DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓ N PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA (Angustifolia Kunth) EN FUNCIÓN
DELCONTENIDO DE HUMEDAD.
GONZÁLEZ AVILA JUAN CARLOS Cód. 3020810381
LEGUIZAMÓN RENDÓN YESENIA Cód. 3020810166
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA FACULTAD DE INGENÍERIA CIVIL LÍNEA DE INVESTIGACIÓN ESTRUCTURAS SUBLÍNEA DE INVESTIGACIÓN MATERIALES
BOGOTÁ, DC.
2012
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA (Angustifolia Kunth) EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO
DE HUMEDAD.
GONZÁLEZ AVILA JUAN CARLOS Cód. 3020810381
LEGUIZAMÓN RENDÓN YESENIA Cód. 3020810166
Proyecto de grado para optar el título de Ingeniero(a) Civil
Asesor metodológico:
OLGA LUCÍA BORDA PRADA
Asesor disciplinar:
LUCIO GUILLERMO LOPEZ YEPEZ Ingeniero Civil, M.Sc. Estructuras
Codirectora:
PATRICIA LUNA TAMAYO Ingeniera Civil, M.Sc. Estructuras
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL LÍNEA DE INVESTIGACIÓN ESTRUCTURAS SUBLÍNEA DE INVESTIGACIÓN MATERIALES
BOGOTÁ, DC.
2012
Nota de aceptación
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I.C. Patricia Luna Tamayo Presidente del Jurado
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I.C. Lucio Guillermo López Jurado
Bogotá DC; 04 de Diciembre de 2012
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a nuestra Universidad la Gran Colombia por continuar siendo nuestro hogar durante el transcurso de nuestra carrera;
A nuestros profesores por transmitirnos sus conocimientos, experiencias, y también por su dedicación, paciencia y tolerancia, en especial a la Ingeniera Patricia Luna Tamayo por su acertada orientación, comprensión y amistad;
A nuestros compañeros por su estilo, su compromiso y don de gente;
A nuestros padres por su ejemplo, esfuerzo y sacrificio;
A todas las personas que de alguna u otra forma contribuyeron para la realización de este proyecto;
Y a Dios todo poderoso por darnos vida y permitir que estemos culminando con éxito un logro más en nuestras vidas.
CARTA DE CESIÓN DE DERECHOS PARA TESIS, TRABAJOS Y MONOGRAFIAS DE GRADO A FAVOR DE LA UNIVERSIDAD LA GRAN
COLOMBIA
Bogotá D.C., 21 de noviembre de 2012
Señores:
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA Bogotá D.C.
Estimados señores:
Nosotros Juan Carlos González Ávila identificado con Cédula de ciudadanía No.
1’015.416.865 de Bogotá D.C; Yesenia Leguizamón Rendón, identificada con Cédula de ciudadanía No. 1’018.440.939 de Bogotá D.C, autores del trabajo de grado nombrado “DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A COMPRESION PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA (Angustifolia Kunth) EN FUNCION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD, presentado como requisito para optar al título de Ingeniero(a) Civil; autorizamos a la Universidad La Gran Colombia la consulta, reproducción, distribución o cualquier otra forma de uso de la obra parcial o total, con fines académicos en cualquier formato de presentación; conforme a la ley 23 de 1962, Ley 44 de 1993, Decisión Andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995, Circular No. 06 de la Dirección Nacional de Derechos de Autor para las Instituciones de Educación Superior, y demás normas generales en la materia.
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Juan Carlos González Ávila
CC. No. 1’015.416.865 de Bogotá D.C
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Yesenia Leguizamón Rendón
CC. No. 1’018.440.939 de Bogotá D.C
TABLA DE CONTENIDO
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 15
2. HIPOTESIS ... 17
2.1 ASIGNACIÓN DE VARIABLES ... 17
3. JUSTIFICACION ... 18
3. ANTECEDENTES ... 20
5. OBJETIVOS ... 24
5.1. OBJETIVO GENERAL ... 24
5.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ... 24
6. MARCO REFERENCIAL ... 25
6.1. MARCO TEORICO ... 25
6.1.1. GENERALIDADES ... 25
6.1.2. CLASIFICACION TAXONOMICA ... 25
6.1.3. ESTRUCTURA DE LA GUADUA... 27
6.2. MORFOLOGIA ... 28
6.2.1. RAÍCES ... 28
6.2.2. TALLO O CULMO ... 28
6.2.3. HOJAS CAULINARES ... 28
6.2.4. HOJAS DE FOLLAJE ... 29
6.2.5. FLORES ... 29
6.2.8. PARTES DE LA GUADUA Y SU UTILIZACION ... 30
6.3. USOS DE LA GUADUA ... 31
6.3.1. MANEJO DE LA GUADUA PARA CONSTRUCCIÓN ... 32
6.3.2. SELECCIÓN ... 32
6.3.3. CORTE... 32
6.3.4. SANGRADO ... 32
6.3.5. LIMPIEZA Y LAVADO ... 33
6.3.6. INMUNIZACIÓN ... 33
6.3.7. PERFORACIONES Y EMPATES ... 33
6.3.8. PROTECCIÓN ... 33
6.3.9. Aplicaciones de la guadua de acuerdo a su edad ... 34
6.4. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECANICAS ... 35
6.4.1. Contenido de humedad (CH) ... 35
6.4.2. Densidad seca al aire (DSA) ... 35
6.4.3. Densidad Básica (DB) ... 36
6.4.4. Peso específico (Pe) ... 36
6.5. MARCO CONCEPTUAL ... 37
6.5.1. Área de sección transversal ... 37
6.5.2. Cepa ... 37
6.5.3. Basa... 37
6.5.4. Sobrebasa ... 38
6.5.5. Contenido de humedad ... 38
6.5.6. Culmo ... 38
6.5.7. Diámetro externo ... 38
6.5.8. Esfuerzos admisibles ... 38
6.5.9. Espesor de la pared ... 38
6.5.10. Fibra... 39
6.5.11. Muestra ... 39
6.5.12. Probeta... 39
6.5.13. Secado ... 39
6.6. MARCO LEGAL ... 40
6.6.1. Tabla G.12.7-5 ... 42
7. DISEÑO METODOLOGICO ... 43
7.1. FASE I: TIEMPO DE INMERSIÓN DE LAS PROBETAS ... 44
7.2. Contenido de humedad ... 44
7.2.1. Objetivo ... 44
7.2.2. Equipo ... 45
7.2.3. Preparación de las probetas ... 46
7.2.4. Procedimiento ... 47
7.2.5. FORMATO PARA LA PRUEBA DE CONTENIDO DE HUMEDAD .. 49
7.3. FASE II: ENSAYO DE COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA ... 50
7.3.1. Objetivo ... 50
7.3.2. Equipo ... 50
7.3.3. Preparación de las probetas ... 51
7.3.4. Procedimiento ... 52
7.3.5. FORMATO PARA LA PRUEBA DE COMPRESION PARALELA A LA FIBRA ... 53
7.3.6. FASE III: EXPRESIÓN MATEMÁTICA A PARTIR DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN Y EL CONTENIDO DE HUMEDAD. ... 54
8. METODOLOGIA EXPERIMENTAL ... 55
8.1. PRE-ENSAYO DE CONTENIDO DE HUMEDAD ... 55
8.1.1. PROCEDIMIENTO ... 55
8.2. PRE-ENSAYOS DE COMPRESION PARALELA A LA FIBRA VARIANDO EL CONTENIDO DE HUMEDAD ... 61
8.2.1. PROCEDIMIENTO ... 62
8.3. ENSAYOS DE COMPRESION PARALELA A LA FIBRA VARIANDO EL CONTENIDO DE HUMEDAD ... 63
9. ANALISIS Y RESULTADOS ... 65
9.1. FASE 1 TIEMPO DE INMERSIÓN ... 65
