexiones entre elementos estructurales de caña guadua sometidos a carga axial (Nolivos Valiente & Yacelga Díaz, 2010), y diversos estudios sobre el comportamiento mecánico de conexiones en caña guadua. Sin embargo no se ha realizado estudios de la conexión propuesta, en estructuras sometidas a cargas laterales cíclica cuasi-estática, por lo tanto, es indispensable un estudio que permita conocer el comportamiento sismo-resistente en la estructura, para tomar en cuenta estos resultados en el diseño estructural de proyectos en caña guadua..

(28) 2. La razón por las que se desarrolla este trabajo se originó en el déficit habitacional de aproximadamente 1’710.000 viviendas en nuestro país, de las cuales el 80% son requeridas en el sector más vulnerable de la población (MIDUVI, 2016). Surge entonces la idea, de estudiar con mayor precisión el uso de nuevos sistemas constructivos con materiales que puedan tener costos mínimos, sin afectar el comportamiento de las estructuras y la calidad de vida de sus ocupantes, otra razón, es que en el sismo de abril de 2016 las estructuras mixtas tuvieron mejor comportamiento y brindaron mayor seguridad.. 1.2 OBJETIVOS 1.2.1. OBJETIVO GENERAL. Realizar un estudio experimental, mediante un ensayo de carga lateral con inversión (cíclica cuasi-estática) aplicada a un modelo físico práctico, para definir el comportamiento sismo-resistente de la estructura en función de la conexión propuesta. 1.2.2 . OBJETIVOS ESPECÍFICOS Investigar y analizar las propiedades físico-mecánicas de la caña guadua angustifolia kunth del noroccidente de Pichincha, cantón Pedro Vicente Maldonado, para determinar sus ventajas como material de construcción.. . Analizar los diferentes tipos de conexiones en caña guadua, utilizando las recomendaciones de la Norma Ecuatoriana de la Construcción, Estructuras de Guadua GaK (NEC-SE-GUADUA), para determinar la configuración de la conexión a emplearse en los ensayos.. . Analizar el comportamiento de la conexión Simón Vélez modificada, utilizando la misma carga cíclica cuasi-estática, y a través de sensores colocados en puntos clave de la estructura espacial, para determinar los desplazamientos producidos durante los ensayos.. . Determinar la rigidez de los elementos estructurales del sistema, mediante los resultados obtenidos en el laboratorio, para que éstos puedan ser utilizados en futuros modelos matemáticos..

(29) 3. . Determinar la aplicabilidad de la conexión ensayada en la estructura, a través de tablas elaboradas a partir de los resultados obtenidos, para establecer ventajas y desventajas de ésta, enfocada en la práctica y el diseño estructural.. . Plantear conclusiones y recomendaciones, útiles para el uso de la guadua en estructuras soportantes.. 1.3 ALCANCE Este trabajo técnico experimental plantea la modificación de la conexión Simón Vélez a utilizarse entre los elementos estructurales columnas y vigas de una estructura espacial fabricada en caña guadua del grupo angustifolia kunth, la cual será sometida. a una carga lateral con inversión, a fin de analizar el. comportamiento sismo-resistente de la estructura y de la conexión misma, así como también se analizara la normativa existente, NEC-SE-GUADUA, 2016, que rige su uso en la construcción de nuestro país.. Las estructuras espaciales serán sometidas a carga lateral con inversión la cual se incrementará hasta llegar al agotamiento de la estructura, a fin de registrar la carga y deformación durante el ensayo hasta alcanzar valores máximos en los cuales se producirá el colapso de la estructura. También se medirán los desplazamientos producidos por la carga lateral, a través de sensores colocados en puntos clave de la estructura espacial.. Los datos obtenidos en el ensayo serán procesados y analizados para alcanzar conclusiones que responden a los objetivos planteados en el estudio, y cuantitativamente obtener el comportamiento lineal y no lineal del sistema.. 1.4 JUSTIFICACIÓN La caña guadua sobresale como alternativa para su utilización en la construcción debido a que es un material liviano, de fácil manejo, resistente y económico sin.