9.1.1. PRE-ENSAYOS DE CONTENIDO DE HUMEDAD ... 65
9.1.1.1. Pre-ensayos con tiempos de inmersión de 60, 120 y 180 minutos... 65
9.1.1.2. Pre-ensayos con tiempos de inmersión menores a 60 minutos ... 68
9.1.1.3. Pre-ensayos con tiempos de inmersión menores a 10 minutos ... 70
9.2. FASE 2 ENSAYOS DE COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA ... 72
9.2.1. Ensayos a compresión paralela a la fibra variando el contenido de humedad ... 72
9.3. FASE 3 EXPRESIÓN MATEMÁTICA ... 76
9.3.1. ANALISIS ESTADISTICO MEDIANTE EL PROGRAMA STATGRAPHICS ... 76
9.3.1.1. Análisis para la Sobrebasa ... 77
9.3.1.2. Análisis para la Basa ... 79
9.3.1.3. Análisis para la Cepa ... 81
9.3.1.3.1. Residuos Atípicos ... 81
9.3.2. ANÁLISIS GENERAL DE TODOS LOS DATOS ... 82
9.4. TIPOS DE FALLA POR COMPRESIÓN... 86
9.4.1 TIPOS DE FALLA POR COMPRESIÓN ... 88
10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES... 90
11. BIBLIOGRAFIA ... 93
ANEXOS ... 97
TABLA DE FIGURAS
Figura 1 Partes de la Guadua 30
Figura 2 Aplicaciones de la guadua de acuerdo a su edad 34 Figura 3 Coeficientes de modificación por contenido de humedad (Cm ) 42
Figura 4 Balanza 45
Figura 5 Horno eléctrico 45
Figura 6 Piscina de Inmersión 46
Figura 7 Máquina para cortar madera 46
Figura 8 Lija eléctrica 47
Figura 9 Máquina de compresión 50
Figura 10 Equipo de compresión de cilindros 51
Figura 11 Corte de sobrebasas en una acolilladora 57
Figura 12Corte de Basas y Cepas en una tronzadora 57
Figura 13 Corte de probetas en una tronzadora 58
Figura 14 Probetas para ensayos de Contenido de Humedad 58 Figura 15 Probetas para ensayos compresión paralela a al fibra 59 Figura 16 Probetas sumergidas pare ensayos de contenido de humedad 59 Figura 17 Probetas sumergidas pare ensayos de compresión axial 60
Figura 18 Pesaje de muestras 60
Figura 19 Muestras en el horno 61
Figura 20 Muestras para ensayo de Compresión 63
Figura 21 Probeta en la maquina de compresión 64
Figura 23 Falla por Aplastamiento 86
Figura 24 Falla Paralela a la fibra 87
Figura 25 Falla por Corte 87
Figura 26 Fisuras Paralelas a la Fibra y Corte 88
Figura 27 Tipos de falla por compresión 88
Figura 28 Tipos de falla por compresión (Porcentajes) 89
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Humedad Natural para Bogotá ... 65
Tabla 2 Pre-ensayos con tiempo de inmersión de 60, 120 y 180 minutos... 66
Tabla 3 Humedad Natural ... 68
Tabla 4 Pre-ensayos con tiempo de inmersión menores de 60 minutos ... 69
Tabla 5 Humedad Natural ... 70
Tabla 6 Pre-ensayos con tiempo de inmersión menores a 10 minutos ... 71
Tabla 7 Resultados ensayos Sobrebasa ... 72
Tabla 8 Resultados pre-ensayos Sobrebasa ... 73
Tabla 9 Resultados ensayos Basa ... 74
Tabla 10 Resultados ensayos Cepa ... 75
Tabla 11 Residuos Atípicos ... 77
Tabla 12 Residuos Atípicos ... 79
Tabla 13 Residuos Atípicos para las zonas: Sobrebasa, Basa y Cepa ... 82
LISTA DE GRÁFICAS
Gráfica 1 Modelo ajustado para la Sobrebasa ... 78
Gráfica 2 Modelo ajustado para la Basa ... 79
Gráfica 3 Modelo ajustado para la Cepa ... 81
Gráfica 4 Tendencia en las zonas: Sobrebasa, Basa y Cepa ... 83
Gráfica 5 Tendencia empleando todos los datos ... 85
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL RAE Resumen Analíticos en Investigación
TITULO DEL PROYECTO
DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A COMPRESION PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA (ANGUSTIFOLIA KUNTH) EN FUNCION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD.
AUTORES
JUAN CAROS GONZÁLEZ AVILA YESENIA LEGUIZAMÓN RENDÓN LUGAR DE ELABORACIÓN
Departamento Cundinamarca
Ciudad/Año Bogotá/2012
Entidad Universidad la Gran Colombia LINEA DE INVESTIGACIÓN
ESTRUCTURAS CON TECNOLOGIA APROPIADA PARA EL DESARROLLO DE LA INFRAESTRUCTURA FÍSICA REGIONAL SOSTENIBLE Y LA CALIDAD DE VIDA.
SUBLINEA DE INVESTIGACIÓN
MATERIALES PARA EDIFICACIONES Y OBRAS CIVILES SEMILLERO DE INVESTIGACIÓN
ESTRUCTURAS
SUBLINEA DE INVESTIGACIÓN
MATERIALES PARA EDIFICACIONES Y OBRAS CIVILES SEMILLERO DE INVESTIGACION
ESTRUCTURAS
PALABRAS CLAVES O DESCRIPTORES
Guaduaangustifolia Kunth,Sobrebasa, Basa, Cepa, Carga última de aplicación, Área de la sección transversal, Esfuerzo Último a compresión paralela a la fibra, contenido de humedad.
RESUMEN
El estudio de la resistencia a Compresión paralela a la fibra en función del contenido de humedad de laguadua angustifolia Kunth,es importante porque el material no siempre tiene el mismo contenido de húmeda este varía según las condiciones del ambiente en el que se encuentre, por esta razón es necesario conocerlo para saber que tanto se ve afectada la resistencia por este parámetro.
Es necesario analizareste comportamiento físico-mecánico de la Guadua Angustifolia kunth, debido a que este material es usualmente empleado por las comunidades rurales colombianas para la construcción de sus viviendas, por tal razón se realizó este estudio para tres partes del culmo: Sobrebasa, Basa y Cepa.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La construcción de edificios es una actividad primordial en cuanto al desarrollo de la vida del hombre, ya sea para diferentes usos, como: vivienda, comercio, industria, educación, entre otros. El hombre a través del tiempo ha ido transformando su entorno con el fin de adaptarlo a sus necesidades; el empleo de materiales naturales como el barro, la piedra y la madera ha sido una fuente fundamental para sus construcciones.
La implementación de la guadua en la construcción es importante debido a quees un material que genera un reducido impacto ambiental, cuando se compara con la utilización de materiales convencionales como el concreto, el acero y la mampostería; ayuda a minimizar costos de la construcción, siendo de esta manera una alternativa ecológica y económica para el desarrollo de proyectos sostenibles.
Es primordial conocer el comportamiento a compresión paralela a la fibra de la guadua (Angustifolia Kunth) en función del contenido de humedad, debido a que no se han realizado investigaciones para determinar la resistencia a compresión variando el contenido de humedad, se han llevado a cabo proyectos para conocer este parámetro mecánico, variando distintas propiedades físicas como los tamaños, el tipo y edad de la guadua, pero con una condición de humedad establecida.
El contenido de humedad es importante tenerlo presente para realizar construcciones en guadua, debido a que este material no siempre va a presentar el mismo contenido de humedad, esta condición puede cambiar según el ambiente en el que se encuentre y el no tener en cuenta la variación de este parámetro físico puede presentar alteraciones en la resistencia de la guadua.
Debido a la importancia de la guadua como material de la construcción, este proyecto se realizará con el fin de dar respuesta al siguiente interrogante:
¿Cómo varía la resistencia a compresión paralela a la fibra de la Guadua (Angustifolia Kunth)en función del contenido de humedad?
Según lo citado en la Norma NSR 10, Titulo G.12.7.7, la guadua al igual que la madera pierde resistencia y rigidez, a medida que aumenta su contenido de humedad. Para asegurarnos de lo anterior se realizarán ensayos, para conocer el tiempo de inmersión en agua de las probetas con el fin de obtener diferentes contenidos de humedad, y ejecutar ensayos de compresión paralela a la fibra en tres partes del culmo de la guadua: cepa, basa y sobrebasa, siguiendo los procedimientos que establece la Norma NTC 5525 “Métodos de ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la Guadua (Angustifolia Kunth)”.
2. HIPOTESIS
1. La resistencia a compresión paralela a la fibra de la guadua (Angustifolia Kunth)disminuye, al aumentar el contenido de humedad.
2. La resistencia a compresión paralela a la fibra de la guadua (Angustifolia Kunth) incrementa, al aumentar el contenido de humedad.
2.1 ASIGNACIÓN DE VARIABLES
VARIABLE INDEPENDIENTE: Contenido de humedad
VARIABLE DEPENDIENTE: Resistencia a compresión paralela a la fibra El contenido de humedad, es el parámetro que se va a manipular en este proyecto para determinar el efecto que causa este en el comportamiento mecánico de la guadua (Angustifolia Kunth), en lo referente a su resistencia a compresión paralela a la fibra.
3. JUSTIFICACION
La guadua usualmente ha sido utilizada por comunidades rurales para la construcción de sus viviendas, por ser un material económico y de fácil acceso para ellos. Cabe mencionar que “en el eje cafetero y en departamentos como Cundinamarca y Antioquia es común el uso de la Guadua (Angustifolia Kunth) en diversas aplicaciones, principalmente en sistemas constructivos y en la fabricación de laminados"1. Por esta razón es necesario estudiar este material debido a la falta de investigación para determinar el comportamiento del material ante diferentes condiciones: climáticas, ambientales, de servicio, entre otros.
Actualmente en Colombia se emplea la guadua como material de construcción, aunque su utilización es muy limitada según su uso, ya sea para viviendas, comercio y educación, debido a la falta de una normatividad que contemple el diseño de estructuras en guadua en distintas edificaciones o en puentes. De acuerdo con lo anterior es necesario hacer investigaciones acerca de este material para determinar y conocer el comportamiento de sus propiedades físicas y mecánicas.
Conocer el comportamiento mecánico de los materiales empleados en la construcción, constituye una parte fundamental para el diseño de cualquier tipo de estructura. Es importante tener en cuenta que la estructura va a estar sujeta a esfuerzos que a su vez generan deformaciones, por tal motivo el estudio de las propiedades físicas del material hace parte del análisis experimental que se debe realizar para establecer el comportamiento de este; y conocer las alteraciones que se generan cuando estas condiciones son variables.
Existen normatividades Colombianas, como la NTC 5525, “Métodos de ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la Guadua (Angustifolia Kunth)”, la cual proporciona los requisitos específicos para los ensayos que se deben ejecutar para determinar las propiedades físicos y mecánicas de la Guadua. La Norma NSR 10 en el titulo G.12 “Estructuras de Guadua”, establece los requisitos para el diseño estructural y sismo resistente de estructuras cuyo material estructural principal es la Guadua (Angustifolia Kunth).
1 VÉLEZ J. MANUEL, OSORIO J. ALEXANDER & CIRO H. JOSÉ. Influencia de parámetros físicos en la resistencia de diseño a comprensión de la guadua (Angustifolia Kunth), En: Revista Dyna.
Vol 72, Número. 147 (Noviembre, 2005). paginas 1 - 6.
De acuerdo con las normas mencionadas anteriormente, se pretende ejecutar un estudio del comportamiento mecánico de la guadua, “Resistencia a compresión paralela a la fibra” cuando es sometida a la variación del contenido de humedad. En primera instancia se realizaran ensayos previos por franjas, determinando el tiempo de inmersión necesario para que la guadua aumente su contenido de humedad; luego se harán pruebas a compresión para establecer dicha resistencia en las zonas sobrebasa, basa y cepa.
La Norma NSR 10 Titulo G.12 establece la humedad a la cual se debe trabajar la guadua normalmente “12%”, pero si llegado el caso las condiciones medio ambientales del sitio de construcción varían el contenido de humedad por encima del contemplado, se debe hacer un ajuste mediante una corrección que es planteada en la Norma en la tabla G. 12.7-5. De acuerdo con lo anterior se pretende comparar estos valores, con los valores que serán obtenidos mediante ensayos a realizar en este proyecto.
3. ANTECEDENTES
En Colombia se ha empleado la guadua como elemento estructura para la construcción de viviendas a nivel rural, debido al bajo costo; por tal motivo se han llevado a cabo investigaciones para evaluar las diferentes propiedades físicas y mecánicas de este material, mediante ensayos que permitan observar sus distintos comportamientos y obtener la resistencia, a flexión, tensión, compresión, entre otros.
Es importante citar proyectos que han tenido como objetivo analizar el comportamiento de la guadua a compresión paralela a la fibra; uno de ellos es
“Influencia de parámetros físicos en la resistencia de diseño a comprensión de la guadua (Angustifolia Kunth)” realizado por la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín.2Esta investigación consistía en evaluar la carga a compresión al límite de proporcionalidad con respecto aparámetros físicos como el diámetro externo e interno, espesor de la pared, densidad aparente, número de entrenudos y contenido de humedad; según las normas ISO-TC 165 dadas por el INBAR (1999).
Se empleó guaduabiotipo cebolla, de la zona basal del culmo, con diámetros externos entre 9 y 12 cm y de 100 cm de longitud. El material seleccionado, se secó naturalmente hasta alcanzar contenidos de humedad menores al 25%, posteriormente, a cada uno de las muestras se les midió el espesor de pared en los puntos extremos, diámetro interno y externo, y número de entrenudos en la longitud total de la probeta.
En el país se han realizado estudios sobre la resistencia a la compresión de la Guadua (Angustifolia Kunth) para determinar la carga al límite proporcional.
Los resultados obtenidos muestran variaciones poco significativas en los valores3. Entre los proyectos se encuentran los siguientes: DÍAZ Y GONZÁLEZ [1992]quienes emplearon Guaduas provenientes de Risaralda que fueron sometidas a comprensión paralela a la fibra, cuyos valores determinados de esfuerzos en el límite proporcional fueron de 12,38 MPa, y para guaduas provenientes de Risaralda de 19,79 MPa.
2 VÉLEZ J. MANUEL, OSORIO J. ALEXANDER & CIRO H. JOSÉ. Influencia de parámetros físicos en la resistencia de diseño a comprensión de la guadua (Angustifolia Kunth), En: Revista Dyna. Vol 72, Número.
147 (Noviembre, 2005). Páginas 1 - 6.
3 VÉLEZ J. MANUEL, OSORIO J. ALEXANDER & CIRO H. JOSÉ. Influencia de parámetros físicos en la resistencia de diseño a comprensión de la guadua (Angustifolia Kunth), En: Revista Dyna. Vol 72, Número.