(30) 4. dejar de mencionar que es un material renovable y de rápida regeneración (Morán, 2015).. Este proyecto pretende llenar el vacío que existe respecto a este material para la práctica constructiva, ya que es difícil llevar a cabo una construcción elaborada a base de bambú, debido a que la información no sustentada que existe en la actualidad, es insuficiente y de poco valor para el cálculo y diseño de estructuras con este material.. En el Ecuador no se tienen estudios o investigaciones a profundidad sobre el comportamiento de estructuras en caña guadúa sometidas a cargas laterales. El estudio busca analizar el comportamiento que presentaría la estructura en función de la conexión planteada desde la consideración de las variables dinámicas. Se aplicará una carga lateral cíclica cuasi-estática, es decir, una carga en los dos sentidos, incrementando la carga paulatinamente simulando el comportamiento real ante un sismo, de esta manera se tendrá una mejor visión del comportamiento tanto de la conexión como de la estructura. Así, se podrá obtener una modelación real de su comportamiento, para el cálculo de derivas y caracterización de fallo. Por lo tanto se tendrá estructuras de caña guadua sismoresistentes, de tal manera que las conexiones puedan ser empleadas en la construcción y en futuras investigaciones.. En Ecuador la construcción informal es uno de los más grandes problemas en el sector de la vivienda y afecta directamente a la población más vulnerable en nuestro país, lo que se ha comprobado con los sismos registrados en los últimos años, provocando un sinnúmero de pérdidas humanas, debido a que las construcciones no fueron realizadas bajo criterios técnicos que permitan salvaguardar vidas durante movimientos telúricos. Al pasar de los años, y actualmente con más firmeza, se ha intentado tener un mayor control sobre la construcción informal, pero las organizaciones carecen de un correcto sustento técnico (Ortiz Gamboa & Proaño Cardenas, 2007)..

(31) 5. Por esta razón es necesario tener nuevos conocimientos sobre sistemas constructivos tradicionales, que garanticen la buena utilización y construcción de los elementos estructurales, para mejorar el comportamiento de las estructuras, a partir de materiales económicos y que puedan ser de utilidad en nuevos sistemas constructivos sismo-resistentes, siendo una alternativa para futuros proyectos de vivienda de interés social.. 1.5 METODOLOGÍA Para el desarrollo de este estudio técnico-experimental se utilizará el método de investigación descriptiva con un diseño experimental; por lo tanto se analizará el comportamiento sismo-resistente de la estructura en función de la conexión planteada para los elementos estructurales del sistema caña guadúa.. Se investigará, recopilará y analizará información de investigaciones relacionadas con las propiedades físico-mecánicas de la caña guadua, para determinar las ventajas de ésta como material de construcción; de igual forma se hará con los diferentes tipos de conexiones, tomando en cuenta las recomendaciones de la NEC-SE-GUADÚA, 2016.. Se realizará una serie de ensayos a la caña guadua. que se utilizará en la. estructura, para de esta forma tener un control de sus características físicas (contenido de humedad, densidad seca, densidad básica y peso específico), ya que si el contenido de humedad no se encuentra entre el 10% y 20% la caña guadúa no es óptima para la construcción ya que disminuiría la resistencia en la estructura a ensayarse.. Para el estudio del comportamiento sismo-resistente en la estructura se analizará su resistencia y rigidez. Para lo cual, las estructuras serán ensayadas a carga lateral con inversión mediante un actuador dinámico en dos direcciones con capacidad de 20 ton colocado en el plano de las vigas, éste incrementará su carga hasta llegar al agotamiento de la estructura a fin de registrar la carga y.

(32) 6. deformación producidos en el ensayo, de esta manera se obtendrá los valores máximos en los cuales se producirá la falla de la estructura.. Adicionalmente se colocarán sensores de desplazamiento en las uniones vigacolumna. de. la. estructura. espacial. que. permitirán. registrar. datos. de. desplazamiento en milímetros durante todo el ensayo mediante dispositivos LVDT. Las funciones de estos sensores serán: controlar el desplazamiento lateral de la estructura, medir el desplazamiento horizontal relativo de las columnas, medir el desplazamiento en la conexión y medir la deformación por fuerza cortante. Las estructuras serán ensayadas en el Centro de Investigación de la Vivienda (CIV) de la Escuela Politécnica Nacional.. Una vez finalizado el ensayo de una estructura, se realizará una evaluación visual y cuantitativa de todos los elementos que la conforman. Se observará su forma de falla y las afectaciones de los elementos estructurales y de sus conexiones..

(33) 7. CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO 2.1 BAMBU Bambusoideae es el nombre de una subfamilia de plantas conocido comúnmente como bambú, la cual es una planta maderable o herbácea perteneciente a la familia de las gramíneas. Las especies maderables (bambúes de tallo duro) poseen un tallo leñoso y pueden alcanzar la altura de un árbol dependiendo de la variedad del bambú, mientras que las especies herbáceas (bambúes sin tallo rígido) tienen cualidad de hierba por lo que también se considera al bambú como un pasto gigante. Existen 126 géneros con alrededor de 970 a 1200 especies de bambúes, de zonas tropicales a zonas templadas, los cuales varían en formas y tamaños. Imagen 2.1: Especies de Bambú. Fuente: Oscar Suarez, diciembre 2015. Blog: bambuver.blogspot.com. Los bambúes crecen en compañía de árboles o arbustos, generalmente en bosques tropicales lluviosos, en selvas de clima cálido o, en el caso de los bambúes herbáceos bajo la sombra de bosques cálidos. El bambú depende de la.