147 (Noviembre, 2005).Páginas 1 - 6.
Además proyectos como el de CHEATLE Y LÓPEZ [2002], quienes se basaron en los parámetros de ensayo de la norma del INBAR, fallaron elementos a comprensión axial, encontrando un valor del esfuerzo último de 28 MPa y recomendaron utilizar valores de esfuerzos admisibles para diseño de 14 MPa.
También mencionar a JANSSEN [2002]4, quien encontró como resistencia última valores promedios de 63,6 MPade elementos sometidos a comprensión paralela a la fibra.
En la tesis de grado de URIBE, MARITZA & DURAN, ALEJANDRO [2002]5, titulado: “Estudio de elementos solicitados a compresión armados por tres Guaduas”; se tuvo en cuenta la guadua biotipo Macana, debido a que es la más utilizada en el eje cafetero con edades entre tres y cinco años, que es cuando la guadua presenta su mayor resistencia. Se cortaron 80 probetas distribuidas de la siguiente manera:
Probetas Tipo A: Longitudes entre 0.80 y 3.00 metros. En total se obtuvieron 35 probetas con el fin de determinar el comportamiento individual de las columnas de guadua; Probetas Tipo E: Probetas cortadas para determinar el módulo de elasticidad y resistencia máxima a compresión de la guadua. La altura de estas probetas era igual a su diámetro; Probetas Tipo B. Probetas de 3 metros de longitud; fueron seleccionadas para ser ensayadas en paquetes de tres guaduas, con los diferentes tipos de uniones. En total se cortaron 27 guaduas, 9 para cada tipo de unión.
4JANSSEN, JULES J. Building whit bamboo a handbook.Holanda. Intermediate technology publications. 1998.
5 URIBE, MARITZA Y DURAN, ALEJANDRO: Estudio de elementos solicitados a compresión armados por tres Guaduas. Bogotá, 2002. Tesis de grado (Ingeniero civil).Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Civil.
La tesis de grado presentada por: MARTÍN, JOSÉ Y MATEUS LELIO [1981]6, titulada como “Resistencia a la compresión paralela a la fibra de la guadua (biotipo Castilla)”, se tomó como referente la guadua (Castilla) procede de la finca Tamboral, corregimiento de Lisboa, Noroccidente de Manizales con una edad de (1 – 9 años). En cuanto a la metodología “se basó en la teoría de columnas, normas ICONTEC y del ForestResearchInstitute – India. Se definieron siete tipos de probetas usando los diez primeros metros del culmo divididos en zona basal y superior. Se analizó para tres rangos de edad la condición de entrenudo completo, con nudo y sin nudo”.
De acuerdo con los resultados “encontraron que el punto de saturación de la fibra (PSF) es 23.03%, la gravedad especifica real 0.915, los valores más altos de compresión seobtuvieron en Guadua de 3 a 5 años: Esfuerzo máximo 661.85 Kg/cm2 y esfuerzo en el límite proporcional 524.04 Kg/cm2”.Además se analizó el comportamiento de columnas en escala natural solicitadas a compresión. Se concluye que la Guadua elásticamente se comporta similar a la madera. Por debajo del PSF la compresión es inversamente proporcional al contenido de humedad y por encima del PSF es constante. Igualmente las ecuaciones desarrolladas pueden ser utilizadas en el diseño de elementos estructurales.
El proyecto realizado por GONZÁLEZ C. EMILIO [2006]7 referente al tema de esta investigación es el estudio de “Resistencia a la compresión paralela a la fibra de la guadua (Angustifolia) y determinación del módulo de elasticidad”, en el que se tomaron muestras de guaduas de diferentes procedencias, extraídas de “cuatro (4) fincas de distintas veredas localizadas en el departamento del Quindío y Caldas, para comparar dichas resistencia analizando dos partes del culmo basa y cepa.
Para la determinación del módulo de elasticidad se emplearon deformímetros mecánicos y eléctricos, para comparar los resultados de deformación.
6MARTÍN, JOSÉ Y MATEUS LELIO, Resistencia a la compresión paralela a la fibra de la guadua de Castilla. Bogotá, 1981. Tesis de grado (Ingeniero Civil). Universidad Nacional de Colombia.
Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Agrícola.
7GONZÁLEZ C. EMILIO. Resistencia a la compresión paralela a la fibra de la guadua (Angustifolia) y determinación del módulo de elasticidad. Bogotá 2006. Trabajo de grado (Especialización en estructuras).Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería.
Departamento de Ingeniería Civil.
Es importante mencionar proyectos como el elaborado por PRADA J. ANDRES Y ZAMBRANO JAIRO [2003]8, titulado como: “Estudio de elementos en guadua, solicitados a compresión, con perforación para el relleno de mortero”, en esta tesis de grado se estudió los posibles efectos que la perforación puede causar en las propiedades mecánicas de la guadua (principalmente la resistencia a compresión) y buscar una alternativa para disminuir estos efectos. Para llevar a cabo este proyecto se establecieron cuatro tipos de ensayos para a compresión en probetas cortas; El tipo uno, probeta sin hueco; El tipo dos, probeta con hueco; El tipo tres, probeta con hueco y con mortero; El tipo cuatro probeta con hueco, con mortero y la alternativa de solución.
De acuerdo la investigación enunciada anteriormente, se obtuvieron los siguientes resultados de esfuerzos máximos promedios y admisibles, respectivamente según el tipo de probeta: tipo 1: 344 kgf/cm² , 172 kgf/cm² ; tipo 2: 290 kgf/cm², 145 kgf/cm²; tipo 3: 327 kgf/cm²,163 kgf/cm²; tipo 4: 352 kgf/cm², 176 kgf/cm².
8PRADA J. ANDRES & ZAMBRANO JAIRO. Estudio de elementos en guadua, solicitados a compresión, con perforación para el relleno de mortero. Bogotá, 2003. Tesis de grado. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Agrícola.
5. OBJETIVOS
5.1. OBJETIVO GENERAL
5.1.1. Determinar la variación de la resistencia a compresión paralela a la fibra de la Guadua (Angustifolia Kunth), en función del contenido de humedad.
5.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
5.2.1. Determinar el tiempo de inmersión en agua de las probetas para garantizar diferentes contenidos de humedad del material.
5.2.2. Realizar ensayos de compresión paralela a la fibra para diferentes contenidos de humedad, por encima y por debajo del punto teórico de saturación de la fibra para tres partes del culmo de la guadua: cepa, basa y sobrebasa.
5.2.3. Determinar la expresión matemática que define la variación de la resistencia a compresión paralela a la fibra de la Guadua (Angustifolia Kunth)en función del contenido de humedad para tres partes del culmo:
cepa, basa y sobrebasa.
6. MARCO REFERENCIAL
6.1. MARCO TEORICO
6.1.1. GENERALIDADES
La guadua constituye el género de bambú nativo más importante de América, es endémica de este continente con aproximadamente 30 especies distribuidas desde México hasta Argentina, las cuales se pueden encontrar en un rango de altitud que va desde el nivel del mar hasta los 2.200 m.s.n.m.9. La guadua es una gramínea gigante que puede alcanzar 30 metros de altura o más y cuyo diámetro puede variar de uno a 22 centímetros.10
La guadua (Angustifolia) es la especie nativa más importante de Colombia. Fue identificada primero por los botánicos Humboldt y Bonpland como Bambusa guadua, posteriormente en 1822 el botánico alemán Karl S. Kunth identifica el género Guadua, haciendo uso del vocablo indígena “guadua”, con el que lo identificaban las comunidades indígenas de Colombia y Ecuador. Kunth rebautiza la especie con el nombre de Guadua angustifolia, que significa “hoja angosta”.11
6.1.2. CLASIFICACION TAXONOMICA
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.12
9 HIDALGO, OSCAR. Bambo: Thegift of thegods. Revisión en ingles: DICKINSON DE SALOMON.
JUDY. 1 ed. Bogotá DC. Impreso en Colombia: D’VINNI LTDA, 2003. 549 p.
10Memorias del 1 Seminario Internacional Bamboo 2001, Agosto 8-10, 2001, “La Guadua: Un Bambú Importante de América por Ximena Londoño”, Guayaquil, 2001.
11ARBELÁEZ, ANACILIA. La estructura morfológica del culmo de la Guadua Angustifolia Kunth, Medellín, 1998. Investigación en guadua. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ciencias Agrícolas.
12CASTRILLÓN. MATILDE Y MALAVER. DIEGO, Procedimientos de ensayo para la determinación de las propiedades físico mecánicas de la guadua. Bogotá, 2004.Tesis de grado. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Agrícola.
En Colombia existen cuatro especies del Género guadua:
Angustifolia: Se encuentra distribuida en gran parte de la región central Andina.
Amplexifolia: Se localiza en los llanos orientales, parte norte de la Orinoquía y la costa Atlántica.
Superba y weberbaueri: Esta ubicada en la Amazonía y corredor chocoano del Pacífico.
Una variedad, llamada guadua angustifolia variedad bicolor; presenta cinco formas o biotiposdenominados vulgarmente: cebolla, macana, rayada negra, cotuda y castilla13.
“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”14. De acuerdo con las investigaciones deMcClure, la Guadua angustifolia, es uno de los bambúes nativos del hemisferio occidental más sobresaliente en cuanto a su altura, a las propiedades mecánicas, durabilidad de sus tallos e importancia en la economía local de los lugares en donde se desarrolla.
13CASTRILLÓN. MATILDE Y MALAVER. DIEGO, Procedimientos de ensayo para la determinación de las propiedades físico mecánicas de la guadua. Bogotá, 2004.Tesis de grado. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Agrícola.
14GIRALDO HERRERA EDGAR Y SABOGAL OSPINA AURELIANO, LA GUADUA una alternativa sostenible, publicación de la Corporación Autónoma Regional del Quindío, C.R.Q. Quindío 1999.
Pág.31.
6.1.3. ESTRUCTURA DE LA GUADUA
La guaduaes una planta con diversidad morfológica; existen de poca altura y hasta de 30 metros de altura. “Debido a su naturaleza especializada y a su floración infrecuente, se le ha dado mucha importancia a estructuras morfológicas tales como rizoma, culmo, yema, complemento de rama, hoja caulinar y follaje”15.
“La Guadua, como planta, está dotada de su respectiva estructura y sistemas de ejes vegetativos segmentados y formados por nudos y entre nudos;
contiene rizoma, tallo o culmo, ramas y hojas.
Se destaca principalmente por ser:
Una de las plantas de crecimiento más rápido del planeta.
Un elemento crítico para el equilibrio de oxígeno y dióxido de carbono de la atmósfera.
Un buen sustituto de la madera.
Un recurso natural resistente.
Muy versátil al tener un corto ciclo de crecimiento.
Un elemento clave para la economía de muchas regiones.
Un material esencial para la construcción de estructuras antisísmicas.
Un recurso renovable para la producción agro-forestal.
Un elemento íntegramente incorporado a la cultura y las artes las regiones tropicales”.16
15LONDOÑO P XIMENA, “Distribución, morfología, taxonomía, anatomía, silvicultura y usos de los bambúes del nuevo mundo”, [28 de noviembre de 2011]. Disponible en la web: http://www.hof- landlust.de/scb/taller.html
16 GONZALEZ. Q. DIEGO. “El portal de negocios sobre guadua”, [30 de noviembre de 2011].Disponible en la web: http://www.guadua.biz/documentos/01.pdf
6.2. MORFOLOGIA17
6.2.1. RAÍCES
El sistema radicular está formado por raíces, raicillas y por los rizomas, los mismos que corresponden a modificaciones M tallo, con la diferencia de que este crece hacia fuera y los rizomas son subterráneos. En el rizoma se encuentran las yemas, de cuya activación se generan nuevos rizomas y por tanto nuevos tallos.
6.2.2. TALLO O CULMO
El culmo, también llamado "cogollo" o "espolón" por nuestros campesinos, al emerger del suelo lo hace con un tallo definitivo.
Un tallo o culmo adulto, alcanza una altura entre 15 y 25 metros. Es leñoso, recto ligeramente arqueado en la punta, y está formado por muchos nudos y entrenudos llamados "canutos". Alrededor de cada nudo aparece una banda blanca, que es una de las características de identificación de la especie.
6.2.3. HOJAS CAULINARES
Estas hojas de color marrón o café claro, protegen al tallo y sus yemas durante su crecimiento inicial los primeros meses. Mientras un tallo conserva las hojas caulinares o "polainas" se le consideran como un brote o renuevo, los campesinos lo llaman "borracho". Son de forma triangular, fuertes, con pelillos en su parte exterior y lustroso por el interior. Las hojas caulinares o polainas se desprenden del culmo, cuando salen las ramas que brotan de las yemas.
17 GONZALEZ. Q. DIEGO. “El portal de negocios sobre guadua”, [30 de noviembre de 2011].Disponible en la web: http://www.guadua.biz/documentos/01.pdf
6.2.4. HOJAS DE FOLLAJE
Las hojas del follaje ubicadas en las ramas, son lanceoladas, alternas y simples.
Su longitud varía entre 8 y 20 cm y su ancho está entre 1,5 y 3,5 cm. Por el revés presenta pubescencias (pelillos) blanquecinos esparcidos.
6.2.5. FLORES
La guadua florece esporádicamente. Las flores están dispuestas en grupos, en los extremos de las ramas, son escasas y nada vistosas. El extremado calor producido por incendios forestales también las hace florecer, no importando para ello la edad o el tamaño de la planta.
6.2.6. SEMILLAS
Las flores, generan espigas que luego se convierten en semillas que se asemejan a los granos de arroz, tamaño y cubierta.
6.2.7. YEMAS
Las yemas están presentes en el tallo o culmo, en las ramas y en los rizomas o en las raíces que favorecen la reproducción y propagación vegetativa.
6.2.8. PARTES DE LA GUADUA Y SU UTILIZACION
De acuerdo con el Centro Nacional para el estudio del Bambú - Guadua, la guadua se encuentra dividida en seis partes en su sección longitudinal y a su vez cada parte cumple con una utilización específica, como se muestra en la (Figura N°. 1).
Figura 1Partes de la Guadua18
18OROZCO, LORENA. “Guadua Angustifolia Kunth un regalo de la naturaleza / el hierro verde”, [25 de Noviembre de 2011]. Disponible en la web: http://web.catie.ac.cr/guadua/default.asp
6.3. USOS DE LA GUADUA
La guadua es uno de los materiales de origen vegetal más empleado en Colombia, especialmente en las regiones cafeteras rurales y periurbanas, por su versatilidad, disponibilidad y excelentes propiedades físicas y mecánicas. Presenta un estado de usos y aplicaciones que oscilan desde lo artesanal (cercas, bancas, trinchos, canales, celosías, palomeras, utensilios domésticos, etc.), hasta elementos de diseño para interiores y exteriores.