(34) 8. humedad, sombra y temperatura cálida en el medio ambiente (Álvarez Castillo, 2012). Predominan en los trópicos y subtrópicos entre los 35° de latitud norte y 47° de latitud sur del mundo, encontrándolos de forma natural en todo el planeta a excepción del continente Europeo, también en zonas de temperaturas frías de ambos hemisferios se encuentran algunas especies leñosas.. En. los. bambúes. de. tallo. duro. presentan. un. diámetro. exterior. de. aproximadamente15 cm y un diámetro interior entre los 8 cm y 10 cm. El bambú tiene un desarrollo muy rápido, debido a que un brote tierno puede en tan solo un día crecer alrededor de 7 cm según la especie, por lo cual el bambú alcanza en sólo 6 meses una altura hasta de 12 m, éste es aprovechado en su etapa de madurez que se encuentra entre los 4 años después de ser plantado.. Imagen 2.2: Disposición del Bambú en el Mundo. Fuente: (Álvarez Castillo, 2012). El período de floración del bambú cambia dependiendo de la especie, éste puede ir desde los 3 años. Algunos florecen una sola vez en su vida, en el caso del Phyllostachys Nigra esto sucede a los 120 años, es la variedad que tarda más en florecer. Ciertos bambúes de la misma especie florecen a la vez en todo el mundo, ya sea que se encuentre en sus regiones originarias o en los países que se los ha introducido, aunque éstos países tengan climas muy diferentes, por lo.

(35) 9. que experimentan una floración gregaria. Y cuando los bambús florecen en diferentes tiempos experimentan una floración esporádica.. El bambú permite un desarrollo sustentable al ser un recurso natural renovable debido a su acelerado crecimiento y madurez de la planta, al cortar una planta, surgen de 6 a 8 plantas nuevas. El cultivo de bambú contribuye enormemente al medio ambiente por su capacidad de retener agua en sí misma y en el subsuelo, permitiendo la protección y mejoramiento del suelo debido a sus extensas raíces que se convierten en un amarre del terreno, por lo que también protegen a los ríos de efectos erosivos y las riberas de quebradas. Los cultivos también mejoran la biodiversidad ya que son el hábitat de diversas especies de flora y fauna debido a la acumulación y descomposición de sus hojas en el suelo. El bambú también absorbe gran cantidad de CO2, una hectárea puede captar entre 11 y 18 toneladas de CO2 por año (Perez Cabrera, 2010).. Debido a que se pueden emplear algunas especies del bambú en diversos campos, es conocida como la planta de los mil usos. Su versatilidad, flexibilidad y dureza le permiten que reemplace a materiales más costosos como, la madera e incluso el acero. Se lo puede utilizar al bambú en la construcción, jardinería, pesca, artesanía, muebles, utensilios, también como fuente comestible y otros usos inimaginables.. 2.2 EL BAMBÚ PARA LA CONSTRUCCIÓN Según cálculos de las Naciones Unidas (ONU) se estima que en el mundo alrededor de 100 millones de personas no tienen ningún tipo de casa, este número asciende a 1000 millones si se considera a las personas con viviendas en lugares inseguros y en zonas de riesgo ante catástrofes naturales. Debido a esta problemática mundial, el bambú se convierte en una verdadera solución para combatir el déficit de vivienda, gracias a su resistencia, y bajo costo en el mercado, además de sustituir la madera por un material de construcción.

(36) 10. alternativo renovable de más rápido crecimiento y adecuado para un lugar de alto peligro sísmico (Rodriguez Romo, 2006).. El bambú es empleado como material de construcción principalmente en los lugares donde la especie adecuada se encuentra en gran cantidad, ya sea que se utilice primaria, secundaria u ocasionalmente dentro de la construcción. Dentro del campo de la construcción, habitualmente se encuentra un diseño monótono y una mediocre ejecución, que describen las casas de bambú en la mayoría de regiones y especialmente en asentamientos de personas con bajos recursos económicos. Sin embargo, en niveles económicos altos, el bambú es empleado en la construcción en formas arquitectónicamente exóticas y artísticas.. Imagen 2.3: Casa construida con paneles de Caña Guadúa, Guayaquil, Ecuador.. Fuente: (Castro, 2016). Imagen 2.4: Casa de Bambú Sharma Springs. Green Village, Bali, Indonesia.. Fuente: Green Village, mayo 2014. Página web oficial: greenvillagebali.com..