El sector de artesanías y artículos decorativos utilitarios también tiene estilo colombiano, diseños muy sencillos utilizando la mayoría de las veces la forma natural de la guadua.En ambos casos el desarrollo industrial se ha dado con un alto insumo de mano de obra, y paralelamente se ha desarrollado un incipiente conocimiento de la guadua como materia prima, con factibilidad de procesos mecánicos avanzados desarrollados en otros países.
El sector de la construcción de vivienda lidera los usos y aplicaciones de la guadua en Colombia; no obstante, construcciones complementarias como kioscos, iglesias, puentes, centros culturales, etc., demuestran el interés y avance de tales aplicaciones, promovidos por diversas instituciones como la Sociedad Colombiana del Bambú.La guadua es un material muy versátil, con importantes características en su comportamiento mecánico en estructuras.
La relación resistencia/peso la hace tan importante como las mejores maderas, con una ventaja a su favor y es la de ser un recurso natural renovable de rápido crecimiento y fácil manejo. Todas estas características y el haber incursionado ya en procesos de industrialización hacen de la guadua un material con buenas expectativas hacia el futuro.
La guadua (Angustifolia) tiene fibras naturales muy fuertes que permiten desarrollar productos industrializados tales como paneles, aglomerados, pisos, laminados, esteras, pulpa y papel. Es importante señalar que con el uso de la guadua en los procesos industriales anteriormente mencionados, el impacto sobre los bosques nativos se reduciría porque la guadua pasa a ser un sustituto de la madera19.
19BECKER. MICHEL Y HELD. CHRISTIAN. Manejo y el mercadeo sostenible del Bambú en Costa Rica y Colombia. Alemania [2001-2004], Proyecto de Investigación. Financiado por la Unión Europea. Universidad de Freiburg. Disponible en la web en: http://web.catie.ac.cr/guadua/
6.3.1. MANEJO DE LA GUADUA PARA CONSTRUCCIÓN
Para emplear la guadua para construcción y obtener resultados buenos en cuanto a resistencia, durabilidad y servicio, se deben tener ciertas recomendaciones.
Entre estas se encuentran:
6.3.2. SELECCIÓN
Seleccionar y marcar previamente las guaduas que se van a cortar. Usar guaduas
"jechas" o maduras de 4 o 6 años.
6.3.3. CORTE
De acuerdo con creencias naturales se debe realizar el corte de la guadua en luna menguante, la cosecha se muestra favorable porque no hay tanta agua en los vasos capilares, debido a la ausencia de atracción lunar. La hora para el corte es determinante, entre las 12 PM y 6 AM (antes de la salida del sol), el almidón todavía se encuentra en las raíces; debido a la fotosíntesis se encuentra más agua en el tallo. Cuando más almidón exista en el vástago, más nutritivo es para los insectos.
Si el tallo fue cosechado por la mañana, después de poco tiempo, éste presentará el ataque de los insectos Las ramas y hojas, luego de la cosecha, permanecen en el tallo para que absorban el agua libre de los capilares Si se realiza el corte después del mediodía, puesto que el almidón se encuentra en las hojas y hay menos agua en el tallo, las edificaciones perdurarán más tiempo sin ataque de insectos.
6.3.4. SANGRADO
Se realiza el sangrado o vinagrado en la mata; dejándolas arrumadas de manera vertical y protegidas del suelo de 20 a 30 días.
6.3.5. LIMPIEZA Y LAVADO
Los palos se deben limpiar y lavar con agua y luego dejándolas secar de manera natural o artificial arrumándolas muy bien de manera que permita su secado uniforme (verticalmente es más usado). La guadua debe estar protegida de la intemperie (sol y agua) y debidamente protegida de la humedad por capilaridad, por consiguiente se debe colocar bajo techo y proteger con grandes aleros y buenos pedestales con una altura mínima de 40 cm sobre el piso.
6.3.6. INMUNIZACIÓN
Se debe inmunizar, utilizando preferiblemente productos naturales que no sean nocivos para el hombre. El "pentaborato" es una buena opción probada, segura, económica y que no causa daño al hombre ni al medio ambiente. El tratamiento por medio del humo muy usado en el Japón aunque poco experimentado técnicamente en nuestro medio es una excelente opción. La inmunización "al vacío" es muy buena aunque la más costosa y sobra decir que hay una amplia gama de productos químicos de distintos laboratorios para su preservación, algunos que valen más que la misma guadua y otros que atentan contra la salud humana. En la agricultura "orgánica" hay una amplia gama de inmunizantes naturales por investigar.
6.3.7. PERFORACIONES Y EMPATES
Para las perforaciones no se deben utilizar puntillas debido a que el clavado las raja; se ha comprobado que utilizando un taladro y empleando arandelas y tuercas se evita este fenómeno al trabajar con guadua. El empate más utilizado entre guaduas para construcción y artesanía es "boca de pescado". Después de transcurridos 6 meses de construcción, se deben volver a apretar las tuercas.
6.3.8. PROTECCIÓN
Como acabado final y protección contra los rayos ultravioleta del sol que la decoloran y la dañan y como repelente de insectos una aplicación a base de aceite de linaza con trementina, o betún resulta efectiva. No se deben utilizar esmaltes, ya que la guadua es una planta y éstos no la dejan respirar20
20PACHECO. P. CARI, Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra de la guadua Angustifolia.
Trabajo de grado. Bogotá, 2006. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería.
Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola.
6.3.9. Aplicaciones de la guadua de acuerdo a su edad
Figura2Aplicaciones de la guadua de acuerdo a su edad21
De acuerdo con el manual de construcción con bambú de óscar Hidalgo, para cada edad de la guadua hay una utilidad, como se muestra en la figura 2.
21HIDALGO, OSCAR. Manual de construcción con bambú, estudios técnicos colombianos Ltda.
editores.
6.4. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECANICAS22
Aunque las propiedades mecánicas de la guadua dependen de la especie botánica a la que pertenece, la resistencia a compresión, tracción y flexión también dependen de la edad de corte de la planta, la sección del culmo que se utilice y de las propiedades físicas como son la humedad, la densidad básica, el peso específico y la densidad seca al aire.
6.4.1. Contenido de humedad (CH)
Corresponde a un porcentaje del peso seco al horno. El contenido óptimo para su uso estructural es menor a 25%.
CH = (P1 – P2)*100/P2
Dónde:
P1: Peso de la muestra en estado natural P2: Peso de la muestra seca al horno
6.4.2. Densidad seca al aire (DSA)
Es la relación entre el peso seco al aire y el volumen seco al aire. Sirve para determinar el peso propio de los elementos de guadua.
DSA = Psa/Vsa Dónde:
Psa: Peso seco al aire Vsa: Volumen seco al aire
22 GONZALEZ. Q. DIEGO. “El portal de negocios sobre guadua”, [30 de noviembre de 2011].Disponible en la web: http://www.guadua.biz/documentos/01.pdf
6.4.3. Densidad Básica (DB)
Es la relación entre el peso seco al horno y el volumen de la muestra antes de secarse al horno o volumen verde.
DSA = Psh/Vv
Dónde:
Psh: Peso seco al horno Vv: Volumen verde
6.4.4. Peso específico (Pe)
Es la relación entre el peso total de la muestra sobre el volumen total de la muestra. Debido a la porosidad y fisuramientos que tiene la guadua, se deben proteger las muestras con parafina y sumergirlas en mercurio, determinando el volumen desplazado.
Pe = Pt /Vt Dónde:
Pt: Peso total Vt: Volumen total
6.5. MARCO CONCEPTUAL
En este proyecto es importante conocer las propiedades físicas y el comportamiento mecánico de la guadua, debido a que es indispensable para el diseño de las estructuras, ya que estos van a estar sometidos a esfuerzos y deformaciones que son producto de las diferentes cargas que debe soportar la estructura.
En este caso se pretende estudiar el efecto de una propiedad física de la guadua como es el contenido de humedad con respecto a la resistencia a compresión paralela a la fibra; para esta investigación es necesario hacer un análisis teórico para llevar a cabo el procedimiento experimental que ayuda a garantizar el objetivo de este proyecto.
De acuerdo con lo anterior, se definirán conceptos que serán claves e importantes en el transcurso de este proyecto, es claro decir que estas definiciones provienen de la NTC 5525 y la NSR 10 Titulo G, Capitulo G.12; estos son los siguientes:
6.5.1. Área de sección transversal
En un corte transversal del culmo es el área de la sección perpendicular a la dirección de las fibras y de los vasos conductores.
6.5.2. Cepa
Primer segmento basal del culmo de guadua con longitudes que fluctúan entre 3 a 4 m; es la parte de la Guadua que presenta el mayor diámetro y el mayor espesor de pared.
6.5.3. Basa
Segundo segmento del culmo de Guadua, a continuación de la cepa, con longitud entre 4 y 6 m.
6.5.4. Sobrebasa
Tercer segmento del culmo de guadua, localizado a continuación de la basa con longitudes hasta de 4 m.
6.5.5. Contenido de humedad
Contenido de agua al interior de un cuerpo expresado como la relación en porcentaje entre el peso del agua contenida y el peso del material anhidro.
6.5.6. Culmo
Eje aéreo segmentado de los bambúes, formado por nudos y entrenudos, que emerge del rizoma; es el equivalente al tallo de un árbol.
6.5.7. Diámetro externo
Diámetro de una sección transversal de una pieza de Guadua medido desde dos puntos opuestos en la superficie externa.
6.5.8. Esfuerzos admisibles
Son los esfuerzos de compresión paralela, compresión perpendicular, corte paralelo, flexión, tracción paralela y tracción perpendicular, que resisten los elementos estructurales de Guadua.
6.5.9. Espesor de la pared
Grosor de la pared de una probeta de Guadua Angustifolia Kunth en (mm).
6.5.10. Fibra
Célula alargada con extremos puntiagudos y casi siempre con paredes gruesas.
6.5.11. Muestra .
Cantidad o grupo de probetas o especímenes.
6.5.12. Probeta
Segmento o pieza de Guadua que se usa para ensayos o pruebas de laboratorio, con medidas específicas.
6.5.13. Secado
Proceso natural o mecánico mediante el cual se reduce el contenido de humedad de la guadua.
6.6. MARCO LEGAL
En lo que respecta al tema de la guadua, en Colombia existen normas como las NTC, las cuales son:
NTC 5300 “Cosecha y Poscosecha de los culmos de Guadua angustifolia Kunth”.Esta norma establece los requisitos que se deben seguir para la cosecha y poscosechade los culmosmaduros de Guadua angustifolia kunth.
NTC 5301 “Secado e inmunizado de los culmos de Guadua angustifolia Kunth”. Esta norma establece los requisitos que se deben seguir para la preservación y secado de los culmos de guadua angustifolia de acuerdo con las aplicaciones y usos.
NTC 5405 “Propagación vegetativa de Guadua angustifolia Kunth”; Esta norma establece los requisitos mínimos de calidad que se deben seguir para el establecimiento de bancos de propagación de la especie Guadua angustifolia Kunth.
NTC 5407 “Uniones para estructuras construidas en Guadua angustifolia Kunth”: Esta norma establece los requisitos mínimos que se deben seguir para la elaboración de uniones en la construcción de sistemas estructurales utilizando guadua angustifolia Kunth.
NTC 5458 “Artesanías y muebles en Guadua angustifolia Kunth”.Esta norma establece los requisitos que se deben cumplir para el proceso de elaboración de muebles y artesanías con culmos maduros de Guadua angustifolia Kunth y los aspectos de calidad de los productos resultantes de estos procesos.
NTC 5525 “Métodos de ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la Guadua angustifolia Kunth”. Esta norma específica los métodos de ensayo para evaluar las propiedades físicas y mecánicas características de la Guadua angustifolia Kunth. La norma comprende los ensayos que se van a realizar sobre segmentos de Guadua angustifolia Kunth, para obtener resultados de laboratorio, los cuales se pueden utilizar para establecer valores y resistencias. Los resultados también se pueden usar para establecer la relación de propiedades físicas y factores mecánicos, como contenido de humedad, densidad, sitio de cultivo, posición a lo largo del culmos, presencia de nudo y entrenudo, contracción, compresión, flexión, corte y tensión etc., para las funciones de control de calidad23.
23ICONTEC, Norma Técnica Colombiana NTC 5525 Métodos de ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la guadua Angustifolia Kunth, Bogotá, D.C, 26 de septiembre de 2007.
De acuerdo a la norma mencionada anteriormente, en este proyecto se realizará un estudio del comportamiento mecánico de la guadua, “Resistencia a compresión paralela a la fibra” cuando es sometida a la variación del contenido de humedad.
En primera instancia se realizaran ensayos previos por franjas, determinando el tiempo de inmersión necesario para que la guadua aumente su contenido de humedad; luego se harán pruebas a compresión para establecer dicha resistencia en la zona sobrebasa, basa y cepa.
La Norma NSR 10 Titulo G. “ESTRUCTURAS DE MADERA Y ESTRUCTURAS DE GUADUA”, capitulo G.12 “ESTRUCTURAS EN GUADUA”, establece los requisitos para el diseño estructural y sismo resistente de estructuras cuyo elemento resistente principal es el bambú Guadua angustifolia Kunth. Una estructura de guadua diseñada de acuerdo con los requisitos de este Reglamento, tendrá un nivel de seguridad equivalente al de estructuras diseñadas con otros materiales24.
G.12.7.7 COEFICIENTE DE MODIFICACION POR CONTENIDO DE HUMEDAD (Cm): La guadua al igual que la madera pierde resistencia y rigidez, a medida que aumenta su contenido de humedad. Los valores de esfuerzos admisibles y módulos de elasticidad reportados en las tablas G.12.7-1 y G.12.7-2 fueron calculados para un contenido de humedad de la guadua de CH=12%. Si las condiciones medioambientales en el sitio de construcción hacen variar el contenido de humedad de la guadua por encima del 12%, se deben ajustar los valores de las tablas G.12.7-1 y G.12.7-2, multiplicándolos por los valores de la tabla G.12.7-5.25
24ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA (AIS), REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE NSR 10, Bogotá D.C, Colombia, Enero de 2010.
25ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA (AIS), REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE NSR 10, Bogotá D.C, Colombia, Enero de 2010.
6.6.1. Tabla G.12.7-5
Figura 3Coeficientes de modificación por contenido de humedad (Cm )26
Esta norma establece la humedad a la cual se debe trabajar la guadua normalmente “12%”, pero si llegado el caso las condiciones medio ambientales del sitio de construcción varían el contenido de humedad por encima del contemplado, se debe hacer un ajuste mediante una corrección que es planteada en la Norma.
De acuerdo con lo anterior se pretende comparar estos valores, con los valores que serán obtenidos mediante ensayos a realizar en este proyecto.
26ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA (AIS), REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE NSR 10, Bogotá D.C, Colombia, Enero de 2010.