(37) 11. Una de las principales características del bambú es su propiedad sismoresistente, que ha favorecido el uso de este material como elementos estructurales; otras son, su distribución física que le provee de gran resistencia en relación a su peso, su textura que facilita su división en tiras angostas o piezas cortas, el poco desperdicio que se genera al utilizarlo, el que no tenga corteza que ser eliminada, su superficie dura, lisa, limpia y de color atractivo; por ende hacen del bambú un material idóneo y económico en la construcción de viviendas.. En la construcción, el bambú puede ser empleado en la elaboración de paredes de casas, elementos estructurales en viviendas, cercos para delimitar el perímetro de terrenos, vigas para el techo de las casas, alfardas, alfajillas o cintas, tejas naturales, sistema de andamiajes que facilitan la construcción, puntales para fundición de losas, puentes rústicos y rejas de puertas. A pesar de todos estos usos que se le puede dar, este es un material que no necesita trabajarse con herramienta especializada y tampoco el uso de mano de obra calificada, un oficial y su ayudante son suficientes, sin embargo, es necesario contar con la supervisión y dirección de un profesional técnico.. Una ventaja primordial del bambú al emplearse en la construcción de viviendas es el aislamiento de calor, frio y ruido debido a las cámaras de aire que existen en el entrenudo de los bambús. Otra ventaja importante es su costo, ya que para alcanzar un aspecto igual de presentable que en una construcción convencional su inversión es muy inferior (Rodriguez Romo, 2006).. 2.3 LA CAÑA GUADUA 2.3.1. GENERALIDADES. La Caña guadua pertenece a la subfamilia de las Gramíneas Bambusoideae, su hábitat natural son las selvas tropicales húmedas a orillas de los ríos. Es propia de las selvas del sudeste de Venezuela y se extiende por las selvas de las Guayanas, Brasil, Colombia, Ecuador y Perú. En América Central se la encuentra.

(38) 12. desde San Ángel en México cruzando por Guatemala, Salvador, Honduras, Nicaragua, Costa Rica, hasta Panamá (Clayton, Vorontsova, Harman, & Williamson, 2006).. Inicialmente la caña fue reconocida con el nombre de Guadua Bambusa, por los botánicos Humboldt y Bonpland. Posteriormente en América, alrededor del año de 1820, el botánico alemán Karl Sigismund Kunth la bautizó con el nombre de Guadua Angustifolia Kunth, debido a sus hojas angostas (Velasco Crespo, 2002).. En América existen alrededor de 30 especies nativas, de las cuales la caña guadua tiene la mayor resistencia, diámetro y espesor. También es conocida en el mundo por ser la tercera especie más grande de los bambúes y por ende tener la mayor valoración económica entre todas las variedades, gracias a que son especies de uso múltiple por tener la capacidad de generar productos forestales madereros, productos forestales no madereros y servicios eco-sistémicos; sus usos son variados y eficientes.. Imagen 2.5: Caña Guadua Angustifolia Kunth (izquierda). Guadua (derecha).. Fuente: (Morán, 2015) “La caña guadúa sobresale entre otras especies de su género por las propiedades estructurales de sus tallos, como la relación peso – resistencia (similar o superior al de algunas maderas), siendo incluso comparado con el acero y con algunas.

(39) 13. fibras de alta tecnología, considerando que la capacidad para absorber energía y admitir una mayor flexión, hace que esta especie de bambú sea un material ideal para construcciones sismo resistente”. (NEC-SE-GUADÚA, 2016). Imagen 2.6: Acopio de Caña Guadua Angustifolia Kunth. Fuente: (Morán, 2015). 2.3.2 . CLASIFICACIÓN Y MORFOLOGÍA. Clasificación. La caña guadúa es un bambú espinoso perteneciente a la Familia Poacea, a la sub-familia Bambusoideae y a la tribu Bambuseae. El botánico Alemán, Carl Kunth establece este género en el año de 1820, a partir del vocablo utilizado por los indígenas de Colombia y Ecuador para referirse a este bambú como “guadúa” (Teneche, 2007).. Este género, que reúne aproximadamente 30 especies, se distingue por sus tallos robustos y espinosos, por tener en los nudos bandas de pelos blancos, por las hojas caulinares (que nacen del tallo) en forma triangular, y además sobresale dentro del género por sus propiedades físico-mecánicas y por el tamaño de sus culmos (Teneche, 2007)..