7. DISEÑO METODOLOGICO
De acuerdo con los parámetros establecidos por la norma NTC 5525 “Métodos de ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la guadua (Angustifolia Kunth)”; se pretende realizar un estudio del comportamiento de la guadua para saber la resistencia a compresión paralela a la fibra variando el contenido de humedad. Se realizarán ensayos previos por segmentos en las zonas sobrebasa, basa y cepa, tomando muestras de a 12 probetas por cada parte de la guadua, en diferentes rangos de humedad.
Este proyecto corresponde a un tipo de estudio experimental, en el que se pretende estudiar el efecto que tiene una variable independiente en una variable dependiente, es decir cómo influye la variación del contenido de humedad con la resistencia última a compresión paralela a la fibra en probetas distribuidas en las zonas sobrebasa, basa y cepa de guadua Angustifolia Kunth.
El tipo de instrumento de análisis que se implementara para el análisis de resultados es el método estadístico “criterio de Chauvenet” para descartar los datos atípicos, con este método primero se calcula la media y la desviación estándar; se halla la diferencia entre cada dato con la media denominado (ecuación 3) y se determina un factor el cual es calculado multiplicando la desviación estantandar con el coeficiente de Chauvenet (este varía según el número de datos). Para que un dato sea atípico debe ser mayor a , en caso contrario el dato corresponde a un valor admisible.
Donde:
: Valor obtenido : Valor de la media
Donde:
: Desviación estándar
:
Coeficiente de ChauvenetPara los datos no descartados se hará un análisis estadístico que incluye la media, desviación estándar, valor máximo y mínimo, para poder hacer comparaciones entre los diferentes resultados.
Para este estudio es importante tener en cuenta 3 fases:
Tiempo de Inmersión de las probetas
Ensayo de compresión paralela a la fibra.
Expresión matemática a partir de la resistencia a compresión y el contenido de humedad.
7.1. FASE I: TIEMPO DE INMERSIÓN DE LAS PROBETAS
Se requiere conocer el tiempo de inmersión en agua necesario para que la guadua aumente su contenido de humedad y de esta manera poder efectuar pruebas pertinentes a compresión para determinar dicha resistencia.
Para llevar a cabo este ensayo es necesario primero se preparan las muestras (probetas), a diferentes condiciones de humedad, según el tiempo de sumergido de las muestras. Se emplea el método para determinar el contenido de humedad, mediante la NTC 5525 este consiste en medir la pérdida de masa de cada probeta, la cual se expresa como porcentaje de la masa seca en horno.
7.2. Contenido de humedad
7.2.1. Objetivo
Determinación, mediante el pesaje, de la pérdida de masa de la probeta de ensayo durante el secado hasta una masa constante. Cálculo de la pérdida de masa como un porcentaje de la masa de la probeta de ensayo después del secado.
7.2.2. Equipo
Balanza
Figura 4Balanza
Horno eléctrico: Equipo con capacidad para secar la guadua hasta obtener una condición absolutamente seca.
Figura 5Horno eléctrico
Equipo para garantizar la retención de humedad en la probeta, por ejemplo, frascos con cuellos de vidrio esmerilado y tapones que garanticen un sello hermético.
Piscina de Inmersión.
Figura 6Piscina de Inmersión
7.2.3. Preparación de las probetas
Equipos empleados en el corte de la guadua
Figura 7Máquina para cortar madera
Figura 8 Lija eléctrica
Primero se emplean los equipos mostrados anteriormente para realizar el corte de las probetas de guadua, que serán empleadas para determinar los respectivos ensayos.
Las probetas para la determinación del contenido de humedad deben ser igual a la cantidad de probetas para los ensayos mecánicos y físicos, en este caso para el ensayo de compresión paralela a la fibra.
Las muestras se deben tomar cerca del lugar de la falla y almacenar en condiciones que garanticen que el contenido de humedad no cambie.
7.2.4. Procedimiento
1. Las probetas se pesan y luego se secan en un horno a temperatura de 103 °C
± 2 °C.
2. Después de 24 horas, se debe registrar la masa a intervalos regulares no inferiores a 2 horas.
3. El secado se debe considerar terminado cuando la diferencia entre las determinaciones sucesivas de la masa no excede 0,01 g.
4. Se emplea el método para determinar el contenido de humedad (CH), este consiste en medir la pérdida de masa de cada probeta, la cual se expresa como porcentaje de la masa seca en horno.
5. Se mide el tiempo de inmersión de las probetas, para que estas aumenten su contenido de humedad.
Para determinar el porcentaje de contenido de humedad se emplea la siguiente ecuación:
(Ecuación 1)
En donde:
m: Masa de la probeta antes del secado.
:Masa de la probeta después del secado.27
27ICONTEC, Norma Técnica Colombiana NTC 5525 Métodos de ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la guadua Angustifolia kunth, Bogotá, D.C, 26 de septiembre de 2007.
7.2.5. FORMATO PARA LA PRUEBA DE CONTENIDO DE HUMEDAD
(seg) Código
Muestra
(Kgr) (Kg) CH (%)
Dónde:
:Masa de la probeta antes del secado (Kg) : Masa de la probeta después del secado (Kg) CH (%): Porcentaje de contenido de humedad
: Tiempo de inmersión (seg)
7.3. FASE II: ENSAYO DE COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA
Para efectuar el ensayo de compresión axial en probetas de Guadua (Angustifolia Kunth), se somete las muestras a una carga máxima a la cual falla la probeta sobre el área de la sección transversal de la misma, para conocer el esfuerzo último de compresión. Las probetas se deben tomar de las partes sobrebasa, basa y cepa de cada culmo. Estas deben ser sin nudos.
7.3.1. Objetivo
Determinación del esfuerzo último de compresión de las probetas provenientes de los culmos de Guadua (angustifolia).
7.3.2. Equipo
Máquina de compresión
Figura 9 Máquina de compresión28
28ICONTEC, Norma Técnica Colombiana NTC 5525 Métodos de ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la guadua Angustifolia kunth, Bogotá, D.C, 26 de septiembre de 2007.
Máquina de compresión
Figura 10Equipo de compresión de cilindros
7.3.3. Preparación de las probetas
1. Las probetas se realizarán por segmentos en las zonas sobrebasa, basa y cepa del culmo de la guadua.
2. Las probetas se deben marcar con las letras S, B y C, correspondiente a su zona Sobrebasa, basa y cepa respectivamente, para no causar confusión, debido a la cantidad de muestras que se van a tomar.
3. Los ensayos de compresión axial se deben llevar a cabo en probetas sin nudos.
4. Las superficies de los extremos de la probeta deben estar en ángulo perfectamente recto con la longitud de ésta; deben ser planos, con una desviación máxima de 0,2 mm.
7.3.4. Procedimiento
1. La probeta se debe colocar de tal forma que el centro del cabezal móvil esté verticalmente sobre el centro de la sección transversal de la probeta y se aplica inicialmente una carga pequeña, no mayor a 1 KN, para acomodar la probeta.
2. La carga se debe aplicar continuamente durante el ensayo para hacer que el cabezal móvil de la máquina de ensayo se desplace a una velocidad constante de 0,01 mm/s. Se debe registrar la lectura final de la carga máxima a la cual falla la probeta.
El esfuerzo último de compresión se determina con la siguiente fórmula:
(Ecuación 2)
En donde:
: Esfuerzo último de compresión, en MPa (o N / mm²), redondeado con aproximación de 0,5 MPa.
Pult: Carga máxima a la cual falla la probeta, en N.
A:Área de la sección transversal, en mm².
A: ( /4) x [ - ](Ecuación 3) En donde:
D: Diámetro externo e: Espesor de pared29
29INCONTEC, Norma Técnica Colombiana NTC 5525 Métodos de ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la guadua Angustifolia kunth, Bogotá, D.C, 26 de septiembre de 2007.
